熱電偶的測溫原理和補償導線(xiàn)的點(diǎn)擊次數: 20發(fā)表時(shí)間: 2011-5-16種不同材料的導體(或半導體)構成一個(gè)閉合的電路合起來(lái)，兩接點(diǎn)溫度t和t0不同時(shí)，該電路產(chǎn)生電動(dòng)勢的現象稱(chēng)為熱電效應，該電動(dòng)勢稱(chēng)為熱電勢。 這兩種不同材料的導體或半導體的組合稱(chēng)為熱電偶，導體a、b稱(chēng)為熱電極。 兩個(gè)接點(diǎn)，一個(gè)也稱(chēng)為熱端，也稱(chēng)為測量端或工作端，測溫時(shí)放置在被測量介質(zhì)上的另一個(gè)也稱(chēng)為冷端，也稱(chēng)為參照側或自由端，通過(guò)導線(xiàn)與顯示器連接。 接觸電位是由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸部位產(chǎn)生的電動(dòng)勢。 當兩個(gè)導體接觸時(shí)，自由電子從密度大的導體擴散到密度小的導體，在接觸部位失去電子側的正的帶電，得到電子側的負的帶電，當擴散達到動(dòng)平衡時(shí)，在接觸面的兩側形成穩定的接觸電位。 接觸電位的數值取決于兩種不同的導體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度。 兩接點(diǎn)接觸電位eAB(t )和eAB(t0 )在eab ( t ) = ( kt/e ) ln ( NAT/NBT ) eab ( t0 ) = ( kt0/e ) ln ( NAT0/ NBT0)式中: k>； <； br/>； 玻爾茲曼常數為1.38E-6凝膠/℃； e>； <； br/>； 單位電荷，等于4.802E-10經(jīng)典單位的NAt，NBt和NAt0，nbt0； <； br/>； 溫度分別為t和t0時(shí)，a、b兩種材料的電子密度。 溫度差電位是由于在相同導體的兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢。 如果相同導體的兩端溫度不同，則高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，因此從高溫端向低溫端行進(jìn)的電子數比從低溫端向高溫端行進(jìn)的電子數多，結果高溫端失去電子而帶正電，低溫端得到多馀的電子而帶負電，因此在導體的兩端形成接觸電位 在熱電偶電路中產(chǎn)生的總熱電勢為eAB(t，t0)=eAB(t)+eB(t，t0)-eAB(t0)-eA(t，t0)，在總熱電勢下，溫度差電位遠小于接觸電位，能夠忽略的熱電偶的熱電勢為eAB(t， 對于選擇了t0)=eAB(t)-eAB(t0)的熱電偶，在參照端溫度t0一定的情況下，可以表現為eAB(t0)=c是常數，總的熱電動(dòng)勢為與溫度t一致的函數即eAB(t，t0)=eAB(t)-c=f(t )，該關(guān)系式在實(shí)際的測量中有用，并且eab ( t ) = c = f ( t )具有與溫度t一致的函數 根據熱電偶的測溫原理，選定熱電偶材料后，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與測量端、基準端的熱電勢有關(guān)，僅基準端溫度t0為零或一定，熱電勢為熱端溫度的一值函數。 熱電偶的分度表也以基準端溫度0℃為基準進(jìn)行分度，但在實(shí)際使用過(guò)程中，由于冷端溫度大多不為0℃，因此若不補償基準端溫度，則熱電偶的參照端溫度t0與計量端子溫度t1的溫度差t0-t1越大，測量誤差也越大。 實(shí)際應用時(shí)，由于熱電偶的基準端的端子箱暴露于大氣中，因此溫度變化大，如果不采取對策，端子箱內的溫度就不能變?yōu)榱?，也不能保持一定的溫度，因此?huì )引起測量誤差。 與熱電偶連接的二次儀表(如顯示器、記錄器)、I/O插卡等具有環(huán)境溫度補償，可補償這些裝置與熱電偶的接點(diǎn)(即儀表端子)溫度t1。 因此，如何補償熱電偶的基準端溫度t0是重要的。 目前有恒溫法、補償橋法、補償熱電偶法、補償導線(xiàn)法等多種基準端補償方法，但zui常用補償導線(xiàn)法。 補償導線(xiàn)不僅能夠減少測量誤差，還能夠改善熱電偶的測溫線(xiàn)路的物理性能和機械性能，例如采用多芯線(xiàn)或小徑的補償導線(xiàn)能夠提高線(xiàn)路的柔軟性，具有連接容易、容易遮斷干擾的優(yōu)點(diǎn)的測量線(xiàn)路成本，特別是能夠降低r、s標度編號的貴金屬熱電偶 但是，在一般的熱電偶中，索引號為b的鉑銠(鉑銠30-鉑銠6 )熱電偶除外，沒(méi)有專(zhuān)用的補償導線(xiàn)，即在實(shí)用上不需要使用補償導線(xiàn)，但參考端溫度不超過(guò)120℃。 鉑銠熱電偶在1300~1600 ℃的溫度區域的測溫中經(jīng)常使用的低溫區域的熱電勢驚人地低，例如100℃的熱電勢為0.033mV、200℃的熱電勢為0.178mV，在全部測溫范圍(0~1800 ℃)內每100℃的平均熱電勢為 例如，熱端溫度為1300℃和1600℃時(shí)，基準端溫度t0=100℃時(shí)，誤差為±； 3.0℃、t1=120℃時(shí)，誤差為±； 5.0℃為使用普通級補償代碼±的5℃要求。 但是，t0=200℃時(shí)±； 由于16.3℃的誤差，鉑銠熱電偶通常不使用補償導線(xiàn)，但限制條件為基準端溫度t1&le； 在120℃時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很大的誤差。 同樣的例外有兩種熱電偶，鎳鈷-鎳鋁熱電偶的200℃以下的熱電勢幾乎為零，不使用補償導線(xiàn)，鎳鐵-鎳銅熱電偶的50℃以下的熱電勢幾乎為零，在該溫度范圍內也不使用補償導線(xiàn)。 r、s標號鉑銠13-鉑和鉑銠10-鉑熱電偶在低溫段的100℃下兩者大致一致( r、s標號的熱電勢分別為0.647mV和0.646mV )，在200℃下稍有差異( r、s標號的熱電勢分別為1.0 mv ) 將市場(chǎng)上通常購買(mǎi)的s型號的補償導線(xiàn)用于r型號的熱電偶時(shí)，在100℃以下沒(méi)有誤差，即使達到耐熱用補償導線(xiàn)的極限溫度200℃，熱電偶的熱端溫度分別為600℃、1000℃、1300℃時(shí)，誤差僅為2.5℃、2.2℃、2.0℃。

本文熱電偶高頻詞： 補償導線(xiàn)  電勢 

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