k型熱電偶材料 熱電偶溫度計的二三事

2021-10-13 23:11:45 字數 1510 閱讀 7934

熱電偶溫度計是一種常見的接觸式溫度檢測變送儀表,它由熱電偶——感溫元件、測量儀表——動圈儀表、電位差計或數顯表及連線導線——銅導線&補償導線這幾部分組成。

熱電偶溫度計在應用方面有諸多優勢,譬如測量範圍廣、結構簡單、使用方便、準確可靠等。一般適用於測量500℃以上的較高溫度,但在500℃以下輸出電勢很小,這意味著對測量電路的放大器和抗干擾能力有著很高的要求,否則測不准。

熱電偶溫度計是如何測量溫度的,或者說,他測量溫度的原理是什麼呢?答案是賽貝克原理。

fig 1 賽貝克原理

賽貝克原理,又名「熱電效應」,是指當兩種導體連為閉合迴路,兩接點分別置於溫度t(熱源)、溫度t0中,回路上產生電勢的現象。

fig. 2 接觸電勢&溫差電勢

這樣產生的熱電勢包括兩方面:接觸電勢和溫差電勢。後者小得幾乎可以不計。接觸電勢eab(t)僅與材料及接觸點溫度有關,溫度越高,接觸電勢越大。整個迴路的熱電勢按如下方式計算:

熱電偶有一些基本定律。

首先是中間溫度定律,熱電迴路的熱電勢僅取決於熱電極的材料和兩個接觸點溫度,與溫度沿熱電極的分布及電極尺寸和形狀無關。

其次是中間導體定律,在熱電偶迴路中接入第三種材料的導線,只要它兩端溫度相同,第三導線的引入不會影響熱電偶的電勢。

最後是標準電極定律,如兩種金屬a和b分別與金屬c配偶的熱電勢eac和ecb,則a和b配偶產生的熱電勢eab=eac-ecb之差。

最最後是冷端修正理論依據,若結點溫度為t和tn時迴路的熱電勢為e1,結點溫度為tn和t0時的熱電勢為e2,則結點溫度為t和t0時的迴路熱電勢為e=e1+e2。

熱電勢與溫度有著特殊的關係,可以通過列表法、圖示法或數字表示法來表達。其實這和函式關係十分類似。

工業上常用的標準熱電偶有鉑銠30-鉑銠6(b),鉑銠10-鉑(s),鎳鉻-鎳矽(k),鎳鉻-銅鎳(e)等,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸) 。賦予他們特殊能力的正是材料本身。熱電效能好、理化效能穩定、機械加工效能優良、復現性好都是好材料的特徵。

熱電偶的結構有4種。普通、鎧裝、表面型和快速型。普通熱電偶就是由由熱電極、絕緣管、保護套和接線盒組成的。鎧裝則是整體拉長的。表面型熱電偶是一種薄膜熱電偶,專門測量物體表面溫度的。快速熱電偶則是消耗式的,專門測量高溫熔融物體,又小(熱電極直徑約0.1 mm)又快(4~6 s),不過只能間歇測量。

fig. 3 鎧裝熱電偶

熱電偶溫度計廣泛應用在工業生產和日常生活中,為這個世界增添了便利。你可以看看插在牛排裡面亮燈的溫度計,想想它是不是熱電偶溫度計呢?

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