过程参数检测及仪表课件第3章接触式温度检测及仪表热电偶.ppt

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1、第三章第三章接触式温度检测及仪表接触式温度检测及仪表 接触式温度检测及仪表接触式温度检测及仪表 一、膨胀式温度计一、膨胀式温度计1.玻璃液体温度计玻璃液体温度计2.双金属温度计双金属温度计二、压力式温度计二、压力式温度计三、热电偶温度计三、热电偶温度计四、热电阻温度计四、热电阻温度计温度标尺温度标尺1.经验温标经验温标2.国际温标（复现热力学温标）国际温标（复现热力学温标）第一节热电偶温度计第一节热电偶温度计主要内容主要内容 v第一节第一节 热电现象和关于热电偶的基本定热电现象和关于热电偶的基本定律律v第二节第二节 标准化和非标准化热电偶标准化和非标准化热电偶v第三节第三节 热电偶的冷端温度补

2、偿问题热电偶的冷端温度补偿问题v第四节第四节 热电偶的校验热电偶的校验一、热电现象和热电偶温度计一、热电现象和热电偶温度计二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律一、热电现象和热电偶温度计一、热电现象和热电偶温度计1.1.热电偶：热电偶：两种不同材料的导体（或半导体）两种不同材料的导体（或半导体）A A和和B B组成闭合回路。组成闭合回路。A A、B B是热偶丝，也叫热电极。是热偶丝，也叫热电极。2.热电势：热电势：热电偶热电偶放在被测对象中，两端温度不同放在被测对象中，两端温度不同时，会产生的电动势时，会产生的电动势3.3.热电流：热电流：回路中通过的电流回路中通过的电流4.4.热端

3、（工作端）、冷端（自由端）热端（工作端）、冷端（自由端）：感受温度变：感受温度变化的那端称为热端，另一端称为冷端。化的那端称为热端，另一端称为冷端。这种物理现象称为这种物理现象称为热电现象热电现象。热电偶：范围热电偶：范围10016000C,温度信号变成电信号，远传。温度信号变成电信号，远传。先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考端、（参考端、冷端）冷端）热电偶的工作原理热电偶的工作原理 左端称为：左端称为：测量端测

4、量端（工作端、（工作端、热端）热端）热电极热电极B B热电势热电势A AB B上述现象称为热电现象，上述现象称为热电现象，18211821年赛贝克发现的，年赛贝克发现的，也称赛贝克效应也称赛贝克效应一、热电现象和热电偶温度计一、热电现象和热电偶温度计5.热电势的产生原因：热电势的产生原因：由由温差电势温差电势和和接触电势接触电势组成组成1）温差电势：）温差电势：一根导体两端温度不同产生的热电一根导体两端温度不同产生的热电动势动势原因：原因：eA)()(0tteAAA一、热电现象和热电偶温度计一、热电现象和热电偶温度计5.热电势的产生原因：热电势的产生原因：2）接触电势：）接触电势：两种不同导体

5、两种不同导体A、B接触时产生原因接触时产生原因()ABt0000(,)()()()()()()ABABAAABBBE t ttttttt 3)3)回路总电动势：回路总电动势：A A的电子密度大于的电子密度大于B B，tttt0 0，则，则回路中存在着回路中存在着四个电势四个电势,)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB一、热电现象和热电偶温度计一、热电现象和热电偶温度计5.热电势的产生原因：热电势的产生原因：热电势的工作原理：热电势的工作原理：某只热电偶，如果使冷端温某只热电偶，如果使冷端温度度t t0 0保持不变，则热电动势便成为热端温度保持不变，则热电动势便成为热端温度t t的的单一

6、函数。即，单一函数。即，故测量热电势的大小就可以反映温度的数值故测量热电势的大小就可以反映温度的数值 AB0ABE(t,t)e(t)-C一、热电现象和热电偶温度计一、热电现象和热电偶温度计6.6.热电势的工作原理热电势的工作原理二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律均匀导体定律、均匀导体定律、中间导体定律、中间导体定律、中间温度定律中间温度定律1.1.均匀导体定律均匀导体定律 1 1）定律内容：）定律内容：由一种均匀导体（或半导体）组由一种均匀导体（或半导体）组成的闭合回路，不论温度如何分布，都不能产成的闭合回路，不论温度如何分布，都不能产生电动势。生电动势。2 2）定律推论）定律推

7、论v（1)1)热电偶必须由两种不同材料组成热电偶必须由两种不同材料组成v（2)2)由一种材料组成的闭合回路存在温差时，由一种材料组成的闭合回路存在温差时，如回路有热电势，则材料不均匀如回路有热电势，则材料不均匀2 中间导体定律中间导体定律1）定律内容：）定律内容：不同材料组成的闭合回路中，若不同材料组成的闭合回路中，若各各种材料接触点的温度种材料接触点的温度都都相同相同，则回路中热电势，则回路中热电势的总和等于零。的总和等于零。2）定律推论）定律推论v推论推论1 1：在热电偶回路接入第三种导体，若第：在热电偶回路接入第三种导体，若第三种导体的两接点温度相同，对回路中总热三种导体的两接点温度相同

8、，对回路中总热电势无影响。电势无影响。二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律3)3)推论推论1 1用途用途:1)1)连接显示仪表的两个接点温度相同，连接显示仪表的两个接点温度相同，则不则不影响热电偶电势影响热电偶电势 2 2）也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液）也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律2 2 中间导体定律中间导体定律2 2 中间导体定律中间导体定律(4(4）推论）推论1 1证明：证明：tt0A BBC(a)EABC(t,t1,t0)=eAB

9、(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0)=eAB(t)eAB(t0)=EAB(t,t0)t1t1二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律 1 1）第一种连接方式）第一种连接方式t1tA BC(a)EABC(t,t1,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)若设若设tt1t0，则根据本定律有，则根据本定律有 eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)0EABC(t,t1,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=EAB(t,t0)t0t02 2 中间导体定律中间导体定律二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律(4(4）推论）推论1 1证明证明2 2）第二

10、种连接方式）第二种连接方式5)5)推论推论2 2：如果两种导体如果两种导体A,B对另一种导对另一种导体体C的热电势已知，则这两种导体组成的热电势已知，则这两种导体组成热电势热电势=是它们对参考导体热电势的代是它们对参考导体热电势的代数和。数和。)t(t,E)t(t,E0AC0AB+A At tt t0 0B B+A At tt t0 0C C+C Ct tt t0 0B BE EACACE ECBCBE EABAB)t(t,E0CB二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律2 2 中间导体定律中间导体定律6）推论）推论2的用途：的用途：（1）已知热电极与标）已知热电极与标准铂电极配对的热

11、电准铂电极配对的热电势，任何两种热电极势，任何两种热电极配对的热电势可知。配对的热电势可知。t tB BA AC Ct tE EACACE ECBCBC C0 0t t0 0t t0 0t tEAC(t,t0)ECB(t,t0)=eAC(t)+eCB(t)+eBA(t0)+因为因为eAC(t)+eCB(t)+eBA(t)0所以所以EAC(t,t0)ECB(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0)=EAB(t,t0)二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律2 2 中间导体定律中间导体定律7）推论）推论2的证明的证明3 3 中间温度定律中间温度定律1 1）定律内容：）定律内容：热电偶在两接

12、点温度热电偶在两接点温度t t1 1、t t3 3时的热电时的热电动势等于接点温度分别为动势等于接点温度分别为t t1 1、t t2 2和和t t2 2、t t3 3 的两支同的两支同性质热电偶的热电动势的代数和。性质热电偶的热电动势的代数和。+A At t1 1t t2 2B BE E1 1+A At t3 3B BE E2 2EAB(t1,t2)EAB(t2,t3)=eAB(t1)+eBA(t2)+eAB(t2)+eBA(t3)=eAB(t1)+eBA(t3)=EAB(t1,t3)+A At t1 1t t3 3B BE E3 3=E=E1 1+E+E2 2二、热电偶的三条基本定律二、热电

13、偶的三条基本定律2)定律的应用：定律的应用：1）为热电偶）为热电偶热电势温度关系分度热电势温度关系分度奠定了理论基础。奠定了理论基础。已知热电偶在某一给定冷端温度下，电压对应的已知热电偶在某一给定冷端温度下，电压对应的温度值，另外冷端温度下，电压应对应什么温度？温度值，另外冷端温度下，电压应对应什么温度？（修正解决）（修正解决）2）为工业测温中）为工业测温中应用补偿导线应用补偿导线提供了理论依据。提供了理论依据。1 测温时，其冷端温度要求恒定测温时，其冷端温度要求恒定（？），如直接（？），如直接满足此条件，热电偶冷端直接延伸放到恒温的地满足此条件，热电偶冷端直接延伸放到恒温的地方，热电偶很长，

14、价格较高。方，热电偶很长，价格较高。2 用补偿导线连接到热电偶的冷端，延伸至恒定用补偿导线连接到热电偶的冷端，延伸至恒定冷端温度，在达到冷端温度恒定要求的同时，降冷端温度，在达到冷端温度恒定要求的同时，降低造价。低造价。二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律3 中间温度定律中间温度定律 分为补偿型和延伸型分为补偿型和延伸型v 补偿型的材料与对应的热电偶不同，价格便补偿型的材料与对应的热电偶不同，价格便宜，但在低温下热电性质相同宜，但在低温下热电性质相同v延伸型的材料与对应的热电偶相同，但准确延伸型的材料与对应的热电偶相同，但准确度要求略低度要求略低4）使用补偿导线的注意事项）使用补偿

15、导线的注意事项（1）在一定的温度范围内使用）在一定的温度范围内使用 （2）补偿导线与热电偶极热电性质相同）补偿导线与热电偶极热电性质相同（3）极性不能接反）极性不能接反（4）接入点温度一致）接入点温度一致 二、热电偶的三条基本定律二、热电偶的三条基本定律3 中间温度定律中间温度定律3 3）补偿导线的分类）补偿导线的分类热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管等几个主要部分组成，其常见外形结构如等几个主要部分组成，其常见外形结构如图所示。图所示。安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰一、热电极材料及性质一、热电极材料及性质二、标准化热电偶二、标准化热电偶三三 非标准化热

16、电偶非标准化热电偶四四 热电偶的构造热电偶的构造一、热电极材料及性质一、热电极材料及性质1）物理性质稳定，其热电性质不随时间变）物理性质稳定，其热电性质不随时间变化化2）化学性质稳定，不易被氧化和腐蚀）化学性质稳定，不易被氧化和腐蚀3）灵敏度和线性度好）灵敏度和线性度好4）电导率高，电阻温度系数小）电导率高，电阻温度系数小5）复制性好复制性好，以便交换，以便交换6）价格便宜）价格便宜目前材料无法满足全部要求，不同条件下使目前材料无法满足全部要求，不同条件下使用不同的热电极材料。用不同的热电极材料。二、标准化热电偶二、标准化热电偶 标准化热电偶：是指制造工业较成熟，标准化热电偶：是指制造工业较成熟，应用广泛，能成批生产、性能优良而稳定应用广泛，能成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的并已列入专业或国家工业标准化文件中的那些热电偶那些热电偶标准化热电偶具有互换性标准化热电偶具有互换性 铂铑铂铑10-10-铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号S S）铂铑铂铑13-13-铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号R R）铂铑铂铑30-30-铂铑铂铑6 6热电偶（分度号热电偶（分度号B