热电偶基础知识介绍PPT学习教案

1、会计学1热电偶基础知识介绍热电偶基础知识介绍2021-12-12第四章 非电量的电测技术 2先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A右端称为右端称为：自由端：自由端（参考端（参考端、冷端）、冷端） 左端称为：左端称为：测量端（工测量端（工作端、热端作端、热端） 热电极热电极B B热电势热电势A AB B第1页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 3有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。第2页/共41页2021-

2、12-12第四章 非电量的电测技术 4是由接触电势和温差电势两部分组成的。第3页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 5自自由由电电子子ABe eABAB(T)(T)T TBtAtABNNekttEln)(k k：波尔兹曼常数；：波尔兹曼常数； e e：单位电荷电量；：单位电荷电量； N NATAT、N NBTBT：温度为：温度为T T时时, ,导体导体A A、B B的自由电子密度。的自由电子密度。第4页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 6温度标志着物质温度标志着物质内部大量分子无内部大量分子无规则运动的剧烈规则运动的剧烈程度。温度越高程度。温度越高，表

3、示物体内部，表示物体内部分子热运动越剧分子热运动越剧烈。烈。 模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！速度比低温时快！温度的影响温度的影响第5页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 7E EA A（t t，t t0 0）=U=UAtAt-U-UAt0At0dTdttNdNekUUttEAtAtAttAA),(1),(tt000考虑：如果同一导体各点温度相同，即考虑：如果同一导体各点温度相同，即t tt t0 0，则回路总电，则回路总电动势必为零？动势必为零？第6页/共41页2021-12-12第四章

4、非电量的电测技术 8E EABAB（t t，t t0 0）= =E EABAB（t t） +E EB B（t t，t t0 0） - -E EABAB（t t0 0）- -E EA A（t t，t t0 0）经实践证明，在热电偶中起主要作用的是接触电动势，温差经实践证明，在热电偶中起主要作用的是接触电动势，温差电动势只占极小部分。可以忽略不计：电动势只占极小部分。可以忽略不计：E EABAB（t t，t t0 0）= = E EABAB（t t）- -E EABAB（t t0 0）dTNNekBtAtlntt0第7页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 9对于已选定的热电偶,

5、 当参考端温度t0恒定时, EAB(t0)为常数,则总的热电动势就只与温度t成单值函数关系, 即AB(t,t0)=EAB(t)-C=(t)f(t-f(t)t(t,E00AB第8页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 10表，查得所测的温度值。n本教材p366的附录列出了工业中常用的分度表 第9页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 11势前面的符号（、）随之改变。利用热电偶作为传感器来检测温度时，必须在热电偶回路中引入显示或记录仪表，并用连接导线将它们连接起来，因此必须掌握下面的基本定律，以保证能够正确的选择和使用热电偶。利用热电偶作为传感器来检测温度时，必

6、须在热电偶回路中引入显示或记录仪表，并用连接导线将它们连接起来，因此必须掌握下面的基本定律，以保证能够正确的选择和使用热电偶。第10页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 12n必须采用两种不同的材料作为热电极。0ln),(tt00dTNNekttEAtAtAB温差电动温差电动势只占极小势只占极小部分部分第11页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 13势呢？0ln),(tt00dTNNekttEBtAtAB中间导体定律：在热电偶中间导体定律：在热电偶测温回路内测温回路内, , 接入接入第三种导第三种导体体C C, , 只要其两端温度相同只要其两端温度相同,

7、 , 则对回路的总热电势没有影则对回路的总热电势没有影响。响。第12页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 14E EABCABC(T,T(T,T0 0)=e)=eABAB(T)+e(T)+eBCBC(T(T0 0)+e)+eCACA(T(T0 0) ) （* *）当当T=TT=T0 0时时, ,有有E EABCABC(T(T0 0)=e)=eABAB(T(T0 0 )+e )+eBCBC(T(T0 0)+e)+eCACA(T(T0 0)=0)=0由此得由此得e eABAB(T(T0 0 ) )-e-eBCBC(T(T0 0)-e)-eCACA(T(T0 0)=0)=0代入代

8、入（* *）式式ABCABC(T,T(T,T0 0)=e)=eABAB(T)-e(T)-eABAB(T(T0 0)=e)=eABAB(T,T(T,T0 0) ) 同理同理, ,加入第四、第五种导体后加入第四、第五种导体后, ,只要加入的导体两端温只要加入的导体两端温度相等度相等, ,同样不影响回路中的总热电势。同样不影响回路中的总热电势。 第13页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 15T0ABT金属壁面MM连接管热电偶液态金属第14页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 16)t(t,E-)t(t,E)t(t,E0BC0AC0AB+Att0+tt0+tt

9、0CCBBA)(tE-(t)E)t(t,E0ACAC0AC)(tE-(t)E)t(t,E0BCBC0BC如图，导体如图，导体A A、B B分别与标准电极分别与标准电极C C组成热电偶，若它们所产生的组成热电偶，若它们所产生的热电动势为已知，即热电动势为已知，即那么，导体那么，导体A A与与B B组成的热电偶，其组成的热电偶，其热电动势可由下式求得：热电动势可由下式求得：第15页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 17偶的热电动势为2.95mV，考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV；则镍铬和考铜组合成的热电偶所产生的热电动势：n2.95mV-(-4.0mV)=6.9

10、5mV用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝第16页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 18必要性：必要性：1 1、用热电偶的分度表查毫伏数、用热电偶的分度表查毫伏数- -温度时，温度时，必须满足必须满足t t0 0=0=0 C C的条件的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样度而变化，这样t t0 0不但不是不但不是0 0 C C，而且也不恒定，而且也不恒定， 因因此将产生误差。此将产生误差。2 2、 一般情况下，冷端温度均高于一般情况下，冷端温度均高于0 0 C C，热电势总是偏，热电势总是偏小。

11、应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 。第17页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 19于将热电极延长。第18页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 20补偿导线型号补偿导线型号书书p70 p70 表表4 43 3 第19页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 21AAB B屏蔽层屏蔽层保护层保护层第20页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 22第21页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 23第22页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 24第2

12、3页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 25在冰杯中，冰水混合物的温在冰杯中，冰水混合物的温度能较长时间地保持在度能较长时间地保持在0 0 C C不变。不变。冰浴法，它消除了t0不等于0而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。 第24页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 26 1 1被测流体管道被测流体管道 2 2热电偶热电偶 3 3接线盒接线盒 4 4补偿导线补偿导线 5 5铜质导铜质导线线 6 6毫伏表毫伏表 7 7恒温器恒温器 8 8混合物混合物 9 9试管试管 1010新冷端新冷端 第25页/共41页2021-12-12第四章 非

13、电量的电测技术 27t0，0E EABAB(t(t，0)0)为热电偶热端温度为为热电偶热端温度为t t，冷端，冷端温度为温度为0 0时的热电动势；时的热电动势；E EABAB(t(t，t t0 0) )为热电偶热端温度为为热电偶热端温度为t t，冷，冷端温度为端温度为t t0 0时的热电动势；时的热电动势；E EABAB(t(t0 0，0)0)为热电偶热端温度为为热电偶热端温度为t t0 0，冷，冷端温度为端温度为0 0时的热电动势。时的热电动势。第26页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 28第27页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 29 XT-WB

14、C XT-WBC热电偶端补偿器热电偶端补偿器第28页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 30第29页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 31K K热电偶的分热电偶的分度表度表 比较查出比较查出的的三个热三个热电势电势，热，热电势是否电势是否线性？线性？第30页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 32设冷端为设冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的示值及，根据以下电路中的毫伏表的示值及K K热电偶热电偶的分度表，查出热端的温度的分度表，查出热端的温度t tx x。第31页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 3

15、3 第32页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 34如用一台显示仪表显示多点温度时如用一台显示仪表显示多点温度时, , 可按图连接可按图连接, , 这这样可节约显示仪表和补偿导线。样可节约显示仪表和补偿导线。 第33页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 35特殊情况下特殊情况下, , 热电偶可以串联或并联使用热电偶可以串联或并联使用, , 但只能是但只能是同一分度号的热电偶同一分度号的热电偶, , 且参考端应在同一温度下。如且参考端应在同一温度下。如热电偶正向串联热电偶正向串联, , 可获得较大的热电势输出和提高灵可获得较大的热电势输出和提高灵敏度。在测

16、量两点温差时敏度。在测量两点温差时, , 可采用热电偶反向串联。可采用热电偶反向串联。利用热电偶并联可以测量平均温度。利用热电偶并联可以测量平均温度。串联串联并联并联反向串联反向串联第34页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 361、普通装配型热电偶、普通装配型热电偶普通型结构热电偶工业上使用最多普通型结构热电偶工业上使用最多, , 它一般由热电它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。第35页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 37安装螺安装螺纹纹安装法兰安装法兰第36页/共41页2021-12-12第四章 非电量的电测技术 38引出线套管引出线套管