第5章 温度检测

内所产生的热电势相等，则可以用CD来替代
AB的延伸段。
EAB (t , tc ) ECD (tc , t0 ) EAB (t , t0 )
CD即为热电偶AB的补偿导线，通常CD采用比热电偶电 极材料更廉价的两种金属材料做成，一般在0～100℃范围内
要求补偿导线要与被补偿的热电偶具有几乎完全相同的热电
R1
R1
I
I
b
R2
a
RCu
如果满足：R2 RCu (t0 )
则：U ab IRCu (t0 ) t0 (t0 t0 )
事实上E (t , t0 )和E (t , t0 )的差值可以近似为：E (t , t0 )－E (t , t0 )＝ (t0 t0 )
如果使：RCu (t0 ) t0 (t0 t0 ) I＝ (t0 t0 ) 即：RCu (t0 ) t0 I
当冷端温度由t0变化到t’0时，不妨设t’0 >t0，热电偶输出 的热电势减小，但电桥中RCu 随温度的上升而增大，于是电 桥两端会产生一个不平衡电压Uab(t’0 )
5.2 热电偶及其测温原理
6、热电偶冷端温度的处理 经过设计，可使电桥的不平衡电 压等于因冷端温度变化引起的热电势
+
t0 t0
而 eAB(50)+eBC(50)+eCA(50)=0
E= eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV
解二：利用中间导体定律
E=eAB(240)+eBA(50)+eAC(50)+eCA(10) = eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV 。
上被公认的热电偶材料只有几种。
5.2 热电偶及其测温原理
附录中列出了几种常用的标准热电偶分度表。根据标准
规定，热电偶的分度表是以t0＝0℃为基准进行分度的。
当t＝0℃时，所有型号热电偶产生的热电势为0mV； 当t<0℃时，热电势为负值。 例 用K型热电偶来测量温度，在冷端温度为t0＝25℃时， 测得热电势为22.9mV，求被测介质的实际温度。 解：根据题意有 EK (t , 25) 22.9mV 由K型热电偶的分度表查出 EK (25, 0) 1.000mV 因此有 EK (t , 0) EK (t , 25) EK (25, 0) 22.9mV 1.000mV 23.9mV
性质。在选择和使用补偿导线时，要和热电偶的型号相匹配， 注意极性不能接错，热电偶与补偿导线连接处的温度一般不 能高于100℃。
5.2 热电偶及其测温原理
5、标准化热电偶和分度号 从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成
热电偶，用来测量温度。但实际情况并非如此，为了保证 在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电偶的电极 材料在被测温度范围内应满足： 热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的 变化率要大、热电势与温度尽可能成线性对应关系、具有 足够的机械强度、复制性和互换性好等要求，目前在国际
E (t , t0 )
－ +a Rcu R1 R2 E b R－ 3 + －
E (t , t0 )
变化，即
t
E (t , t0 ) U ab (t0 ) E (t , t0 )
于是实现了冷端温度的自动补偿。
实际的补偿电桥一般是按t0＝20℃设计的，即t0＝20℃
时，补偿电桥平衡无电压输出。
eB(t,t0)
eA(t,t0)
A
B
下标A表示正电极，B表示负电极，由于温差电势比接 触电势小很多，常常把它忽略不计，这样热电偶的电势 可表示为：
eAB(t)
EAB (t , t0 ) eAB (t ) eAB (t0 )
(i)
注意：如果下标次序改为eBA ，则热电势e前面的符号也 应相应改变，即
5.2 热电偶及其测温原理
4、等值替代定律和补偿导线 如果热电偶AB在某一温度范围内所产生的热电势与热电
偶CD在同一温度范围内所产生的热电势相等，即
EAB (t , t0 ) ECD (t , t0 )
则这两支热电偶在该温度范围内是可以相互替换的， 这就是所谓的热电偶等值替代定律。
t0 C tc A t B A t D A tc B t0 B
例 如左图，设
EAB (tc , t0 ) ECD (tc , t0 )
证明该回路的总热电势为 E (t , t ) AB 0
5.2 热电偶及其测温原理
4、等值替代定律和补偿导线
生产现场 补偿导线 A C D B A B 热电偶 被测设备 t 恒温环境 t0 冷端的延伸 毫伏计
tc
某热电偶，热端温度为t，冷端温度为tc，显然冷端温度难
闭合回路中产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成
5.2 热电偶及其测温原理
2、热电偶测温原理
eAB(t0)
EAB (t , t0 ) eAB (t ) eAB (t0 ) eB (t , t0 ) eA (t , t0 )
接触电势 温差电势
膨胀 式 接 触 热电 式 效应
双金属 -80～600 -200～ 1800
热电偶
热阻 效应
铂电阻 -200～600 测量精度高，便于远距离、多点、集中检测 铜电阻 -50～150 和自动控制，应用广泛；不能测高温 。
半导体热 敏电阻
-50～150
灵敏度高、体积小、结构简单、使用方便； 互换性较差，测量范围有一定限制 。 不破坏温度场，测温范围大，响应块，可测 运动物体的温度；易受外界环境的影响，标 定较困难 。
eAB (t ) eBA (t )
当冷端温度t0一定时，对于确定的热电偶来说，eAB(t0)为 常数。因此，其总热电势EAB(t,t0)就与温度t成单值函数对应关
系，和热电偶的长短、直径无关。
5.2 热电偶及其测温原理
2、热电偶测温原理
重要结论：
（1）如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热 电偶冷、热两端的温度如何，闭合回路中的总热电势为零； （2）如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电 极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零； （3）热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关 之外，还与电极材料有关，也就是说由不同电极材料制成的
+
E (t , t0 )
t0 t0
R1
R
+
－
+a
Rc
u
E 2 b－ R－ 3
E (t , t0 )
t 图3－44 电桥补偿法
5.2 热电偶及其测温原理
6、热电偶冷端温度的处理 如图，电桥由R1、R2 、R3 （均为 锰铜电阻）和RCu （热敏铜电阻）组
+
t0 t0
E (t , t0 )
5 温度测量及仪表
温度检测的主要方法和分类
热电偶及其测温原理 ★
☆
热电阻及其测温原理
温度变送器简介
★
☆
其它温度检测仪表简介 ☆
温度检测仪表的选用和安装 ★
5.1 温度检测方法和分类
测温方式 仪表
玻璃液 体
范围℃
-100～ 600
主要特点
结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉； 测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎， 不能远传 。 结构紧凑、可靠；测量精度低、量程和使用 范围有限 。 测温范围广、测量精度高、便于远距离、多 点、集中检测和自动控制，应用广泛；需自 由瑞温度补偿，在低温段测量精度较低 。
5.2 热电偶及其测温原理
6、热电偶冷端温度的处理
（1）冰浴法——把热电偶的冷端
多用于实验室。
补 偿 导 线
tc
毫 伏 计
0℃
热 放入恒温装置中，保持冷端温度为0℃， 电 偶
恒 温 装 置
t
（2）计算修正法——这种方法适用于实验室或者临时 测温。 （3）电桥补偿法——是仪 表中最常用的一种处理方法， 它利用不平衡电桥产生的电压 来补偿热电偶因冷端温度的变 化而引起热电势的变化。
的检测仪表是否会产生额外的热电势，对 热电偶回路是否产生影响？ 答：不会产生影响的。
5.2 热电偶及其测温原理
t0
3、中间导体定律和热电势的测量 如果断开冷端，接入第三种导体C，并保持
B
A
t A
A和C、B和C接触处的温度均为 t0 ，则回路中的
总热电势等于各接点处的接触电势之和:
t
t0
C t0 C t0
EABC (t , t0 ) eAB (t ) eBC (t0 ) eCA (t0 )
当t＝t0时 EABC (t0 , t0 ) eAB (t0 ) eBC (t0 ) eCA (t0 ) 0
B C
毫伏计
可得
EABC (t , t0 ) eAB (t ) eAB (t0 ) E AB (t , t0 )
－ +a Rcu R1 R2 E b R－ 3 + －
E (t , t0 )
成。在设计的冷端温度(例如t0＝0℃)
t
时，满足R1＝R2，R3＝RCu，这时电桥平衡，无电压输出， 即Uab=0，回路中的输出电势就是热电偶产生的热电势。 此时回路中输出的热电势为:
E (t , t0 ) U ab (t0 )
非接触式 辐射式
0～3500
5.2 热电偶及其测温原理

热电效应和热电偶


热电偶中间导体定律与热电势的检测
热电偶的等值替代定律和补偿导线 标准化热电偶和分度表


热电偶冷端温度的处理