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1、热电偶原理测温及其应用定则过程控制系统教学辅助资料1.3.2 工业常用接触式测温仪表 一、热电偶（Thermocouple）热电偶传感器在工业中使用极为广泛。其主要优点是测温精度高； 热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、线性关系；稳定性和复现性 较好，响应时间较快；测温范围宽。热电偶常用测温上限可达1600， 低温可达-200。 1、热电偶温度计的工作原理热电偶测温的基本原理是热电效应。两根不同材料的金属导体两端 连接在一起，当1点与2点的温度不同时（TT0），则回路中就会产生热 电势，这种物理现象称为热电效应。热电偶原理图 接触电势原理图在实际应用中，温度为T的一侧是被测温度侧，又称电偶工
2、作端或热 端；T0的一侧是参考温度侧，又称电偶参考端或冷端。根据以上所述，可以得出下面几点结论：1） 凡是两种不同性质的导体材料均可制成热电偶。2） 热点偶所产生的热电势在热电极材料一定的条件下，仅决定于测 量端和参考端的温度，而与电极形状无关。3）热点偶参考端温度必须保持恒定，最好保持为0。其它温度计相比，热电偶温度计具有如下特点：1） 热电偶可将温度量转换成电量进行检测,因此对于温度的测量、控制,以 及对温度信号的放大、变换等都很方便;2） 结构简单,制造容易,价格便宜;3） 惰性较小,测温准确可靠,测温范围广;4） 大多数热电偶性能都相当稳定,并有较好的互换性。5） 必须有参考端,并且温
3、度要保持恒定;2、热电偶的应用定则 1）均质导体定则 由同一种匀质导体(电子密度处处相同)组成的闭合回路中,不论导体的 截面、长度以及各处的温度分布如何,均不产生热电势。这条定则说明：两种材料相同的热电极不能构成热电偶。 2）中间导体定则 在热电偶回路中接入第三种导体,只要与第三种导体相连接的两端温 度相同,接入第三种导体后,对热电偶回路中的总电势没有影响。 3）中间温度定则 它是指热电偶在两接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在两接点 温度分别为T、Tn 和Tn、T0时相应热电势的代数和。 3、热电偶结构及标准化热电偶 工业热电偶结构图K,S4、冷端温度处理 在热电偶的分度表中或分度检定
4、时,冷端温度都保持在0;在使用时,往往由 于环境和现场条件等原因,冷端温度不能维持在0(To0),使热电偶输出的电 势值产生误差,因此需要对热电偶冷端温度进行处理。 1）补偿导线法 一种类型的补偿导线只能同相应的热电偶配套使用，而且有正负极，极性 不可以接反。 2）计算修正法 当用补偿导线把热电偶冷端延长到某一温度T0 处以后，由于To通常是环境 温度且有 To0，因此还需要对冷端温度进行修正。假设被测温度为T，热电偶冷端温度为T0，所测得的电势值为EAB（T,T0）。 根据中间温度定则有：利用热电偶分度表先查出EAB（T0，0）的数值，就可以计算出真实电势EAB （T,0）的数值，按照该值再
5、查询分度表，即可得出被测温度T。 例 用K型热电偶在冷端温度为25时，测得热电势为34.36mV，求热电偶热 端的实际温度。 解：查K型热电偶分度表知EAB（25，0）=1.00 mV，测得EAB（T,25） =34.36mV，则再查询分度表知，35.36mV所对应的实际温度为851。（温度区间内查 表按线性插值公式计算） 3）电路补偿法 热电偶原理图 接触电势：回路电势差：接触电势原理图 NANB 电子扩散方向TCBAT0热电偶接入第三种导体因为所以习题1、 室温20，采用K型热电偶测量某物体温度。与其相配的显示仪表 无冷端补偿功能。测量电路如图所示，当仪表指示为100时，求被测 物体的温度T 。（已知：E（20,0）=0.798mV; E（80,0）=3.266mV; E （100,0）=4.095mV; E（120,0）=4.919mV）。1192、 室温20，采用K型热电偶测量某物体温度。与其相配的显示仪表 具有冷端补偿功能。测量电路如上图所示，当仪表指示为100时，此 时用万用表测量热电偶的实测热电势为多少？（已知：E（20,0） =0.798mV; E（80,0）=3.266mV; E（100,0）=4.095mV; E（120,0） =4.919mV）。3.297
