第三章 温度测量热电偶1(新)培训讲学

双金属温度开关
液体压力式温度计原理图
1一温包；2一毛细管；3一基座；4一弹簧管；5一连杆；6一扇形齿 轮；7一小齿轮； 8一指针；9一刻度盘
二、温标
定量地表示物体温度数值大小的尺度称为温度 标尺，简称温标。
温标是用数值表示温度的一整套规则，它确定了 温度的单位。各种测温仪表直读温度的刻度均是通过 温标来确定的。
● 热力学温度（符号为T）是基本物理量，它的单位是开
尔文，符号为K。定义：水三相点热力学温度的 1/273.16为1K。 温标允许使用与水冰点温度的差值来表示温度。用这种
方法表示的热力学温度称为摄氏温度，温度符号为t，
则有：
t = T - 273.15
● 规定了十七个固定点温度，其中十四个为物质的平衡 点（三相点、熔点、凝固点），另外三个为由规定的 温度计在指定的某温度附近测量确定。
热电偶
理论和实践都证实，热电现象中产生的热电势 是由接触电势和温差电势两种电势的综合效果。
（1）接触电势
接触电势产生
接触电势的大小可用下式表示：
AB(t)KeTlnN NBA((tt))
式中 e——单位电荷，等于4.802×10-10绝对静电单位； K ——波尔兹曼常数，等于1.38×10-28 J / K； NA(t), NB（t）——金属A、B在温度t时的自由电子密度； T——A、B金属接触处的绝对温度，K。
应用：电厂生产过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、
高温烟气等都是采用热电偶来测量的。
热电偶测温示意图 1-热电偶；2-连接导线；3-显示仪表
热电偶测温主要利用热电现象
1、热电现象(塞贝克效应）
热电偶由两种不同材料的导体（或半导体） A和B组成。A、B是热偶丝，也叫热电极。 放在被测对象中，感受温度变化的那端 称为工作端或热端，另一端称为自由端 或冷端。当热端和冷端温度不同时回路 中有电流流过，此电流称为热电流，产 生热电流的电动势称为热电势，这种物 理现象称为热电现象。
第三章 接触式温度检测及仪表
第一节 概 述
一、测温仪表的分类 ❖ 接触式测温仪表 膨胀式温度计 压力式温度计 热电偶温度计 热电阻温度计
❖ 非接触式测温仪表 辐射式高温计
2020/8/16
水银玻璃温度计
1-玻璃温包； 2-毛细管； 3-刻度标尺
双金属温度计
（a)条形双金属；（b）螺旋形双金属
双金属温度计
E A ( t , t B 0 ) E B ( t , t 0 A ) E A B ( t 0 , t ) E B ( t 0 , A t ) 3.多种导体组成的闭合回路的热电势的计算方法
三种导体组成的闭合回路的热电势可以推出：
E AB fA C ( t1 B ) fB ( tC 2 ) fC ( t3 A )
需要说明的几个问题： 1. 分度表的建立
热电偶分度表是在冷端温度t0 =0℃时热电势与热端温 度的关系，可用表格形式给出，不同材料制成的热电 偶有不同的分度表。
注意：热电偶的热电势与热端温度的关系一般 为非线性关系。
2.热电极与热电势的极性
热电偶的两个热电极有正负之分。 热电势也有正负极性之分。
第二节
热电偶测温
一、热电偶的测温原理
热电偶温度计以热电偶作为感温元件，一般用于测量500℃ 以上的高温，长期使用时其测温上限可达1300℃，短期使用时 可达1600℃，特殊材料制成的热电偶可测量的温度范围为 2000～3000℃。
特点：热电偶具有性能稳定、测温高、结构简单、使用方
便、经济耐用、容易维护和体积小等优点，还便于信号远传和 实现多点切换测量。
● 规定了不同温区内复现温标的基准器： 1）0.65～5.0K之间基准器：氦蒸气压温度计。 2）3.0～24.5561K之间基准器：氦气体温度计（定容式
）。
3）13.8033K～961.781 ℃之间基准器：铂电阻温度计
。
4）961.78℃以上温度基准器：光学高温计。
● 规定了不同温区定义T90的计算公式
E A ( t , t B 0 ) e A ( t ) B e B ( t , t 0 ) e A ( t 0 ) B e A ( t , t 0 )
A(tB )B (t)A (t) A(tB 0 )B (t0 )A (t0 )
fA (tB ) fA (tB 0 )
2020/8/16
（2）温差电势
产生的。
温差电势是同一金属体两端温度不同而
温差电势的产生
Kt 1
eA(t,t0)e t0 NAdN A(t)
式中 NA（t）——金属A的电子密度，它是温度函数。
为了分析方便，温差电势可由下面函数差来表示：
eA (t,t0)A (t)A (t0)
(3) 热电偶回路热电势
如果t＞t0，NA（t）＞NB（t），则在回路内便产生两个接 触t0）电，势各eA电B(势t)和的e方A向B(t如0)图，所两示个。温回差路电的势总eA电（势t，EtA0B）(t,和t0)e等B（于t，回 路中各电势的代数和。即
2、中间导体定律 该定律内容是：由不同材料组成的闭合回路中ห้องสมุดไป่ตู้若各种材
料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。 结论： （1）在热电偶回路中接入第三种均质材料，只要保证所
思考：四种导体组成的闭合回路的热电势的表达 式？
二、热电偶的基本定律
这些定律已在理论分析和实践中得到证明，对保证热电偶 正确测量温度至关重要。
1、均质导体定律
该定律内容是：由一种均质导体或半导体组成的闭合回 路不论导体或半导体的截面积、长度和各处温度分布如何 ，都不能产生热电势。
结论：
（1）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。 （2）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产 生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热电 极材料的均匀性。
建立温标（1） 选定测温物质的性质；（2）定义固定 点温度（3）确定内插仪器和公式，得到温度的单位。
历史上有过多种温标：
● 摄氏温标； ● 华氏温标； ● 热力学温标； ● 国际实用温标 目前的国际实用温标为ITS-90温标。
● ITS-90适用的温度范围：下限0.65K， 上限：根据普朗克定律使用单色辐射高温计，实际可测 得的最高温度。