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热电效应及热电偶的基本原理分析

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种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势,则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可根据式(5-9)直接计算出来。

例如:热端为100℃,冷端为0℃时,镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV,而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV,则镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势应为 2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV 4、中间温度定律

热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。

中间温度定律可以用下式表示

(5-1-10)

中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。它表明:若热电偶的热电极被导体延长,只要接入的导体组成热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同,且它们之间连接的两点温度相同,则总回路的热电动势与连接点温度无关,只与延长以后的热电偶两端的温度有关。

5.2 常用热电偶及测温线路

二、热电偶种类 1、标准型热电偶

国际电工委员会在1975年向世界各国推荐七种标准型热电偶。我国生产的符合IEC标准的热电偶有六种,分别是:

(1)铂铑30-铂铑6热电偶 这种热电偶分度号为“B”。它的正极是铂铑丝(铂70%,铑30%),负极也是铂铑丝(铂94%,铑6%),故俗称双铂铑。测温范围为0~1700℃。其特点是测温上限高,性能稳定。在冶金反应、钢水测量等高温领域中得到了广泛的应用。

表5-1 铂铑30-铂铑6热电偶(B型)分度表(ITS-90) 分度号:B 参考端温度:0℃

t,℃ 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 E,mV 0.000 0.033 0.178 0.431 0.787 1.242 1.792 2.431 3.154 3.957 t,℃ 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 E,mV 4.834 5.780 6.786 7.848 8.956 10.099 11.263 12.433 13.820 B型热电偶参考端温度非0℃时的校正表(修正值加上所查的热电势)

t,℃ 0 10 20 30 40 50 E,mV 0.000 -0.002 -0.003 -0.002 -0.000 0.002 (2)铂铑10-铂热电偶 这种热电偶分度号为“S”。它的正极是铂铑丝(铂90%,铑l0%),负极是纯铂丝。测温范围为0~1700℃。其特点是热电性能稳定,抗氧化性强,宜在氧化性、惰性气氛中工作。由于精度高,故国际温标中规定它为630.74~1064.43℃温度范围内复现温标的标准仪器。常用作标准热电偶或用于高温测量。 表5-2 铂铑10-铂热电偶(S型)分度表(ITS-90) 分度号:S 参考端温度:0℃

t,℃ 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 E,mV 0.000 0.646 1.441 2.323 3.259 4.233 5.239 6.275 7.345 8.449 t,℃ 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 E,9.587 10.757 11.851 13.159 14.373 15.582 16.777 17.947 mV S型热电偶参考端温度非0℃时的校正表(修正值加上所查的热电势)

t,℃ 0 10 20 30 40 50 E,mV 0.000 0.055 0.113 0.173 0.235 0.229 (3)镍铬-镍硅热电偶 这种热电偶分度号为“K”。它的正极是镍铬合金(镍90.5%,铬9.5%),负极为镍硅(镍97.5%,硅2.5%)。测温范围为-200~+1300℃。其特点是测温范围很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。缺点是热电动势的稳定性较B型或S型热电偶差,且负极有明显的导磁性。 表5-3 镍铬-镍硅热电偶(K型)分度表(ITS-90) 分度号:K 参考端温度:0℃

t,℃ -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 E,mV -5.891 -3.554 0.000 4.096 8.138 12.209 16.397 20.644 24.905 29.129 t,℃ 800 900 1000 1100 1200 1300 E,mV 33.275 37.326 41.276 45.119 48.838 52.410 K型热电偶参考端温度非0℃时的校正表(修正值加上所查的热电势)

t,℃ 0 10 20 30 40 50 E,mV 0.000 0.397 0.798 1.203 1.612 2.023 (4)镍铬-康铜热电偶 这种热电偶分度号为“E”。它的正极是镍铬合金,负极是铜镍合金(铜55%,镍45%)。测温范围为-200~+1000℃。其特点是热电动势较其他常用热电偶大。适宜在氧化性或惰性气氛中工作。 表4 镍铬-康铜热电偶(E型)分度表(ITS-90) 分度号:E 参考端温度:0℃

t,℃ -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 E,mV -8.825 -5.237 0.000 6.319 13.421 21.036 28.946 37.005 45.093 53.112 t,℃ 800 900 1000 E,mV 61.017 68.787 76.373 E型热电偶参考端温度非0℃时的校正表(修正值加上所查的热电势)

t,℃ 0 10 20 30 40 50 E,mV 0.000 0.591 1.192 1.801 2.420 3.048 (5)铁-康铜热电偶 这种热电偶分度号为“J”。它的正极是铁,负极是铜镍合金。测温范围为-200~+1300℃。其特点是价格便宜,热电动势较大,仅次于E型热电偶。缺点是铁极易氧化。 表5-5 镍铬-镍硅热电偶(J型)分度表(ITS-90) 分度号:J 参考端温度:0℃

t,℃ -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 E,mV -7.890 -4.633 0.000 5.269 10.779 16.327 21.848 27.393 33.102 39.132 t,℃ 800 900 1000 1100 1200 E,mV 45.494 51.877 57.953 63.792 69.553 J型热电偶参考端温度非0℃时的校正表(修正值加上所查的热电势)

t,℃ 0 10 20 30 40 50 E,mV 0.000 0.507 1.019 1.537 2.059 2.585 (6)铜-康铜热电偶 这种热电偶分度号为“T”。它的正极是铜,负极是铜镍合金。测温范围为-200~+400℃。特点是精度高,在0~-200℃范围内,可制成标准热电偶,准确度可达土0.1℃。缺点是铜极易氧化,故在氧化性气氛中使用时,一般不能超过300℃。

表5-6 铜-康铜热电偶(T型)分度表(ITS-90)

t,℃ -200 -100 0 100 200 300 400 E,mV -5.603 -3.379 0.000 4.279 9.288 14.862 20.872 T型热电偶参考端温度非0℃时的校正表(修正值加上所查的热电势)

t,℃ 0 10 20 30 40 50 E,mV 0.000 0.391 0.790 1.196 1.162 2.036 最后要说明的是,IEC公布的标准型热电偶中,还有铂铑13-铂,分度号为“R”。因在国际上只有少数国家采用,且其温度范围与铂铑10-铂重合,所以我国不准备发展这个品种。 2、非标准型热电偶

非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。

热电效应及热电偶的基本原理分析

种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势,则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可根据式(5-9)直接计算出来。例如:热端为100℃,冷端为0℃时,镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV,而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV,则镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势应为2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV4、
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