文档介绍：热电偶热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。它将温度信号转换成电势( mV )信号,配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。它既可以用于流体温度测量,也可以用于固体温度测量。既可以测量静态温度,也能测量动态温度。直接输出直流电压信号,便于测量、信号传输、自动记录和控制等。 1 1、热电动势两个不同成份的导体 A、B组成一闭合回路,若接点的温度不同,回路将产生一个电动势,称此现象为热电效应。这种现象于 1821 年首先由塞贝克( Seeback )发现,又称塞贝克效应。 2、热电极导体 A、B称为热电极 3、热端及冷端测温时置于被测温度场中的结点 1,称为测量端(工作端或热端)处在某一恒定温度的结点 2,称为参考端(自由端或冷端)。一、热电动势效应 4、热电偶由两种导体的组合并将温度转换成热电势的传感器称为热电偶。 2 二、热电动势产生原因 1、接触电势在连接点处,由于金属材料不同,造成电子扩散而形成,它取决于金属性质和接点温度,而与金属的形状及尺寸无关。也称玻尔电动势。该电场的方向与扩散进行的方向相反,它将引起反方向的电子转移, 阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时,便处于一种动态平衡状态。在这种状态下, A 与B两导体的接触处就产生了电位差, 即为接触电动势。设A的自由电子密度大于 B的自由电子密度,则导体 A向导体 B扩散电子。导体 A失去电子带正电荷,导体 B得到电子带负电荷,于是,在 A、 B两导体的接触界面上便形成一个由 A到B的电场。 3 ( ) ln A ABBN kT E T e N ?若温度为 T,有接触电动势公式: E AB(T)—导体 A、B结点在温度 T时形成的接触电动势; e—单位电荷, e = ×10 -19C; k——波尔兹曼常数, k = ×10 -23 J/K ; N A、N B——导体 A、B在温度为 T 时的电子密度。接触电动势的大小与导体的材料、接点的温度有关, 与导体的直径、长度及几何形状无关。)(TU AB AB T 0T接触电势)( 0TU AB 由于热电偶两结点的接触电势 E AB(T)与E AB(T 0)方向相反,所以回路的总接触电势为: 00 ( ) ( ) ( ) ln A AB AB B k T T N E T E T e N ?? ?当两结点的温度相同,即 T=T 0,回路中总电势将为零。 4 2、温差电势若金属两端温度不同,将产生一个由热端指向冷端的静电场,而形成温差电动势,它取决于导体的材料及两端的温差, 也称汤姆逊电动势。 00 ( , ) T A A T E T T dT ??? E A(T,T 0)——导体 A两端温度为 T、T 0时形成的温差电动势; σ A——导体 A 的汤姆逊系数,表示导体两端的温差为 1℃时所产生的温差电动势。如铜在 0℃时, σ A =2 μ V/℃。温差电动势取决于导体的材料及两端的温度。 5 对于两种金属 A、B组成的热电偶回路,汤姆逊电势等于它的代数和,即: 可见: ①如果热电偶两电极材料相同,则虽两端温度不同(T≠ T0) 。但总输出电势仍为零。因此必须由两种不同的材料才能构成热电偶。②如果热电偶两结点温度相同,则回路中的总电势必等于零。 0 0 0 0 0 0 0 0 ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( ) AB A B A B T T T A B A B T T T E T T E T T E T T E T T E T T dT dT dT ? ???? ???? ???? ?? 6 3、热电偶回路的总电动势 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( ) T AB AB BA A B T E T T E T E T dT ? ?? ????在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势,温差电动势只占极小部分,可以忽略不计。即有: 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( ) ( ) AB AB BA AB AB E T T