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热电效应及热电偶的基本基础学习知识原理分析

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(2)铠装热电偶

铠装热电偶的工作原理是,两种不同成份的导体两端经焊接,形成回路,直接测温端叫工作端,接线端子端叫冷端,也称参比端。当工作端和参比端存在温差时,就会在回路中产生热电流,接上显示仪表,仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。

铠装热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长,热电动势的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关,和热电极的长度、直径无关。

铠装热电偶热响应时间:在温度出现阶跃变化时,热电偶的输出变化至相当于该阶跃变化的50%所得的时间称为热响应时间,用τ0.5表示。

绝缘电阻:当周围空气温度为 20±1.5℃,相对湿度不大于80%时,绝缘型铠装热电偶的偶丝与外套管之间的绝缘电阻值应符合表5-9的规定。

表5-9 铠装热电偶的绝缘电阻标准

偶丝直径( mm) 1.5 >1.5 试验电压( V-DC) 50±10% 500±10% 绝缘电阻( MΩ.m ) ≥ 1000 ≥ 1000 可挠度:铠装热电偶的可挠曲率半径不小于其外径的5倍。 (3)耐磨热电偶

在某些特殊场合,如化工厂、冶炼厂、发电厂、水泥厂等,用普通热电偶、热电阻就极易损坏。因此,在这些场合就必须采用耐磨热电偶。该热电偶特别适用硫化床、磨煤机出口,一次,二次风煤及水泥行业测温。

特征:耐磨,同时耐冲刷,耐腐蚀;寿命长,高温下可使用6个月以上,低温下可使用8个月以上。

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(4)防爆热电偶

工业用隔爆热电偶是一种温度传感器,在化学工业自控系统中应用极广,通过温度传感器,可将控制对象的温度参数变成电信号,传递给显示、记录和调节仪,对系统施行检测、 调节和控制。 在化工厂,生产现场常伴有各种易燃、易爆等 化学气体、蒸汽,如果使用普通的热电偶非常不安全,极易引起环境气体爆炸。因此,在这些场合必须使用隔爆热电偶作温度传感器, 工作原理:如果由两种不同成份的均质导体(热电极)组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就有电流通过,那么两端之间就存在热电势。

防爆原理:利用间隙隔爆原理,设计具有足够强度的接线盒等部件,将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒内,当腔内发生爆炸时,能通过接合面间隙熄 火和冷却,使爆炸后的火焰和温度不传到腔外。

除以上介绍的常见热电偶之外,目前工业上广为应用的还有多点热电偶、吹气热电偶、高温防腐热电偶、微细铠装热电偶、压簧固定热电偶、多点隔爆热电偶、高温高压热电偶、快速热电偶等种类,读者感兴趣的话可以自行查阅这方面的资料。

5.2 常用热电偶及测温线路 三、热电偶的冷端补偿方法

从热电效应的原理可知,热电偶产生的热电动势与两端温度有关。只有将冷端的温度恒定,热电动势才是热端温度的单值函数。由于热电偶分度表是以冷端温度为0℃时作出的,因此在使用时要正确反映热端温度(被测温度),最好设法使冷端温度恒为0℃。但在实际应用中,热电偶的冷端通常靠近被测对象,且受到周围环境温度的影响,其温度不是恒定不变的。为此,必须采取一些相应的措施进行补偿或修正,常用的方法有以下几种: 1、冷端恒温法

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A、0℃恒温器

将热电偶的冷端置于温度为0℃的恒温器内(如冰水混合物),使冷端温度处于0℃。这种装置通常用于实验室或精密的温度测量。 B、其他恒温器

将热电偶的冷端置于各种恒温器内,使之保持温度恒定,避免由于环境温度的波动而引入误差。这类恒温器可以是盛有变压器油的容器,利用变压器油的热惰性恒温;也可以是电加热的恒温器。这类恒温器的温度不为0℃,故最后还需对热电偶进行冷端温度修正。 2、补偿导线法

热电偶由于受到材料价格的限制不可能做得很长,而要使其冷端不受测温对象的温度影响,必须使冷端远离温度对象,采用补偿导线就可以做到这一点。所谓补偿导线,实际上是一对材料化学成分不同的导线,在0~150℃温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性,但价格相对要便宜。若我们利用补偿导线,将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室),其实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律,只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致,是不会影响热电动势输出的。下面举例说明补偿导线的作用。

采用镍铬-镍硅热电偶测量炉温。热端温度为800℃,冷端温度为50℃。为了进行炉温的调节及显示,必须将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室,仪表室的环境温度恒为20℃。 首先由镍铬-镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为0℃,热端温度为800℃时的热电动势为E(800,0)=33.275mV;热端温度为50℃时的热电动势为E(50,0)=2.023mV;热端温度为20℃时的热电动势为E(20,0)=0.798mV。

如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接,根据中间导体定律,输入仪表的热电动势为 E(800,50)=E(800,0)-E(50,0)=(33.277-2.022)mV=31.255mV(相当于751℃) 如果热电偶与仪表之间用补偿导线连接,相当于将热电偶延伸到仪表室,输入仪表的热电

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动势为 E(800,20)=E(800,0)-E(20,0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV(相当于781℃) 与炉内的真实温度相差分别为

751℃-800℃=-49℃ 781℃-800℃=-19℃ 可见,补偿导线的作用是很明显的。

补偿导线的类型见表5-10所示。表中,I类型通常是和所配用热电极相同的合金;Ⅱ类型通常是和所配热电极不相同的合金。

表 5-10 热电偶补偿导线类型

合金材料 热电偶类型 补偿导线类型 正极 负极 温度范围 磁性 (℃) 正极 负极 贱金属 I 类型 镍铬-考铜 镍铬-考铜补偿导线 镍铬 考铜 0~150 无 无 铁-康铜 铁-康铜 镍铬-镍硅 镍铬-镍硅 铜-康铜 铜-康铜 铁 康铜 0~150 有 无 镍铬 镍硅 0~150 无 有 铜 康铜 0~150 无 无 Ⅱ 类型 ,.

镍铬-镍硅 铜-康铜补偿导线 铜 康铜 0~150 无 无 钨铼5-钨铼20 铜-铜镍硅 铜 铜镍合金 0~150 无 无 贵金属 铂铑10-铂 铜-铜镍合金 铜 铜镍合金 0~150 无 无 表5-11 补偿导线的分类型号与分度号

配用热电偶的分度补偿导线型号 号 补偿导线合金丝 补偿导线颜色 正极 负极 正极 负极 SC S(铂铑10-铂) SPC(铜) SNC(铜镍) 红 绿 KC K(镍铬-镍硅) KPC(铜) KNC(铜镍) 红 蓝 KX K(镍铬-镍硅) KPX(镍铬) KNX(镍硅) 红 黑 EX E(镍铬-铜镍) EPX(镍铬) ENX(铜镍) 红 棕 JX J(铁-铜镍) JPX(铁) JNX(铜镍) 红 紫 TX T(铜-铜镍) TPX(铜) TNX(铜镍) 红 白 补偿导线型号按产品品种划分为:SC、KC、KX、EX、JX、TX等,具体见表5-11所示。补偿导线的等级标志见表5-12所示。

热电效应及热电偶的基本基础学习知识原理分析

,.(2)铠装热电偶铠装热电偶的工作原理是,两种不同成份的导体两端经焊接,形成回路,直接测温端叫工作端,接线端子端叫冷端,也称参比端。当工作端和参比端存在温差时,就会在回路中产生热电流,接上显示仪表,仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。铠装热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长,热电动势
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