第二章   温度测量                                                                                第一节???????? 热电偶测温?   一、热电偶的测温原理    热电偶温度计以热电偶作为感温元件，一般用于测量500℃以上的高温，长期使用时其测温上限可达1300℃，短期使用时可达1600℃，特殊材料制成的热电偶可测量的温度范围为2000～3000℃。如电厂生产过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、烟气高温等都是采用热电偶来测量的。      热电偶具有性能稳定、测温高、结构简单、使用方便、经济耐用、容易维护和体积小等优点，还便于信号远传和实现多点切换测量，  1、热电现象                                   热电偶                                 接触电势产生               将两种不同材料的导体（或半导体）A和B组成闭合回路称之为热电偶。A、B是热偶丝，也叫热电极。放在被测对象中，感受温度变化的那端称为工作端或热端，另一端称为自由端或冷端。当热端和冷端温度不同时回路中有电流流过，此电流称为热电流，产生热电流的电动势称为热电势，这种物理现象称为热电现象。此热电势由接触电势和温差电势两部分组成的   （1）接触电势: 接触电势的大小可用下式表示：     式中      e—一单位电荷，等于4.802×10-10绝对静电单位；           K—一波尔兹曼常数，等于1.38×10-28  J / K；           NA(t), NB（t）——金属A、B在温度t时的自由电子密度；           T——A、B金属接触处的绝对温度，K。 （2）温差电势:  温差电势是同一金属体两端温度不同而产生的。     式中  NA（t）——金属A的电子密度，它是温度函数。     为了分析方便，温差电势可由下面函数差来表示：    (3) 热电偶回路热电势                                  温差电势的产生              回路电势        热电偶回路中，如果t＞t0，NA（t）＞NB（t），则在回路内便产生两个接触电势eAB(t)和eAB(t0)，两个温差电势eA（t，t0）和eB（t，t0），各电势的方向如图所示。回路的总电势EAB(t,t0)等于回路中各电势的代数和。即             上式表明热电偶的热电势是热电偶两端温度的函数之差，其大小取决于热电偶两个热电极材料的性质和两端接点温度，而与热电极几何尺寸无关。        如果保持热电偶冷端温度to恒定不变，对一定材料的热电偶其eAB（t0）亦为常数，设为C，则热电偶的热电势只与热电偶热端温度t有关，若测得EAB(t,t0) 值，便可知温度t值，这就是热电偶测温原理。即                      EAB ( t, t0 )=eAB ( t ) – C   二、热电偶的基本定律 1、均质导体定律       该定律内容是：由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论导体或半导体的截面积、长度和各处温度分布如何，都不能产生热电势。该定律已在理论分析中得到证明，并可得出如下结论：   （1）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。   （2）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热电极材料的均匀性。    2、中间导体定律          该定律内容是：由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。根据中间导体定律还可以得出如下结论：      （1）在热电偶回路中接入第三种均质材料，只要保证所接入材料两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。图2－6是两种接入中间导体的热电偶回路。? 根据中间导体定律，只要保证连接导线和显示仪表接入热电偶回路时两连接端的温度相同，就不会改变热电势。另外，热电偶的热端焊接点也相当于第三种金属，只要它与热电极接触良好，整个接点温度一致，也不会影响热电偶回路的热电势。   （2）如果两种导体A和B对另一种参考导体C热电势已知，则这两种导体组成的热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和，即               EAB（t，to）=EAC（t，to）＋ECB（t,  to）         参考导体亦称标准电极，一般选用铂制成，若已知各种电极与标准电极配成热电偶的热电特性，便可按此结论计算出任意两电极A、B配成热电偶后的热电特性，这样大大简化了热电偶的选配工作。  3、中间温度定律     热电偶A、B在接点温度为t1、t3时的热电势等于热电偶A、B在接点温度分别为t1，t2和t2，t3时热电势的代数和，即               EAB（t1，t3）＝EAB（t1，t2）＋EAB（t2，t3）     由此定律可得如下结论：    （1）已知热电偶在某一给定冷端温度下进行的分度，只要引入适当的修正，就可在另外的冷端温度下使用。该定律为制定和使用热电偶的热电势一温度关系 即分度表奠定了理论基础。因为热电偶分度表是在冷端温度t0 =0℃时热电势与热端温度的关系，根据中间温度定律便可以算出任何冷端温度时的热电势值。  可得出           EAB（t，0）＝EAB（t，tn）＋EAB（tn，0）  （2）和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶应有的热电势。该定律为应用补偿导线提供了理论依据。 我国规定补偿导线分为补偿型和延伸型两种。补偿型补偿导线的材料与对应的热电偶不同，是用贱金属制成的，但在低温下它们的热电性质是相同的。延伸型补偿导线的材料与对应的热电偶相同，但其热电性能的准确度要求略低。  三、标准化热电偶所谓标准化热电偶是指制造工艺较成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的那些热电偶 。由于标准化文件对同一型号的标准化热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，也就是说标准化热电偶具有统一的分度表。对于同一型号的标准化热电偶具有互换性、使用十分方便。 ?铂铑10-铂热电偶（分度号S）    ?铂铑13-铂热电偶（分度号R）   ?铂铑30-铂铑6热电偶（分度号B） ?镍铬一镍硅（镍铬一镍铝）热电偶（分度号K）  ?镍铬一康铜热电偶（分度号E）  ?铁一康铜热电偶（分度号J） ?铜一康铜热电偶（分度号T） ?镍铬一金铁热电偶（分度号NiCr－AuFe0.07）及铜一金铁热电偶（分度号Cu－AuFe0.07） 四、热电偶的构造 1、普通型热电偶        常用的普通型热电偶本体是一端焊接的两根金属丝（热电极）。考虑到两根热电极之间的电气绝缘和防止有害介质侵蚀热电极，在工业上使用的热电偶一般都有绝缘管和保护套管。在个别情况下，如果被测介质对热电偶不会发生侵蚀作用，也可不用保护套管，以减小接触测温误差与滞后。                

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