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热电偶温度传感器的工作原理及测量

作者: 发布时间:2023-08-12 11:18:53点击:200

信息摘要:

热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中 就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。两种 不同成份的均质导体为热电极,温度较高的一端为工作端,温度较低的一端为自由 端,自由端 通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自 由端温度在0℃时的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。

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  在热电偶回路中接入第三种金属材料时,只要该材料两个接点的温度相同,热电偶所产生 的热电势将保持不变,即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时,可接入 测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。

热电偶温度传感器的工作原理

  两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路,当接合点的温度不同 时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。热电偶就 是利用这种原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测 量端),另一端叫做冷端(也称为补偿 端);冷端与显示仪表或配套仪表连接,显示仪表会指 出热电偶所产生的热电势。

  热电偶实际上是一种能量转换器,它将热能转换为电能,用所产生的热电势测量温度,对 于热电偶的热电势,应注意如下几个问题:

  1:热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差,而不是热电偶冷端与工作端,两 端温度差的函数;

  2 :热电偶所产生的热电势的大小,当热电偶的材料是均匀时,与热电偶的长度和直径无 关,只与热电偶材料的成份和两端的温差有关;

  3:当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后,热电偶热电势的大小,只与热电偶的温度差 有关;若热电偶冷端的温度保持一定,这进热电偶的热电势仅 是工作端温度的单值函数。将两 种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图所示。当导体A和B的两个 执着点1和2之间存在温差时,两 者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种 现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 

  温度是对物体样本中粒子平均动能的测量方式,其标准单位是“度”。温度可以通过不同方法 进行测量,测量的成本和度也因此各不相同。热电偶就是其中一种常见的测量温度的传感 器,因为热电偶相对而言价格便宜而且度高,并且其测量范围相对较宽。

  每当两个不同的金属接触,接触点聚会产生一个以温度为函数的较低的空载电压,这就是 热电效应。这个温差电压就是Seebeck电压,以1821年发现该现象的物理学家T ho masSeebeck 命名。该电压相对于温度是非线性的,但是对于小范围内的变化温度可以近似的认为是线性 的,或者:

(1)   式中,?V是电压变化,S是Seebeck系数,而?T 是温度变化。   热电偶的类型有很多种,并且都根据美国标准学会(ANSI)公约规定,由大些字母注 明其成分。例如,J型热电偶由一个铁制导体和一个铜镍合金导体构成。热电偶的其他类型包括 B,E,K,N,R,S,和T 。

如何测量热电偶

  为了更好地理解如何进行热电偶测量,必须先了解热电偶工作原理。本文档的部分将 解释热电偶的基本原理,以后部分将陆续讲解如何实现热电偶同仪器之间的连接以及如何进行 温度测量。

  热电偶Seebeck电压如果直接连到测量系统上连接到测量系统上会产生附加温差电路,因此 不能通过简单地同电压表或者其他测量系统连接而进行测量。


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