K型热电偶热端封装响应延迟解决方案

K型热电偶热端封装响应延迟解决方案
K型热电偶热端封装响应延迟解决方案

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K型热电偶热端封装响应延迟解决方案

作者:夏文新

来源:《科技资讯》2013年第11期

摘要:K型热电偶温度传感器在工业航空领域应用广泛。K型热电偶温度传感器的热端直接裸露在被测环境内极易受到外界环境的影响,所以,热电偶的热端也需要封装。但是封装后的K型热电偶的响应时间延迟。该文详细阐述了K型热电偶热端暴露在被测环境内会受到的外界影响从而引起输出误差,封装避免外界影响及可实施方案。

关键词:K型热电偶热端封装响应延迟

中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)04(b)-0114-03

K型热电偶温度传感器测温范围为-200 ℃~1300 ℃,它具有测量温度高,灵敏度较高,线性度好,抗氧化能力强,稳定性和均匀性好的优点。因此,K型热电偶温度传感器在工业上应用广泛。然而由于热端极易受到外界环境的干扰,对数据的采集产生不可忽视的影响,从而产生严重失真。因此目前市场上的热电偶传感器的热端实施金属封装,避免了热端直接与外界接触带来的影响。但是,热端的封装由于热能传导会延迟数据采集的响应时间。本文系统阐述热端受到外界的种种影响及其原因,解决封装带来的响应时间的延迟。

1 热电偶温度传感器热端受外界影响

热端直接插入到被测环境中,极易受到外界电场的影响,使热电偶产生不定向失真;另外热端与外界导体接触会产生短路现象;热电偶的劣化也是使传感器失真的重要原因之一。

1.1 外界电场对热电偶的影响

1.1.1 塞贝克效应

1.1.2 电介质的极化

根据电介质中束缚电荷的特征,把电介质的分子分为无极分子和有极分子两类。无极分子的正负点和中心重合,对外产生的合成电场为零。有极分子的正负电荷中心不场合,构成一个电偶极子。但由于许许多多电偶极子杂乱无章地排列,使得合成电偶极矩相抵消。因此,在无外电场的情况下,有极分子和无极分子对外产生的合成电场都为零。

在外电场的作用下,无极分子中的正电荷沿电场方向移动,负电荷逆电场方向移动,导致正负电荷动心不再重合,形成许多排列方向与外界电场大体一致的电偶极子,它们对瓦产生的电场不再为零。这种电介质中的束缚电荷在外电场作用下发生位移的现象,称为电介质的极化,束缚电荷也称为极化电荷。电介质极化的结果是电介质内部出现许许多多顺着外电场方向

热电偶测温基本原理

1.热电偶测温基本原理 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。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。 A,B 两种导体,一端通过焊接形成结点,为工作端,位于待测介质。另一端接测温仪表,为参考端。为更好地理解下面的内容,我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为:A、B两种导体组成的热电偶,工作端温度为T1,参考端温度为T0,形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是:热电偶测温,归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值,是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中,工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2,测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和,即A、B为一段,热电动势为EAB(T1,T2),C、D为另一段,热电动势为ECD(T2,T0), 即: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)

在上图中,如果C、D的材质和A、B完全一样,即C即为A,D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点,此时,回路总电势为: E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出,只要是相同的热电偶,中间产生了连接点,则总电势与连接点的温度(中间温度)无关,而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中,不需要考虑中间有没有连接点,也不需要考虑连接点的温度,而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D,它能满足: ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们,使用了补偿导线,我们将T2延伸到了T0,但最后我们的测量结果与T2无关,这样我们也可以理解为,因为我们使用了导线C、D,是它补偿了T2处连接所产生的附加电势,而使得我们最终测量不需要再考虑T2,这也是C、D为什么叫补偿导线的原因, 2.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

热电偶测温原理及常见故障

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一,热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路,如两连接端温度不同,则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是: ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。 1.热电偶测温基本原理 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。 常用的热电偶材料有: 热电偶分度号热电极材料 正极负极 S 铂铑10 纯铂 R 铂铑13 纯铂 B 铂铑30 铂铑6 K 镍铬镍硅 T 纯铜铜镍 J 铁铜镍 N 镍铬硅镍硅 E 镍铬铜镍 2.热电偶的种类及结构形成

(1)热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下: ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端(测量端为热端,通过引线与测量电路连接的端称为冷端)的温度保持不变,其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时,冷端的(环境)温度变化,将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻,另外有一个桥臂由(铜)热电阻构成。当冷端温度变化(比如升高),热电偶产生的热电势也将变化(减小),而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化(升高)。如果参数选择得好且接线正确,电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等,整个热电偶测量回路的总输出电压(电势)正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。

热电偶、热电阻工作原理及特点

热电偶、热电阻工作原理及特点 热电偶工作原理 将两种不同的金属导体焊接在一起,构成闭合回路,如在焊接端(即测量端)加热产生温差,则在回路中就会产生热电动势,此种现象称为塞贝克效应(Seebeck-effect)。如将另一端(即参考端)温度保持一定(一般为0℃),那么回路的热电动势则变成测量端温度的单值函数。这种以测量热电动势的方法来测量温度的元件,即两种成对的金属导体,称为热电偶。 热电偶产生的热电动势,其大小仅与热电极材料及两端温差有关,与热电极长度、直径无 关。 热电偶工作原理图 热电阻工作原理 工业用热电阻分铂热电阻和铜热电阻两大类。 热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部份(感温元件)是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。当被测介质中有温度发生变化时,所测得的温度是感温元件所在范围内介质中的平均温度。 热电偶、热电阻特点 热电偶热电阻 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点: a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测,对于温度的测量、控制,以及对温度信号的放大、变换等都很方便, ·结构简单,制造容易, ·价格便宜, ·惰性小,热电阻同其它种温度计相比具有如下特点:a、优点 ·准确度高。在所有常用温度计中,准确度最高,可达1mk。 ·输出信号大,灵敏度高。如在0℃用Pt100铂热电阻测温,当温度变化1℃时,其电阻值约变化0.4Ω,如果通过电流为2mA,则其电压输出量变化为800μV。在相同条件下,即使灵敏度比较高的K型热电偶,其热电动势变化也只有

热电偶热电阻 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点: a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测,对于温度的测量、控制,以及对温度信号的放大、变换等都很方便, ·结构简单,制造容易, ·价格便宜, ·惰性小, ·准确度高, ·测温范围广, ·能适应各种测量对象的要求(特定部位或狭小场所),如点温和面温的测量,·适于远距离测量和控制。 b、缺点 ·测量准确度难以超过0.2℃, ·必须有参考端,并且温度要保持恒定。·在高温或长期使用时,因受被测介质影响或气氛腐蚀作用(如氧化、还原)等而发生劣化。热电阻同其它种温度计相比具有如下特点:a、优点 ·准确度高。在所有常用温度计中,准确度最高,可达1mk。 ·输出信号大,灵敏度高。如在0℃用Pt100铂热电阻测温,当温度变化1℃时,其电阻值约变化0.4Ω,如果通过电流为2mA,则其电压输出量变化为800μV。在相同条件下,即使灵敏度比较高的K型热电偶,其热电动势变化也只有40μV左右。由此可见,热电阻的灵敏度较热电偶高一个数量级。 ·测温范围广,稳定性好。在振动小而适宜的环境下,可在很长时间内保持0.1℃以下的稳定性。 ·无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求出。 ·输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性输出,显示仪表可均匀刻度。 b、缺点 ·采用细金属丝的热电阻元件抗机械冲击与振动性能差。 ·元件结构复杂,制造困难大,尺寸较大,因此,热响应时间长。·不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。

热电偶测温基本原理

A,B 两种导体,一端通过焊接形成结点,为工作端,位于待测介质。另一端接测温仪表,为参考端。为更好地理解下面的内容,我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为:A、B两种导体组成的热电偶,工作端温度为T1,参考端温度为T0,形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是:热电偶测温,归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值,是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中,工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2,测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和,即A、B为一段,热电动势为EAB(T1,T2),C、D为另一段,热电动势为ECD(T2,T0), 即: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1) 在上图中,如果C、D的材质和A、B完全一样,即C即为A,D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点,此时,回路总电势为: E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出,只要是相同的热电偶,中间产生了连接点,则总电势与连接点的温度(中间温度)无关,而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中,不需要考虑中间有没有连接点,也不需要考虑连接点的温度,而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D,它能满足: ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3 ) 则式(1)成为: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们,使用了补偿导线,我们将T2延伸到了T0,但最后我们的测量结果与T2无关,这样我们也可以理解为,因为我们使用了导线C、D,是它补偿了T2处连接所产生的附加电势,而使得我们最终测量不需要再考虑T2,这也是C、D为什么叫补

热电偶工作原理

热电偶工作原理 中电华辰(天津)精密测器股份公司简述热电偶工作原理 热电偶的工作原理就是利用两种不同的材料组成的闭合电路;当2端的温度不同时,就会有电流产生;再通过测量仪表,就可以轻松的获得介质的温度。 中电华辰HC系列工业用铂铑热电偶又叫贵金属热电偶,它作为温度测量传感器,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用,组成过程控制系统,用以直接测量或控制各种生产过程中0-1800℃范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。 铂铑热电偶是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点温度不同时,就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存在有温差时,显示仪表将会批示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。 铂铑热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长,它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关、与热电极的长度、直径无关。 各种铂铑热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等。 中电华辰(天津)精密测器股份公司简述常用热电偶 适于制作热电偶的材料有300多种,其中广泛应用的有40~50种。国际电工委员会向世界各国推荐8 种热电偶作为标准化热电偶. 我国标准化热电偶也有8 种。分别是:铂铑10-铂(分度号为S)、铂铑13-铂(R)、铂铑30-铂铑6(B)、镍铬-镍硅(K)、镍铬-康铜(E)、铁-康铜(J)、铜-康铜(T)和镍铬硅-镍硅(N)。下面简要介绍其中几种: 五、几种常用的热电偶 1、铂铑10-铂热电偶组成:由φ0.5mm 的纯铂丝和直径相同的铂铑丝制成,分度号为 S 。铂铑丝为正极, 纯铂丝为负极。 2.特点:热电性能好,抗氧化性强,宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。长期适用的温 度为1400℃,超过此温度时,即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶粒增大。短期使用温度为1600℃。在所有的热电偶中,它的准确度等级最高,通常用作标准或测量高

热电偶的工作原理及结构

热电偶工作原理及结构检修岗位 1.懂工作原理 1.1热电偶测温原理 两种电子密度不同的导体构成闭合回路,如果两接头的温度不同,回路中就有电流产生,这种现象成为热电现象,相应的电动势成为温差电势或热电势,它与温度有一定的函数关系,利用此关系就可测量温度。 这种现象包含的原理有: 帕尔帖定理----不同材料结合在一起,在其结合面产生电势。 汤姆逊定理---由温差引起的电势。 当组成热电偶的导体材料均匀时,其热电势的大小与导体本身的长度和直径大小无关,只与导体材料的成分及两端的温度有关。因此,用各种不同的导体或半导体可做成各种用途的热电偶,以满足不同温度对象测量的需要。 1.2热电偶三大定律 均质导体定律 由单一均质金属所形成 之封闭回路,沿回路上每一 点即使改变温度也不会有电 流产生。亦即,E = 0。 由2种均质金属材料A 与B所形成的热电偶回路中, 热电势E与接点处温度t1、 t2的相关函数关系,不受A 与B之中间温度t3与t4之影 响。 中间金属定律

在由A与B所形成之热电偶回路两接合点以外的任意点插入均质的第三金属C,C之两端接合点之温度t3若为相同的话,E不受C插入之影响。 在由A与B所形成之热电偶回路,将A与B的接合点打开并插入均质的金属C 时,A与C接合点的温度与打开前接合点的温度相等的话,E不受C插入的影响。 如右图所示,对由A 与B所形成之热电偶插入第3之中间金属C,形成由A与C、C与B之2组热电偶。接合点温度保持t1与t2的情况下,E AC + E CB = E AB。 中间温度定律

如右图所示任意数的异种金属A、B、C???G所形成的封闭回路,封闭回路之全体或是全部的接合点保持在相等的温度时,此回路的E=0。 如右图所示,A与B所形成之热电偶,两接合点之温度为t1与t2时之E为E12,t2与t3时之E为E13的话,E12 + E23 = E13。此时,称t2为中间温度。 以中间温度t2选择如0℃这样的标准温度,求得相对0℃任意的温度t1、t2、t3???tn之热电动势,任意两点间之热电动势便可以计算求得。 如右图所示,对于使用补偿导线之热电偶回路适用以上之观念。A与B为热电偶,C 与D为A、B用之补偿导线,M为数字电压计,计算后可得下面关系式: E = E AB (t1) - E AB (t3) 也就是说,M 所测定之电

热电偶的工作原理及结构

热电偶工作原理及结构 检修岗位 1.懂工作原理 1.1热电偶测温原理 两种电子密度不同的导体构成闭合回路,如果两接头的温度不同,回路中就有电流产生,这种现象成为热电现象,相应的电动势成为温差电势或热电势,它与温度有一定的函数关系,利用此关系就可测量温度。 这种现象包含的原理有: 帕尔帖定理----不同材料结合在一起,在其结合面产生电势。 汤姆逊定理---由温差引起的电势。 当组成热电偶的导体材料均匀时,其热电势的大小与导体本身的长度和直径大小无关,只与导体材料的成分及两端的温度有关。因此,用各种不同的导体或半导体可做成各种用途的热电偶,以满足不同温度对象测量的需要。 1.2热电偶三大定律 均质导体定律 由单一均质金属所形成 之封闭回路,沿回路上每一 点即使改变温度也不会有电 流产生。亦即,E = 0。 由2种均质金属材料A 与B所形成的热电偶回路中, 热电势E与接点处温度t1、 t2的相关函数关系,不受A 与B之中间温度t3与t4之影 响。 中间金属定律

在由A与B所形成之热电偶回路两接合点以外的任意点插入均质的第三金属C,C之两端接合点之温度t3若为相同的话,E不受C插入之影响。 在由A与B所形成之热电偶回路,将A与B的接合点打开并插入均质的金属C 时,A与C接合点的温度与打开前接合点的温度相等的话,E不受C插入的影响。 如右图所示,对由A 与B所形成之热电偶插入第3之中间金属C,形成由A与C、C与B之2组热电偶。接合点温度保持t1与t2的情况下,E AC + E CB = E AB。 中间温度定律

如右图所示任意数 的异种金属A、B、C???G 所形成的封闭回路,封闭回路之全体或是全部的接合点保持在相等的温度时,此回路的E=0。 如右图所示,A与B 所形成之热电偶,两接合点之温度为t1与t2时之E为E12,t2与t3时之E为E13的话,E12 + E23 = E13。此时,称t2为中间温度。 以中间温度t2选择如0℃这样的标准温度,求得相对0℃任意的温度t1、t2、t3???tn之热电动势,任意两点间之热电动势便可以计算求得。 如右图所示,对于使用补偿导线之热电偶回路适用以上之观念。A与B为热电偶,C 与D为A、B用之补偿导线,M为数字电压计,计算后可得下面关系式: E = E AB (t1) - E AB (t3) 也就是说,M 所测定之电

热电偶工作原理.

热电偶工作原理 两种不同成份的导体两端接合成回路时,当两接合点温度不同时,就会在回路内产生热电势。如果热电偶的测量端(感受被测温度的端叫测量端与参比端(处于已知温度的端叫参比端或叫冷端存有温差时,显示仪表将会显示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。 热电偶的热电势将随着测量端温度的升高而增加,热电势的大小只和热电偶导体材质和两端的温度有关,与热电极的长度、直径无关。 热电偶测温是基于热电效应这一物理现象实现的。用两种不同的金属导线A、B焊接而成的闭合回路称为“热电偶”。当它的两个接点1、2的温度t1、t2不同时,回路中将产生热电动势,简称热电势,这种现象称为“热点效应”。热电势的大小与两接点的温度差(t2—t1和组成回路的导线材料有关。对于给定的热电偶,则只与两接点的温差有关。如果保持t1不变(t1=0℃,那么热电势只与t2有关。t2越大,热电势越大,且有确定的关系。只要用电位差计G测出回路中的热电势,就可以通过热电势与温度的关系球出被测温度t2。 理论上,任何两种不同的金属导线均可组成热电偶,但实际上为了使热电偶回路有较大的热电势,能耐高温,而且热电势与温度基本上呈线性关系,通常采用下列金属或合金导线配对组成热电偶(见表1—1 表1—1 材料名称 使用温度范围 热电势(mv/100℃ 极性 铜—康铜

—20—400℃ 4.15 +―― 镍铬—考铜 —20—400℃ 6.95 镍铬—镍铝 —50—900℃ 4.10 +―― 铂铑—铂 —20—1300℃ 0.64 +―― 热电偶的电极A、B两接点通常用电弧焊、电熔焊、锡焊等焊接在一起。焊点要求圆滑、直径小、接触好、牢固,增强热电偶的灵敏度和耐用性。测温时,接点1放在盛有冰水混合物的冰瓶中,维持接点1的温度恒为零摄氏度,称为参比端(或冷端。接点2置于待测温度场中,或焊接在被测物体的表面上,称为测量端(或热端。回路中接入测量热电势的仪表G(通常使用电位差计或数字电压表,测出电路中的热电势,再由热电势与温度的关系曲线或表格查出被测温度。

热电偶种类及其工作原理

热电偶种类及其工作原理 2008-9-12 常用的热电偶种类 热电偶的工作原理 什么叫热电偶?这就要从热电偶测温原理说起,热电偶是一种感温元件 , 是一次仪表,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。 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 Seebeck 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。 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两端温度函数的差,而不是热电偶两端温度差的函数; 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。 【字体:大 热电偶的结构形式 2007-12-20 热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下: ·组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ·两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路; ·补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ·保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 按热电偶的用途不同,常制成以下几种形式。

热电偶的工作原理

热电偶工作原理 什么叫热电偶这就要从热电偶测温原理说起,热电偶是一种感温元件,是一次仪表,它直 接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质 的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体(称为热电偶丝材或热电极)组成闭合 回路,当接合点两端的温度不同,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(也称为测量端),温度较低的一端为自由端(也称为补偿端),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。 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两端温度函数的差,而不是热电偶两端温度差的函数; 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。常用的热 电偶材料有: 热电偶的故障与修理 热电势比实际应有的热电势小(仪表指示值小)。 (1)热电偶内部电极漏电(短路)。 解决办法:将热电偶电极取出,检查漏电原因。若是因潮湿引起,应将电极用火烤干;若是因瓷管绝缘不良引起,应将坏瓷管取下,换上好的瓷管。 (2)热电偶内部潮湿。 解决办法:将热电偶电极取出干燥之;并检查热电偶的保护管是否漏气、漏水等等,使管内保持干燥。 (3)热电偶端子被铁屑短路。 解决办法:将热电偶端子上的铁屑刷掉,并将端子盖严。 (4)补偿掉线因绝缘烧坏而短路或因潮湿短路。 解决办法:将短路处绝缘或更换补偿掉线。 (5)在修理或焊接电极时产生两个以上热节点。 解决办法:将多热节点的电极更换为同种电极。 (6)热电偶的种类与补偿导线种类配置不当(补偿导线配错)。

热电偶的工作原理及结构用途

热电偶的工作原理及结构用途 一、什么是热电偶 热电偶是工业上常用的温度检测元件之一,热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路,如两连接端温度不同,则在回路内产生热电流的物理现象。 二、热电偶测温基本原理 热电偶是一种感温元件,是一次仪表,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,再通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。 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。 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。 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。 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

热电偶工作原理

热电偶工作原理: 热电偶是一种感温元件 , 它把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均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 Seebeck 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。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。 热电偶优点: 热电偶是工业中常用的温度测温元件,具有如下特点: ① 测量精度高:热电偶与被测对象直接接触,不受中间介质的影响。 ② 热响应时间快:热电偶对温度变化反应灵敏。 ③ 测量范围大:热电偶从 -40~+ 1600℃ 均可连续测温。 ④性能可靠,机械强度好。 ⑤ 使用寿命长,安装方便。 热电偶的种类及结构: ( 1 )热电偶的种类 热电偶有 K 型(镍铬 - 镍硅) WRN 系列, N 型(镍铬硅 - 镍硅镁) WRM 系列, E 型(镍铬 - 铜镍) WRE 系列, J 型(铁 - 铜镍) WRF 系列, T 型(铜 - 铜镍) WRC 系列, S 型(铂铑10- 铂) WRP 系列, R 型(铂铑 13- 铂) WRQ 系列, B 型(铂铑 30- 铂铑 6 ) WRR 系列等。 ( 2 )热电偶的结构形式: 热电偶的基本结构是热电极,绝缘材料和保护管;并与显示仪表、记录仪表或计算机等配套使用。 在现场使用中根据环境,被测介质等多种因素研制成适合各种环境的热电偶。热电偶简单分为装配式热电偶,铠装式热电偶和特殊形式热电偶;按使用环境细分有耐高温热电偶,耐磨热电偶,耐腐热电偶,耐高压热电偶,隔爆热电偶,铝液测温用热电偶,循环硫化床用热电偶,水泥回转窑炉用热电偶,阳极焙烧炉用热电偶,高温热风炉用热电偶,汽化炉用热电偶,渗碳炉用热电偶,高温盐浴炉用热电偶,铜、铁及钢水用热电偶,抗氧化钨铼热电偶,真空炉用热电偶,铂铑热电偶等。 热电偶

热电偶的工作原理

热电偶的工作原理 热电偶(thermocouple)是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。在工业生产过程中,温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中,热电偶的应用极为广泛,它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外,由于热电偶是一种有源传感器,测量时不需外加电源,使用十分方便,所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。 热电偶工作原理: 热电偶是一种感温元件,热电偶由两种不同成份的均质金属导体组成,形成两个热电极端。温度较高的一端为工作端或热端,温度较低的一端为自由端或冷端,自由端通常处于某个恒定的温度下。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塞贝克电动势—热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。测得热电动势后, 即可知道被测介质的温度。 热电偶温度测量由如图所示三部分组成: ⑴热电偶 ⑵毫伏测量电路或毫伏测量仪表 ⑶连接热电偶和毫伏测量电路的补偿导线与铜线 ] 图1-1 热电偶温度测量电路:

图1-2 原理如图1-2所示,热电偶产生的毫伏信号经放大电路后由VT 端输出。它可作为A/D 转换接口芯片的模拟量输入。 第1级反相放大电路,根据运算放大器增益公式: 1111012L L O U R U R U ?-=? -= , 增益为10。 第2级反相放大电路,根据运算放大器增益公式: 1110 1200561O O O VT U RW R U R RW U V ?+-=?+-===)( 增益为20。 总增益为200,由于选用的热电偶测温范围为0~200℃变化,热电动势0~10mV 对应放大电路的输出电压为0~2V 。 A/D 转换接口芯片最好用5G14433,它是三位半双积分A/D ,其最大输入电压为1999mV 和1999V 两档(由输入的基准电压VR 决定)。我们应选择1999V 档,这样5G14433转换结果(BCD 码)和温度值成一一对应关系。如读到的BCD 码为01、00、01、05,则温度值为101℃。因此,用5G14433 A/D 芯片的话,你可以将转换好的A/D 结果(BCD 码)右移一位(除以10)后直接作为温度值显示在显示器上。 如果A/D 转换芯片用ADC0809,则在实验前期,应先做两张表格:一、放大电路的输出电压和温度的对应关系,一一测量并记录下来制成表格;二、ADC0809的转换结果(数字量)和输入的模拟电压一一对应关系记录下来并制成表

热电偶传感器的工作原理和分类

热电偶传感器的工作原理和分类 【摘要】热点偶测温范围广常用的热电偶从(-50~+1600)℃均可边续测量,最高可达+2800℃(如钨-铼),测温精度高,因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。构造简单,电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便,使用方便,厂使用广泛。 【关键词】热电偶;传感器;原理 热电偶是一种感温元件是一次仪表,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。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。 1、工作原理 1.1 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。 2、电偶的特性 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: 2.1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; 2.2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; 2.3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。当导体A和B的两个执着点之间存在温差时,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

热电偶接线与工作原理

如何正确使用热电偶补偿导线 摘要在使用热电偶进行温度测量中,热电偶补偿导线的使用比较普遍。但经调查发现,很多地方由于没有正确使用补偿导线而出现很多问题。本文介绍了补偿导线的原理,对常见错误使用的形式进行归纳,同时从理论上分析所产生的偏差,指出正确使用方法 和注意事项。 关键词热电偶补偿导线使用方法误差 热电偶补偿导线已经广泛用于热电偶温度测量中。如果了解了热电偶补偿导线的原理、功能、作用方法和注意事项,就能充分发挥热电偶补偿导线的作用,否则就会适得其反。 某钢管生产企业新引进的一套球化炉装置,装置的二十多个测温点由于设备安装人员将热电偶正负极接反,且补偿导线还存在多接头现象,再加上设备使用人员对此知识的贫乏,在工作中因炉温不正确导致炉内产品报废,直接经济损失达一百多万元,教训不可谓不 深刻。 实际上在众多热电偶测温现场,笔者发现用普通铜导线作连

线的占40%,而使用补偿导线作连接线的仅占60%。究其原因有二: 一是由于热电偶设备使用操作人员不了解补偿导线功能,认为既然只要起到连接作用,普通导线即可。 二是设备制造商在安装热电偶时,用的连接线即为普通导线,而在使用者角度总认为设备安装人员都是专业人员,做法总是正确的, 没能引起应有的怀疑。 在工业生产中,虽然热电偶作为温度传感器,已经广泛使用于温度测量和控制,人们对此也比较熟悉,但如果在使用中不注意正确的使用方法,就会给测温和控温造成很大的偏离,严重时会直接造 成经济损失,所以应该引起重视。 一、热电偶的测温原理简介 由2种不同均质材料a、b组成的回路(见图1)称为热电偶。 a、b材料2端连接的接点分别用j1、j2表示,如果j1、j2的接点温度t1和t2不一样,在回路中就会产生电势,通常称为热电势。当a、b的材料一定时,热电势的大小取决于t1、t2之间的温度差,用公式 表示为 eab(t1,t2)=eab(t1)+eba(t2)=eab(t1)-eab(t2) (1) 式中:eab(t1,t2)———材料为a、b的热电偶,接点温度

热电偶基本原理和使用方法

热电偶基本原理和使用方法 常用热电偶分度号有S、B、K、E、T、J等,这些都是标准化热电偶。其中K型也即镍铬-镍硅热电偶,它是一种能测量较高温度的廉价热偶。由于这种合金具有较好的高温抗氧化性,可适用于氧化性或中性介质中。它可长期测量1000度的高温,短期可测到1200度。它不能用于还原性介质中,否则,很快腐蚀,在此情况下只能用于500度以下的测量。它比S型热偶要便宜很多,它的重复性很好,产生的热电势大,因而灵敏度很高,而且它的线性很好。虽然其测量精度略低,但完全能满足工业测温要求,所以它是工业上最常用的热电偶。 概述: 作为工业测温中最广泛使用的温度传感器之一——热电偶,与铂热电阻一起,约占整个温度传感器总量的60%,热电偶通常和显示仪表等配套使用,直接测量各种生产过程中-40~1800℃范围内的液体、蒸气和气体介质以及固体的表面温度。 热电偶工作原理: 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两端温度函数的差,而不是热电偶两端温度差的函数; (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。 热电偶的基本构造: 工业测温用的热电偶,其基本构造包括热电偶丝材、绝缘管、保护管和接线盒等。 一、常用热电偶丝材及其性能 1、铂铑10-铂热电偶(分度号为S,也称为单铂铑热电偶) 该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金,负极为纯铂;它的特点是: (1)热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃,超达1400℃

热电偶原理及工艺

热电偶简介 一、热电偶介绍: 热电偶属于接触式温度测量仪表是工业生产中最常用的温度检测仪表之一。 二、热电偶工作原理: 热电偶是一种感温元件, 它把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均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Seebeck 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。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。 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两端温度函数的差,而不是热电偶两端温度差的函数; (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。 三、热电偶的基本结构 工业测温用的热电偶,其基本构造包括热电偶丝材、绝缘管、保护管和接线盒等。 1,热电偶丝的类型: (1)、铂铑10-铂热电偶(分度号为S,也称为单铂铑热电偶) 该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金,负极为纯铂 常用热电偶丝材及其性能 三、热电偶优点: 热电偶是工业中常用的温度测温元件,具有如下特点: ①测量精度高:热电偶与被测对象直接接触,不受中间介质的影响。 ②热响应时间快:热电偶对温度变化反应灵敏。

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