任务2 热电偶温度传感器.

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1 任务2 热电偶温度传感器

2 学习目标 本次任务 1.熟悉热电效应和热电偶测温原理 2.掌握热电偶的温度补偿方法 3.了解热电偶的典型应用的工作原理
了解热电偶的基本结构；通过测试热电偶的热电效 应，熟悉热电效应的特性；通过热电偶测温，掌握 热电偶的使用方法。

3 一、热电偶测温原理 1.热电效应和热电动势 热电偶是热电效应制成的。
1.热电效应和热电动势 热电偶是热电效应制成的。 两种不同材料的导体A和B组成一个闭合电路，若两交接点的温度不同，分别为t和to 则在该回路中会产生电动势，这种现象称为热电效应。 此地电动势称为热电动势。 A、B称为热电极。 热电偶 热电极 A t to B 热端（测量值） 冷端（参考端）

4 热电偶的热电动势具有以下特点： （1）当热电极的材料不同时，并且热端温度t和冷端 温度t0不同时，热电偶回路才会有热电动势；当热 电极材料选定后，热端温度t和冷端温度t0的温差越 大，热电动势就越大。 （2）热电动势的产生是由两种导体的接触电势和单 一导体的温差电势两部分组成。

5 2.热电偶测温原理 热电动势的大小与热电极A、B的长度和直径无关， 只与热电极的材料和冷、热两端的温度有关。如果 热电极的材料选定，冷端的温度t0确定，那么热电 动势就只与热端温度t有关，因此，就可以通过测量 热电动势的大小得到热端的温度值，这就是热电偶 测温度的工作原理。

6 二、热电偶 1.热电偶的结构 热电偶通常由热电极、绝缘子、保护管、接线盒四 部分组成。 (1)普通型热电偶

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8 （2）铠装型热电偶

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11 2.标准热电偶 工程用热电极材料选择必须满足以下条件： 热电动势变化尽量大，热电动势与温度的关系尽量
接近线性关系，物理化学性能稳定，易加工，重复 性好，便于成批生产，有良好的互换性。

12 目前工业上常用的4种标准热电偶的组成材料：
（1）铂铑30-铂铑6（WRLB）测温范围0~1800 这种材料组成的热电偶的熔点高，可用于较高温度的测量， 误差小，一般适用于较为精密的温度测量。但它的热电动 势较小，并且不能用于金属蒸汽和还原性介质中。 （2）铂铑10-铂（WRLL）测温范围0~1600 这种材料组成的热电偶可长期测量高达1600的温度，其性 能稳定，精度高，适宜氧化性介质或中性介质中进行测量， 室温下的热电动势比较小，一般不需要进行冷端补偿和修 正，可作为标准热电偶。

13 （3）镍铬-镍硅（WREU）测温范围-200~1300 （4）镍铬-铜镍（WREA）测温范围-200~900
（3）和（4）两种材料组成的热电偶的热电动势较大，易 测温，但测温范围较小。 组成热电偶的两种材料中，写在最前面的为正极，写在后面 的为负极。

14 3.热电偶的冷端补偿法 热电偶的缺点：存在冷端温度补偿问题。
产生误差的原因：测温时，由于热电偶一般做的较短，长度有限，冷端温度会直接受到被测介质的温度和周围环境的影响，无法保持恒定，因而会产生测量误差。

15 为了消除或补偿冷端温度的影响，常采用以下几种补偿方法：
（1）补偿导线法 为了准确的测量温度，必须设法把冷端延伸到远离被测温对 象并且温度又比较稳定的地方。可以用某些廉价金属所做 成的热电偶来代替原有热电极。这种用导线来代替原有热 电极，将冷端延伸出来的方法，就称为补偿导线法。 补偿导线的注意事项：不同的热电偶要求配用不同型号的补偿导线，并且极性不能接反，在规定的温度范围内使用；两根补偿导线与热电偶相连的两个节接点温度必须相同。

16 （2）冷端补偿法 1）冷端0度恒温法 2）冷端温度修正法 3）电桥补偿法

17 接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势。
两种不同的导体接触时，由于两边自由电子的密度不同，在交界面产生电子的相互扩散，导致导体接触时产生电场，以阻碍电子的进一步扩散，达到最后平衡。 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关，这种装置又称为热电偶。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。