热电偶

热电偶补偿导线
热电偶回路的四个基本定则
• 均质导体定则 • 由同一种均质材料（导体或半导体） 两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如 何以及温度如何分布，将不产生接触电势， 温差电势相抵消，回路中总电势为零。 • 可见，热电偶必须由两种不同的均质 导体或半导体构成。若热电极材料不均匀， 由于温度梯存在，将会产生附加热电势。
• 2、绝缘变差而引入的误差 • 如热电偶绝缘了，保护管和拉线板污 垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝 缘不良，在高温下更为严重，这不仅会引 起热电势的损耗而且偶的热惰性使仪表的指示值落 后于被测温度的变化，在进行快速测量时 这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热 电极较细、保护管直径较小的热电偶。测 温环境许可时，甚至可将保护管取去。 使用中，通常采用导热性能好的材料， 管壁薄、内径小的保护套管。在较精密的 温度测量中，使用无保护套管的裸丝热电 偶，但热电偶容易损坏，应及时校正及更 换。
• 在实际应用中（图1b），将A、B的一端焊 接在一起作为热电偶的测量端放到被测温 度 t处，而将参比端分开，用导线接入显示 仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。显示 仪表所测电势只随被测温度t变化。
热电偶的特点
• 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。
• （3）假如需要测量是烟道内烟气的温度， 尽管烟道直径为4m，热电偶或热电阻插入 深度1 m即可. • （4）当测量原件插入深度超过1m时， 应尽可能垂直安装，或加装支撑架和保护 套管.
热电偶的正确使用
• 正确使用热电偶不但可以准确得到温 度的数值，保证产品合格，而且还可节省 热电偶的材料消耗，既节省资金又能保证 产品质量。安装不正确，热导率和时间滞 后等误差，它们是热电偶在使用中的主要 误差。
热电偶补偿导线
• 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℃。
热电偶测量原理图
测量原理
• 将不同材料的导体A、B接成闭合回路（图 1a），接触点的一端称测量端，一端称参 比端。若测量端和参比端所处温度t和t0 不 同，则在回路的A、B之间就产生一热电势 EAB(t，t0 )，因而在回路中形成一个电流， 这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。 EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和 t0 而变，这种回路称为原型热电偶。
• 4、热阻误差 • 高温时，如保护管上有一层煤灰，尘 埃附在上面，则热阻增加，阻碍热的传导， 这时温度示值比被测温度的真值低。因此， 应保持热电偶保护管外部的清洁，以减小 误差。
• 根据测温环境不同，以及使用方法等 不同，将热电偶分为装配式热电偶和 铠装热电偶两大类。工业用装配式热 电偶作为测量温度的变送器通常和显 示仪表、记录仪表和电子调节器配套 使用。它可以直接测量各种生产过程 中从0℃到1800℃范围的液体、蒸汽和 气体介质以及固体的表面温度。
铠装热电偶的优越性
• 具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚 固耐用等许多优点，它和工业用装配式热 电偶一样,作为测量温度的变送器，通常和 显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使 用，同时亦可作铠装热电偶为装配式热电 偶的.它可以直接测量名种生产过程中从 0~800℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以 及固体表面的温度。
补偿导线法
• 补偿导线法是利用0~150 ℃范围内与热电 极热电特性相同的廉价金属材料，将热电 偶的冷端延伸到温度更接近于0 ℃且稳定的 地方，如图1所示。图中A、B为热电极，A′、 B′为补偿导线，C为第三种导体。
• 利用补偿导线，无论热电偶的实际冷端温 度如何变化，消除了指示误差，完成了冷 端温度补偿。 • 导线补偿法花费较低，但仍需要一个接近 于零度的恒温环境，所以此方法也不适用 于箱式炉自动控温系统。
其他补偿方法
• 除了上述方法，还有二极管补偿法、集成 温度传感器补偿法、恒温迁移补偿法、软 件补偿法、最小二拟合法等等。二极管补 偿法是利用二极管两端电压随温度变化特 性对热电偶进行温度补偿。集成温度传感 器补偿法是由温度传感器测得冷端温度， 与热电偶所测温差叠加，再得到热端温度。 恒温迁移补偿法是人为显示或记录仪表零 点调到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。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：
热电偶的结构要求
• 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。
热电偶的种类
• 装配热电偶，铠装热电偶，端面热电偶， 装配热电偶，铠装热电偶，端面热电偶， 压簧固定热电偶，高温热电偶， 压簧固定热电偶，高温热电偶，铂铑热电 防腐热电偶，耐磨热电偶， 偶，防腐热电偶，耐磨热电偶，高压热电 特殊热电偶，手持式热电偶， 偶，特殊热电偶，手持式热电偶，微型热 电偶，贵金属热电偶，快速热电偶， 电偶，贵金属热电偶，快速热电偶，钨铼 热电偶，单芯铠装热电偶等等 等等。 热电偶，单芯铠装热电偶等等。
• 2、带有保护套管的热电偶有传热和散热损 失，为了减少测量误差，热电偶应该有足 够的插入深度： • （1）对于测量管道中心流体温度的热电 偶，一般都应将其测量端插入到管道中心 处（垂直安装或倾斜安装）.如被测流体的 管道直径是200毫米，那热电偶插入深度应 选择100毫米；
• （2）对于高温高压和高速流体的温度测量 （如主蒸汽温度），为了减小保护套对流 体的阻力和防止保护套在流体作用下发生 断裂，可采取保护管浅插方式或采用热套 式热电偶.浅插式的热电偶保护套管，其插 入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套 式热电偶的标准插入深度为100mm;
计算修正法
• 在热电偶冷端温度恒定但不为零时，根据 中间温度定律进行计算修正来减小测量误 差。 • 该方法计算比较繁琐，同时还需要恒定的 热电偶冷端温度 。
电桥补偿法
• 在热电偶的冷端接入一个电桥，当热电偶 冷端温度变化引起回路的热电动势变化时， 电桥产生一个大小相近、极性相反的电压 加入其中，消除或消弱冷端温度的影响， 如下图所示： • 电桥补偿法线路简单、成本较低、适用于 环境温度在－25～80 ℃的范围内。
中间温度定则
• 热电偶回路两接点（温度为T、T0）间的热电势， 等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度 为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。 • 应用：由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系， 当冷端温度不为0℃时，不能利用已知回路实际热 电势E（t,t0）直接查表求取热端温度值；也不能 利用已知回路实际热电势E（t,t0）直接查表求取 的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值， 需按中间温度定律进行修正。初学者经常不按中 间温度定律
参考电极定则
• 这个定律是专业人士才研究、关注的，一 般生产、使用环节的人士不太了解，简单 说明就是：用高纯度铂丝做标准电极，假 设镍铬-镍硅热电偶的正负极分别和标准电 极配对，他们的值相加是等于这支镍铬-镍 硅的值。
常用热电偶可分为标准热电偶和非 标准热电偶两大类
• 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。
冷端温度补偿方法
• 热电偶的冷端温度补偿方法很多，主要有： 冷端恒温法、补偿导线法、计算修正法、 电桥补偿法、显示仪表零点调整法、集成 温度传感器补偿法等。合理选择热电偶的 冷端温度补偿方法是能否实现精确测温的 关键 。
冷端恒温法
• 冷端恒温法（冰浴法），即将热电偶的冷 端置于冰水混合物内，使其保持为0 ℃ ， 通过试用发现冰浴法使用极不方便，长时 间使用时需要不断调整冰水，防止水温升 高，另外需要保证浸入水中部分具有良好 的密封性，因此此方法不适用于箱式炉自 动控温系统 ，但在实验室使用较多 。
热电偶的安装要求
• 对热电偶的安装，应注意有利于测温准确， 安全可靠及维修方便，而且不影响设备运 行和生产操作.要满足以上要求，在选择对 热电偶的安装部位和插入深度时要注意以 下几点： • 1、为了使热电偶的测量端与被测介质之间 有充分的热交换，应合理选择测点位置， 尽量避免在阀门，弯头及管道和设备的死 角附近装设热电偶.
热电偶简介
• 热电偶具有简单、可靠、测量精度较高等 特点，是一种应用广泛的测温元件，工业 生产中的许多仪器设备都要用热电偶测温、 控温，在热加工中热电偶的应用更是必不 可少，另外在汽车、家用电器中也经常使 用热电偶。
热电偶图片
• 热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，是由 两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接 合点 热电偶温度不同时，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有温差时， 显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应 的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度 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， 记录仪表和电子调节器配套使用。