熱電偶測溫原理與補償導(dǎo)線的優(yōu)點

熱電偶的測溫原理和補償導(dǎo)線的點擊次數(shù): 20發(fā)表時間: 2011-5-16種不同材料的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)構(gòu)成一個閉合的電路合起來，兩接點溫度t和t0不同時，該電路產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動勢稱為熱電勢。 這兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，導(dǎo)體a、b稱為熱電極。 兩個接點，一個也稱為熱端，也稱為測量端或工作端，測溫時放置在被測量介質(zhì)上的另一個也稱為冷端，也稱為參照側(cè)或自由端，通過導(dǎo)線與顯示器連接。 接觸電位是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸部位產(chǎn)生的電動勢。 當(dāng)兩個導(dǎo)體接觸時，自由電子從密度大的導(dǎo)體擴散到密度小的導(dǎo)體，在接觸部位失去電子側(cè)的正的帶電，得到電子側(cè)的負(fù)的帶電，當(dāng)擴散達(dá)到動平衡時，在接觸面的兩側(cè)形成穩(wěn)定的接觸電位。 接觸電位的數(shù)值取決于兩種不同的導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點的溫度。 兩接點接觸電位eAB(t )和eAB(t0 )在eab ( t ) = ( kt/e ) ln ( NAT/NBT ) eab ( t0 ) = ( kt0/e ) ln ( NAT0/ NBT0)式中: k>； <； br/>； 玻爾茲曼常數(shù)為1.38E-6凝膠/℃； e>； <； br/>； 單位電荷，等于4.802E-10經(jīng)典單位的NAt，NBt和NAt0，nbt0； <； br/>； 溫度分別為t和t0時，a、b兩種材料的電子密度。 溫度差電位是由于在相同導(dǎo)體的兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動勢。 如果相同導(dǎo)體的兩端溫度不同，則高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，因此從高溫端向低溫端行進(jìn)的電子數(shù)比從低溫端向高溫端行進(jìn)的電子數(shù)多，結(jié)果高溫端失去電子而帶正電，低溫端得到多馀的電子而帶負(fù)電，因此在導(dǎo)體的兩端形成接觸電位 在熱電偶電路中產(chǎn)生的總熱電勢為eAB(t，t0)=eAB(t)+eB(t，t0)-eAB(t0)-eA(t，t0)，在總熱電勢下，溫度差電位遠(yuǎn)小于接觸電位，能夠忽略的熱電偶的熱電勢為eAB(t， 對于選擇了t0)=eAB(t)-eAB(t0)的熱電偶，在參照端溫度t0一定的情況下，可以表現(xiàn)為eAB(t0)=c是常數(shù)，總的熱電動勢為與溫度t一致的函數(shù)即eAB(t，t0)=eAB(t)-c=f(t )，該關(guān)系式在實際的測量中有用，并且eab ( t ) = c = f ( t )具有與溫度t一致的函數(shù) 根據(jù)熱電偶的測溫原理，選定熱電偶材料后，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與測量端、基準(zhǔn)端的熱電勢有關(guān)，僅基準(zhǔn)端溫度t0為零或一定，熱電勢為熱端溫度的一值函數(shù)。 熱電偶的分度表也以基準(zhǔn)端溫度0℃為基準(zhǔn)進(jìn)行分度，但在實際使用過程中，由于冷端溫度大多不為0℃，因此若不補償基準(zhǔn)端溫度，則熱電偶的參照端溫度t0與計量端子溫度t1的溫度差t0-t1越大，測量誤差也越大。 實際應(yīng)用時，由于熱電偶的基準(zhǔn)端的端子箱暴露于大氣中，因此溫度變化大，如果不采取對策，端子箱內(nèi)的溫度就不能變?yōu)榱悖膊荒鼙３忠欢ǖ臏囟龋虼藭饻y量誤差。 與熱電偶連接的二次儀表(如顯示器、記錄器)、I/O插卡等具有環(huán)境溫度補償，可補償這些裝置與熱電偶的接點(即儀表端子)溫度t1。 因此，如何補償熱電偶的基準(zhǔn)端溫度t0是重要的。 目前有恒溫法、補償橋法、補償熱電偶法、補償導(dǎo)線法等多種基準(zhǔn)端補償方法，但zui常用補償導(dǎo)線法。 補償導(dǎo)線不僅能夠減少測量誤差，還能夠改善熱電偶的測溫線路的物理性能和機械性能，例如采用多芯線或小徑的補償導(dǎo)線能夠提高線路的柔軟性，具有連接容易、容易遮斷干擾的優(yōu)點的測量線路成本，特別是能夠降低r、s標(biāo)度編號的貴金屬熱電偶 但是，在一般的熱電偶中，索引號為b的鉑銠(鉑銠30-鉑銠6 )熱電偶除外，沒有專用的補償導(dǎo)線，即在實用上不需要使用補償導(dǎo)線，但參考端溫度不超過120℃。 鉑銠熱電偶在1300~1600 ℃的溫度區(qū)域的測溫中經(jīng)常使用的低溫區(qū)域的熱電勢驚人地低，例如100℃的熱電勢為0.033mV、200℃的熱電勢為0.178mV，在全部測溫范圍(0~1800 ℃)內(nèi)每100℃的平均熱電勢為 例如，熱端溫度為1300℃和1600℃時，基準(zhǔn)端溫度t0=100℃時，誤差為±； 3.0℃、t1=120℃時，誤差為±； 5.0℃為使用普通級補償代碼±的5℃要求。 但是，t0=200℃時±； 由于16.3℃的誤差，鉑銠熱電偶通常不使用補償導(dǎo)線，但限制條件為基準(zhǔn)端溫度t1&le； 在120℃時，會產(chǎn)生很大的誤差。 同樣的例外有兩種熱電偶，鎳鈷-鎳鋁熱電偶的200℃以下的熱電勢幾乎為零，不使用補償導(dǎo)線，鎳鐵-鎳銅熱電偶的50℃以下的熱電勢幾乎為零，在該溫度范圍內(nèi)也不使用補償導(dǎo)線。 r、s標(biāo)號鉑銠13-鉑和鉑銠10-鉑熱電偶在低溫段的100℃下兩者大致一致( r、s標(biāo)號的熱電勢分別為0.647mV和0.646mV )，在200℃下稍有差異( r、s標(biāo)號的熱電勢分別為1.0 mv ) 將市場上通常購買的s型號的補償導(dǎo)線用于r型號的熱電偶時，在100℃以下沒有誤差，即使達(dá)到耐熱用補償導(dǎo)線的極限溫度200℃，熱電偶的熱端溫度分別為600℃、1000℃、1300℃時，誤差僅為2.5℃、2.2℃、2.0℃。

本文熱電偶高頻詞： 補償導(dǎo)線  電勢 

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