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一、热电偶的测量原理:
将2种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个接点之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应工作的。
A
t t0
B
热电偶的一端将A、B两种导体焊在一起,置于温度为t的被测介质中,称为工作端;另一端称为自由端,放在温度为t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时,热电势随之发生变化,将热电势送入显示仪表进行指示或记录,就可获得温度值。
热电偶两端的热电势可以用下式表示:
ET=eab(t)-eab(t0)
当自由端温度t0恒定时,热电势只与工作端的温度有关。热电势的大小与热电极本身的长度和直径大小无关,只与材料的成分及两端的温度有关。因此用不同的导体和半导体材料可作出各种用途的热电偶,以满足不同温度对象测量的需要。
常用的热电偶种类:
标准化热电偶按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T7种为我国统一设计型热电偶。使用特性见附表:
序号
分度号
热电偶名称
等级及允许误差
I
II
III
1
S
铂铑10-铂
0~1600℃,±1℃
0~1600℃,±℃
0~1600℃,±%t℃
2
K
镍铬-镍硅
>400℃,±%t℃
>400℃,±%t℃
-200~0℃,±%t℃
3
E
镍铬-康铜
-40~800℃,±%t℃
-40~900℃,±%t℃
-200~-40℃,±%t℃
按热电偶的用途不同,常制成以下几种形式。
普通型热电偶
铠装热电偶
表面热电偶
薄膜式热电偶
快速消耗型热电偶
热电偶冷端的温度补偿:由于热偶材料一般比较贵重,而测量点到仪表的距离都较远,为节省热偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热偶的冷端延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。补偿导线的作用只是延长热电极,不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起到补偿作用,因此还需要采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,二者之间连接端温度不能超过100℃。
热电偶常见故障现象及原因:
显示仪表指示偏低
电极、补偿导线短路、极性接反、导线与热偶不配套、安装位置不当或插入深度不符合要求。
显示仪表指示偏高
热偶与显示仪表不配套、导线与热偶不配套、有直流干扰信号进入。
显示仪表指示波动,不稳定
热偶接线柱与热电极接触不良、测量线路破损引起短路或接地、安装不牢或外部震动、外界电场磁场干扰。
显示仪表指示误差大
热电极变质、安装位置不当、保护管表面积灰。
二、热电阻
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。主要特点是测量精度高,性能稳定,其中铂热点阻的测量精确度是最高的。
测量原理:是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成,目前最多的是铂和铜。
铂热点阻温度特性
在0~850℃内: Rt=R0(1+At+Bt2)
在-200~0℃内: Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]
式中A、B、C为常数
铜热点阻温度特性
在-