热电偶学理

热电偶学理温度的测量温度是物质的一种特性,它反映出物质内的粒子运动的自由度,温度越高意味着粒子在物质内运动的自由度越大,乱度也越大。热电偶THERMOCOUPLEK型热电偶CHROMELALUMEL含两条合金金属，即CHROMEL90NI镍10CR铬ALUMEL95NI镍2AL铝2MN锰1SI硅温度测量适用范围270C到1372C测量方法直接接触被测量物体,不同的温度下,金属的电阻会有差异膨胀程度也有异,当通过定量的电流时会造成电压差,此电压差与被测量物体的温度成正比关系,因此热电偶可作为温度测量之用。应用测量低温例如液态氮,77K、高温例如火炉上的炒锅，可和其它仪器装置使用，作为电动开关或测量其它物理量例如气体压力一个热电偶包含有两条线，分别由不同的金属材料制成在端部的地方焊接在一起。当此焊接点量测接合点受到加热时，将产生使热电流运动的力量，其大小等于温度不同的焊接点和另外一端参考接点间的温度差。因此藉使参考接点的温度保持定值或是利用自动补偿电流表，来量测热电流的运动力，而量测接点的温度也就可量测出。热电偶的热电流运动力系与线径之大小或长度无关。但与电线的规格有关。热电偶通常都置于绝缘体内而且密封于保护管中，此保护管与端子座及镶嵌附件相连。热电偶之基本原理如右图所示，利用两种均质之金属导体与所制作形成之封闭回路，当两接合点之温度为T1与T2时，若T1T2时回路内产生电流I，若T1T2时无电流产生，当T1T2时电流I之方向会相反。此种现象在1821年由TJSEEBECK发现，因此被称之为席贝克效应SEEBECKEFFECT。当回路内之电流流动时会产生电动势，称为热电动势EMF，将基准接点打开后之端子所量测之电动势被称为SEEBECKEMF。利用席贝克效应以两种金属与两端接合点所形成之测定温度感应装置称为热电偶。热电偶THERMOCOUPLEI测温接点T1基准接点T2A脚B脚热电偶T1T2之情形SEEBECKEFFECT席贝克效应如右图所示，利用两种均质之金属导体与所制作形成之封闭回路，当两接合点之温度为T1与T2时，若T1T2时回路内产生电流I，若T1T2时无电流产生，当T1T2时电流I之方向会相反。此种现象在1821年由TJSEEBECK发现，因此被称之为席贝克效应SEEBECKEFFECT。当回路内之电流流动时会产生电动势，称为热电动势EMF，将基准接点打开后之端子所量测之电动势被称为SEEBECKEMF。利用席贝克效应以两种金属与两端接合点所形成之测定温度感应装置称为热电偶。对于两个接合点，将基准接点固定保持在某一已知之固定温度通常为0，便可以利用基准接点所量测到之测温接点产生之热电动势换算成温度值。此处要注意的是，虽然热电动势是由T1与T2所决定，但热电动势值并不是由两温接点之温度差T1T2所决定，等温度间距但不同区间比如说0200与200400之热电动势值是不一样的。热电偶三大定律均质回路定律由单一均质金属所形成之封闭回路，沿回路上每一点即使改变温度也不会有电流产生。亦即，E0。在由2种类均质金属A与B所形成之热电偶回路，E为A与B的接合点之温度T1与T2相关之关系函数，不受A与B之中间温度T3与T4之影响。中间金属定律在由A与B所形成之热电偶回路两接合点以外的任意点插入均质的第三金属C，C之两端接合点之温度T3若为相同的话，E不受C插入之影响。在由A与B所形成之热电偶回路，将A与B的接合点打开并插入均质的金属C时，A与C接合点的温度与打开前接合点的温度相等的话，E不受C插入的影响。如右图所示，对由A与B所形成之热电偶插入第3之中间金属C，形成由A与C、C与B之2组热电偶。接合点温度保持T1与T2的情况下，EACECBEAB。中间温度定律如右图所示任意数的异种金属A、B、CG所形成的封闭回路，封闭回路之全体或是全部的接合点保持在相等的温度时，此回路的E0。如右图所示，A与B所形成之热电偶，两接合点之温度为T1与T2时之E为E12，T2与T3时之E为E13的话，E12E23E13。此时，称T2为中间温度。以中间温度T2选择如0这样的标准温度，求得相对0任意的温度T1、T2、T3TN之热电动势，任意两点间之热电动势便可以计算求得。如右图所示，对于使用补偿导线之热电偶回路适用以上之观念。A与B为热电偶，C与D为A、B用之补偿导线，M为数字电压计，计算后可得下面关系式EEABT1EABT3也就是说，M所测定之电位差是由T1、T3所决定，不受T2之影响。KTYPE01234567891011121314151617181920260644116443664460644816450164518645346454724063438635086357663641637046376563824638806393463986640366408364129641726421264251642876432164353643836441122061584616976180861916620236212762230623306242862524626186271062800628876297363056631376321563292633666343820058914590665921659363595105965459796599366007560211603466047960610607386086560990611136123461353614696158418055503556915587656060562425642256601567775695257126572975746757635578015796658128582895844858605587615891416051412516325185152067522835249652708529185312753334535405374453946541465434554542547385493255124553155550314046690469404718947437476834792748170484124865248890491274936349596498295006050289505175074350968511915141212041382416614193842214424884276143033433034357243840441064437144634448964515745416456744593046185464384669010035536358413614436446367463704637344376413793638230385233881539106393953968339969402544053840821411024138280292012952929855301813050530828311503147131791321093242732743330583337233685339963430734616349243523135536602242822776231242347023815241602450324845251872552725866262042654226878272132754727880282122854328873292014015269156361600116366167301709317455178161817618535188941925119608199642031920673210262137821729220792242820077750815708538089190929909678100561043310810111861156111936123091268213054134251379614166145341490215269000000003940078801181015740196602358027490313903529039190430704695050830546905855062410662507009073930777501234567891011121314151617181920000000003950079001186015820197902376027730317103570039690436804768051680556905970063710677307175075780798120079810838508789091930959710002104081081311220116261203312440128471325513663140711448014889152981570816118401611816528169381734917760181711858318994194061981820231206432105621469218822229622709231232353723951243656024365247792519325608260232643726852272672768228097285122892829343297583017430589310053142031836322513266680326663308233497339133432834743351593557435989364043681937234376483806338478388923930639721401354054940962100409624137641789422034261643029434414385444266446794509145502459144632546737471474755847969483794878949199120491994960850018504275083651244516535206152469528775328453691540985450554911553175572356129565355694057345140573455775058154585595896359367597716017460577609816138361786621896259162993633956379764198646006500165402160654026580366204666056700567406678066820668606690066940669806702057060571004714047180372203726027300173400180734007379974199745987499775396757957619476593769927739177790781907858978988793877978780186805868098581385200813858178482184825848298483384837848418484585849858538685787861878658886989873918779288194885958899789399220893998980190203906069100891411918149221792620930239342793831942349463895043954479585296256966619706697472240974729787798283986889909499500999071003131007201011271015341019411023481027561031631035711039791043881047961052051056132601056131060221064311068401072501076591080691084791088891092991097091101201105311109411113521117631121751125861129981134091138212801138211142331146451150581154701158821162951167081171211175341179471183601187741191871196011200151204291208431212571216711220863001220861225001229151233301237441241591245741249901254051258201262361266511270671274831278991283151287311291471295631299801303963201303961308131312301316461320631324801328971333141337311341491345661349841354011358191362371366541370721374901379081383271387453401387451391631395821400001404191408371412561416751420941425121429311433511437701441891446081450281454471458671462861467061471263601471261475461479651483851488061492261496461500661504861509071513271517481521681525891530101534311538511542721546931551141555363801555361559571563781567991572211576421580641584851589071593291597501601721605941610161614381618601622821627041631271635491639714001639711643941648161652391656621660841665071669301673531677751681981686211690441694681698911703141707371711611715841720071724314201724311728541732781737021741251745491749731753971758211762451766691770931775171779411783651787891792141796381800621804871809114401809111813361817601821851826091830341834591838841843081847331851581855831860081864331868581872831877081881331885591889841894094601894091898341902601906851911101915361919611923871928121932381936631940891945151949401953661957921962181966431970691974951979214801979211983471987731991991996252000512004772009032013292017552021812026072030332034592038852043122047382051642055902060172064435002064432068692072952077222081482085742090012094272098542102802107062111332115592119862124122128382132652136912141182145442149715202149712153972158242162502166772171032175302179562183832188092192362196622200892205152209422213682217942222212226472230742235005402235002239272243532247802252062256322260592264852269122273382277642281912286172290432294702298962303222307482311752316012320275602320272324532328792333062337322341582345842350102354362358622362882367142371402375662379922384182388432392692396952401212405475802405472409722413982418242422492426752431002435262439512443772448022452282456532460782465042469292473542477792482042486302490556002490552494802499052503302507552511792516042520292524542528782533032537282541522545772550012554262558502562752566992571232575476202575472579712583952588202592442596682600912605152609392613632617862622102626342630572634812639042643282647512651742655972660206402660202664442668672672902677122681352685582689812694032698262702492706712710942715162719382723602727832732052736272740492744716602744712748932753142757362761582765792770012774222778442782652786862791072795282799492803702807912812122816332820542824742828956802828952833152837362841562845762849962854162858362862562866762870962875162879352883552887742891942896132900322904522908712912907002912902917092921282925462929652933842938022942212946392950572954762958942963122967302971482975652979832984012988182992362996537202996533000703004883009053013223017393021563025733029893034063038223042393046553050713054883059043063203067363071513075673079837403079833083983088143092293096453100603104753108903113053117203121353125493129643133783137933142073146213150353154493158633162777603162773166913171053175183179323183453187583191713195853199983204103208233212363216493220613224743228863232983237103241223245347803245343249463253583257703261813265933270043274163278273282383286493290603294713298813302923307033311133315233319343323443327548003327543331643335743339833343933348033352123356213360313364403368493372583376673380763384843388933393013397103401183405263409348203409343413423417503421583425663429733433813437883441963446033450103454173458243462313466373470443474503478573482633486693490758403490753494813498873502933506993511043515103519153523213527263531313535363539413543463547513551553555603559643563683567733571778603571773575813579853583883587923591963595993600033604063608093612123616153620183624213628243632263636293640313644343648363652388803652383656403660423664443668453672473676493680503684513688533692543696553700563704563708573712583716583720593724593728593732599003732593736593740593744593748593752583756583760573764563768563772553776543780523784513788503792493796473800453804443808423812409203812403816383820363824343828313832293836263840243844213848183852153856123860093864063868033871993875963879923883883887843891809403891803895763899723903683907643911593915553919503923453927403931353935303939253943203947143951093955033958983962923966863970809603970803974743978683982623986553990493994423998354002294006224010154014074018004021934025864029784033704037634041554045474049399804049394053314057224061144065064068974072884076804080714084624088534092434096344100254104154108064111964115864119764123664127561000412756413146413535413925414314414704415093415482415871416260416649417038417426417815418203418591418980419368419756420143420531102042053142091942130642169442208142246842285542324242362942401642440342478942517642556242594842633442672042710642749242787742826310404282634286484290344294194298044301894305744309594313434317284321124324974328814332654336494340334344174348004351844355674359511060435951436334436717437100437483437866438248438631439013439395439777440160440541440923441305441687442068442449442831443212443593108044359344397444435444473544511544549644587644625644663644701644739644777644815544853544891444929344967245005145043045080945118711004511874515664519444523224527004530784534564538344542124545894549664553444557214560984564754568514572284576044579814583574587331120458733459109459485459860460236460611460987461362461737462112462487462861463236463610463984464359464733465106465480465854466227114046622746660146697446734746772046809346846546883846921046958346995547032747069947107047144247181347218547255647292747329847366811604736684740394744104747804751504755204758904762604766304769994773684777384781074784764788444792134795824799504803184806864810541180481054481422481790482157482524482892483259483626483992484359484726485092485458485824486190486556486921487287487652488017488382120048838248874748911248947748984149020549056949093349129749166149202449238849275149311449347749384049420249456549492749528949565112204956514960134963754967364970974974594978204981814985414989024992634996234999835003435007035010625014225017815021415025005028581240502858503217503576503934504292504651505009505366505724506081506439506796507153507510507867508223508579508936509292509648510003126051000351035951071451107051142551178051213451248951284451319851355251390651426051461451496751532051567451602751638051673251708512805170855174375177895181425184935188455191975195485199005202515206025209535213035216545220045223545227045230545234045237535241031300524103524452524801525150525499525847526196526544526892527240527588527936528283528631528978529325529672530019530365530712531058132053105853140453175053209653244253278753313253347853382353416853451253485753520253554653589053623453657853692253726553760953795213405379525382955386385389815393245396665400095403515406935410355413775417195420605424025427435430845434255437665441075444485447881360544788545128545469545809546149546489546828547168547507547847548186548525548864热电偶使用限度连续使用时间H种类温度在常用限度情形下温度在过热使用限度情形下各温度下之热电动势BRSKEJT2000200020001000010000100001000050505050250250250050505075075075075依据JISC1602如上表所示，在清净空气中使用时各型热电偶之连续使用时间与热电动势之变化情形。此种情形是热电偶在无保护管状态下，只有绝缘碍子之裸线热电偶。热电偶在实际上使用限度，必须要依使用之保护管、实际使用液气体环境等因素考量之。热电偶之容许差与各国适用规格一览THERMOCOUPLETOLERANCEANDAPPLICABLESTANDARDSJISC16021995IEC58421982ASTME2301993规格STANDARD种类SYMBOL组成材料温度范围TEMPRANGECLASS容许差TOLERANCECLASS容许差TOLERANCE温度范围TEMPRANGECLASS容许差TOLERANCE6001700200025T200025T60080044B白金合金含铑30白金合金含铑6800170030005T30005T8701700STD05011001111STD15OR02506001515RSR白金合金含铑13白金S白金合金含铑10白金6001600200025T200025T01450SP06OR01403751515375100010004T10004TSTD22OR0754033325253331200200075T200075T01260SP11OR04167402525NKN镍、铬、硅为主合金镍、硅为主合金K镍、铬为主合金镍为主合金20016730015T30015T2000STD22OR240375151537580010004T10004TSTD17OR05403332525333900200075T200075T0870SP1OR04167402525E镍、铬为主合金铜、镍为主合金20016730015T30015T2000STD17OR140375151537575010004T10004TSTD22OR075403332525J铁铜、镍为主合金333750200075T200075T0760SP11OR0440125050512535010004T10004TSTD1OR075401331010133350200075T200075T0370SP05OR0467401010T铜铜、镍为主合金2006730015T30015T2000STD1OR151容许差为热电动势依基准热电动势表所换算之温度减去测温接点之温度之容许最大限度。2ASTM之容许差为或是测定温度之百分比中之最大值。3T表测定温度其无关、符号之温度绝对值。4CLASS1、2、3对应于旧JIS之04、075、15级。5JIS、BS、DIN规格与IEC规格相同。6ASTM规格为旧ANSI规格。JISC16021995规定热电偶之记号、构成材料与使用限度构成材料记号旧记号素线径MM常用限度过热使用限度BPT30RHPT6RH05015001700RPT13RHPT05014001600SPT10RHPT05014001600065850900NNICRSINISI10090095016010501100230110011503201200125006565085010075095016085010502309001100KCANICRNIAL32010001200065450500100500550160550650230600750ECRCNICRCUNI320700800065400500100450550160500650230550750JICFECUNI320600750032200250065200250100250300TCCCUCUNI160300350各种热电偶之热电动势曲线图2000010000010000200003000040000500006000070000800009000