熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中 就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應。兩種 不同成份的均質(zhì)導體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由 端,自由端 通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自 由端溫度在0℃時的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時,只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生 的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入 測量儀表,測得熱電動勢后,即可知道被測介質(zhì)的溫度。
熱電偶溫度傳感器的工作原理
兩種不同成份的導體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當接合點的溫度不同 時,在回路中就會產(chǎn)生電動勢,這種現(xiàn)象稱為熱電效應,而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就 是利用這種原理進行溫度測量的,其中,直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測 量端),另一端叫做冷端(也稱為補償 端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會指 出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。
熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度,對 于熱電偶的熱電勢,應注意如下幾個問題:
1:熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩 端溫度差的函數(shù);
2 :熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小,當熱電偶的材料是均勻時,與熱電偶的長度和直徑無 關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);
3:當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小,只與熱電偶的溫度差 有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進熱電偶的熱電勢僅 是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩 種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構(gòu)成一個閉合回路,如圖所示。當導體A和B的兩個 執(zhí)著點1和2之間存在溫差時,兩 者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種 現(xiàn)象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的?!?/p>
溫度是對物體樣本中粒子平均動能的測量方式,其標準單位是“度”。溫度可以通過不同方法 進行測量,測量的成本和度也因此各不相同。熱電偶就是其中一種常見的測量溫度的傳感 器,因為熱電偶相對而言價格便宜而且度高,并且其測量范圍相對較寬。
每當兩個不同的金屬接觸,接觸點聚會產(chǎn)生一個以溫度為函數(shù)的較低的空載電壓,這就是 熱電效應。這個溫差電壓就是Seebeck電壓,以1821年發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象的物理學家T ho masSeebeck 命名。該電壓相對于溫度是非線性的,但是對于小范圍內(nèi)的變化溫度可以近似的認為是線性 的,或者:
(1) 式中,?V是電壓變化,S是Seebeck系數(shù),而?T 是溫度變化。 熱電偶的類型有很多種,并且都根據(jù)美國標準學會(ANSI)公約規(guī)定,由大些字母注 明其成分。例如,J型熱電偶由一個鐵制導體和一個銅鎳合金導體構(gòu)成。熱電偶的其他類型包括 B,E,K,N,R,S,和T 。
如何測量熱電偶
為了更好地理解如何進行熱電偶測量,必須先了解熱電偶工作原理。本文檔的部分將 解釋熱電偶的基本原理,以后部分將陸續(xù)講解如何實現(xiàn)熱電偶同儀器之間的連接以及如何進行 溫度測量。
熱電偶Seebeck電壓如果直接連到測量系統(tǒng)上連接到測量系統(tǒng)上會產(chǎn)生附加溫差電路,因此 不能通過簡單地同電壓表或者其他測量系統(tǒng)連接而進行測量。