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第七章热电偶传感器
热电偶传感器基于热电效应原理而工作。属于有源传感器,使用时不需要外加电源,可以方便地测量炉子、管道中的气体或液体温度,也可以测量固体表面温度。
结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小、便于远距离传送。。
第一节热电偶的工作原理



一、热电效应
回路中会产生热电动势。
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热电动势
(电荷扩散)
温差电动势: 同一导体上因两端温度不同引起。
接触电动势: 两种不同导体的接触引起。
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热电偶回路总电动势
热电偶回路中的温差电动势很小,忽略之,可得
(t0端以B为正)
结论:
热电偶回路中热电动势的大小:(1)取决于两接点间的温度差,(2)取决于两种不同电极的材料。与电路形状无关。
如果冷端温度t0不变,被测温度t可通过温差电动势获得。
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一、热电偶基本定律
:如果构成热电偶的两种材料相同,不会产生热电动势。
利用该定律,可以检查两种热电极材料是否相同,或一种热电极材料是否均匀。
:断开热电偶回路,接入第三种导体,只要两个新接入点等温,则回路总热电动势不变。
该定律说明在冷端接入放大电路,不会影响结果。
:如果已知两种导体分别对第三种导体的热电动势,则前两种导体之间的热电动势可求。
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:
如热电偶在两端接点温度t、t0时的热电动势为
在两端接点温度t、tn时的热电动势为
在两端接点温度tn、t0时的热电动势为
则:
根据该定律,热电偶本身的导线如果不够长,可以用同样性质(同样热电特性)的补偿导线加以延长。延长后的热电动势与延长线的中间温度无关,只与延长后的两端温度有关。
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第二节热电偶材料、结构和种类
对制成热电偶的材料的要求:
(1)温度测量范围广,温度线性度好,测量精确度高,输出热电动势大。
(2)热电性能稳定。
(3)物理化学性能好。不蒸发、抗氧化等。

我国标准热电偶有六种:
铜-康铜镍铬-考铜镍铬-镍硅
镍铬-镍铝铂铑10-铂铂铑30-铂铑6
非标准热电偶: 铂铑13-铂铂铑-铱等
发展中产品: 镍铬-康铜铁-康铜
一、热电偶材料
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(1)热电极
(2)绝缘管
(3)保护套管
(4) 接线盒
二、热电偶结构

(1)露端型
(2)接壳型
(3)绝缘型
(4) 圆变截面型
(5) 扁变截面型
热电极
绝缘管
保护套管
接线盒
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二、热电偶种类

(1)铂铑30-铂铑6 分度号B 0—1700度
(2)铂铑10-铂分度号S 0--1600度
(3)镍铬-镍硅分度号K -200--1200度
(4) 镍铬-康铜分度号E -200--900度
(5) 铁-康铜分度号J -200--750度
(6) 铜-康铜分度号T -200--350度
标准热电偶的热电动势见表7-1。

铂铑系、铱铑系、钨铼系热电偶,用于高温测量,可达2500度。
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第三节热电偶的冷端补偿
一、冷端恒温法
标准热电偶的热电动势表是以冷端温度为0度的情况下给出的。只有在冷端温度不变时,热端温度才能通过热电动势检测出来。如果冷端温度因环境而变化,会严重影响温度测量数据的精度。因此冷端温度变化必须进行修正和补偿。
,保持冷端温度为0度。
,保持冷端温度一定。
二、补偿导线法
利用与热电偶热电特性一致的补偿导线,将热电偶延伸到恒温的冷端,如仪表室。
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