熱電偶測溫原理
熱電偶是基于“溫差電效應”的測輻射熱器件。1. 溫差電效應:簡單地說,就是在由兩種不同的金屬導體或是半導體材料構成的結點處,可以產生接觸電動勢。將這兩種不同的材料連接成一對節點構成的閉合回路,并使其中一個結點接受輻射(熱輻射或光輻射),則該節點就會產生“溫度升高”,與另一個沒有接受輻射的結點之間出現溫度差,導致兩個結點的接觸電動勢不同,從而在閉合回路中產生電流。這種效應也叫作“塞貝克效應”。2. 測溫原理:使用熱電偶時,通常利用其中一個結點作為測量端(熱端),用于吸收熱輻射而產生“溫升”,而另一結點作為參考端(冷端),并維持恒溫。下圖為簡單測試原理結構圖。通過檢測電流的大小就可以探測熱輻射的大小,繼而完成測溫。
1.定義: 由兩種導體組合而成,將溫度轉化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。
2. 測溫原理 : 熱電偶的測溫原理基于熱電效應。
將兩種不同材料的導體 A 和 B 串接成一個閉合回路,當兩個接點 1 和 2 的溫 度不同時,如果 T > T 0 (如上圖 12-1熱電效應), 在回路中就會產生熱電動勢, 在回路中產生一定大小的電流,此種現象稱為 熱電效應 。
熱電動勢記為 EAB ,導體 A 、 B 稱為熱電極。接點 1 通常是焊接在一起的, 測量時將它置于測溫場所感受被測溫度,故稱為測量端(或工作端,熱 端)。
接點 2 要求溫度恒定,稱為參考端(或冷端)。
3.熱電效應
??導體 A 和 B 組成的熱電偶閉合電路在兩個接點處分別由eAB (T) 與 eAB (T0 )兩個接觸電勢 ,又因為 T > T0 ,在導體 A 和 B 中還各有一 個溫差電勢。所以閉合回 路總熱電動勢 EAB (T,T0 ) 應為接觸電動勢和溫差電勢的代數和,即:
4.閉合回路總熱電動勢
??對于已選定的熱電偶,當參考溫度恒定時,總熱電動勢就變成測量端溫度 T 的單值函數,即 EAB ( T , T 0 )= f ( T ) 。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。
??在實際測溫時,必須在熱電偶閉合回路中引入連接導線和儀表。
三、有關熱電偶測溫的基本原則
??由一種均質導體組成的閉合回路,不論導體的橫截面積,長度以及溫度分布如何均不產生熱電動勢。
??如果熱電偶的兩根熱電極由兩種均質導體組成,那么,熱電偶的熱電動勢僅與兩接點的溫度有關,與熱電偶的溫度分布無關;
??如果熱電極為非均質電極,并處于具有溫度梯度的溫場時,將產生附加電勢,如果僅從熱電偶的熱電動勢大小來判斷溫度的高低就會引起誤差。
??1.中間導體定則:
2. 均質導體定則
??在熱電偶回路中接入第三種材料的導體,只要兩端的溫度相等,該導體接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。根據這一定則,可以將熱電偶的一個接點斷開接入 第三種導體 ,也可以將熱電偶的一種導體斷開接入第三種導體,只要每一種導體的兩端溫度相同,均不影響回路的總熱電動勢。
在實際測溫電路中,必須有連接導線和顯示儀器,若把連接導線和顯示儀器看成第三種導體 ,只要他們的兩端溫度相同,則不影響總熱電動勢 。
3、參考電極定則 :
?兩種導體 A, B 分別與參考電極 C( 或稱標準電極 ) 組成熱電偶,如果他們所產生的熱電 動勢為已知, A 和 B 兩極配對后的熱電動勢可用下式求得.由此可見,只要知道兩種導體分別與參考電極組成熱電偶時的熱電動勢,就可以依據參考電極定則計算出兩導體組成熱電偶時的熱電動勢。從而簡化了熱電偶的選配工作。由于鉑的物理化學性質穩定,熔點高,易提純,所以人們多采用高純鉑作為參考電極。