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过程检测技术与变送器 第二章26
第二章 过程检测技术和变送器
检测仪表组成
过程检测仪表主要用于确定被控变量的当前值。包括传感器和变送器两部分。
1．传感器
传感器是检测仪表中的重要部件，它直接与被控导体A、B中的汤姆逊电势：
总电势：
接触电势(珀尔贴电势)：
当T≠T0时，总的热电势为：

两种均质金属组成的热电偶，其热电势大小与热电极直径、长度及热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。
如果材质不均匀，则当热电极上各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计的测量误差，
三、 热电偶的基本定律
2．中间温度定律
热电偶的接点温度为T、T0时，
其热电势等于该热电偶在接点温度
为T、Tn。和Tn、T0时相应的热电势
的代数和,即
这个定律可用于热电偶的串联，
测量总温或平均温度。
3．中间导体定律
在热电偶的参考端接人第三种均质金属,若被插入金属两端温度相同，则回路总热电势为三个接触电势与温差电势的代数和，表示为
由此可见引入第三个导体C后，只要保持C两端温度相等，不会影响回路中热电势的大小，即中间导体定律。
同样可知若再插入第四种、第五种……均质导体，只要所插入的导体两端温度都与参考点相同，都不会影响原来热电势的大小。
因此我们可以用铜线将毫伏表接入热电偶回路。使铜线两接点温度一致，就可对热电势进行测量。
4. 标准（参考）电极定律
如果两种导体（A，B）分别与第三种C组合成热电偶的热电势已知，则由这两种导体（A，B）组成热电偶的热电势也就已知。即
上式说明:
两种金属组成热电偶的热电势可以用它们分别与第三种金属组成热电偶的热电势之差来表示，这一定律即为标准电极定律。
工程上常以铂、铜等作为标准电极，若已知多种金属对标准电极的热电势，即可求出各种金属间任意组成热电偶的热电势。
当两热电极固定以后（即nA、nB、 A、B为常数）。
热电偶测温原理
当T0保持不变时
四、热电偶的种类和结构
1．热电极材料的基本要求
热电极是感温元件，基本要求：
 热电势足够大，测温范围宽、线性好；
 热电特性稳定；
 性能稳定，不易氧化、变形和腐蚀；
 电阻温度系数α 、电阻率ρ小；
 易加工、复制性好；
 价廉
2 ．热电偶的分类
热电偶的分类及其性能，见下表。
3. 热电偶的绝缘方法
热电偶电极的绝缘方法
（a）裸线热电偶；（b）珠形绝缘热电偶；
（c）双孔绝缘子热电偶；（d）石棉绝缘管热电偶
(1)普通型热电偶
普通型热电偶结构见图
普通型热电偶结构
４. 热电偶的类型
(2)铠装热电偶
铠装热电偶结构见图
铠装热电偶工作端结构
（a）单芯结构；（b）双芯碰底型；（c）双芯不碰底型；
（d）双芯露头型；（e）双芯帽型
五、热电偶的冷端补偿及处理
热偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，若T0≠0℃，则应进行冷端补偿，其补偿方法：
1. 补偿导线
利用补偿导线代替热电极，引到温度较稳定的T0端测
试。要求：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性。

将热电偶冷端置于冰水混合物的0℃恒温器内，使其工作与分度状态达到一致。
下图是延长导线法和冰浴法的一个实例。
图5-9冷端处理的延长导线法和冰浴法

例如：铂铑10—铂热电偶测温，参考冷端温度为室21℃，测得
查表
，则
由此查分度表 T＝92℃
，则T＝75℃。

原理：电桥输出电压U(T0 ,0 )= EAB(T0 ,0)，自动补偿。
补偿电路：如图5-10所示。图中R1、R2、R3、RW为锰铜电阻，阻值
几乎不随温度变化，RCu为铜电阻，电阻值随温度升高而增大。T0=0℃
时，R1=R2=R3=RCu，电桥输出Uab=0，对热电偶电势无影响。T0≠0℃
时，Uab≠0，Uab =U(T0 ,0 )= EAB(T0 ,0)，热电偶的热电势得到自动
补偿。
图5-10 冷端温度补偿线路图
六、 热电偶误差分析
1．测量基本误差：
（1）分度误差：工业用热偶与标准热偶分度之间误差；