热电偶学理.docx

资源描述

热电偶学理.docx

《热电偶学理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热电偶学理.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

热电偶学理.docx

热电偶学理

温度的测量

温度是物质的一种特性,它反映出物质内的粒子运动的自由度,温度越高意味着粒子在物质内运动的自由度越大,乱度也越大。

热电偶（thermocouple）—

K-型热电偶（chromel-alumel）含两条合金金属，即

chromel:

90%Ni（镍）+10%Cr（铬）

alumel:

95%Ni（镍）+2%Al（铝）+2%Mn（锰）+1%Si（硅）

温度测量适用范围:

-270C到1372C

测量方法:

直接接触被测量物体,不同的温度下,金属的电阻会有差异（膨胀程度也有异）,当通过定量的电流时会造成电压差,此电压差与被测量物体的温度成正比关系,因此热电偶可作为温度测量之用。

应用:

测量低温（例如液态氮,77K）、高温（例如火炉上的炒锅），可和其它仪器装置使用，作为电动开关或测量其它物理量（例如气体压力）

一个热电偶包含有两条线，分别由不同的金属材料制成在端部的地方焊接在一起。

当此焊接点（量测接合点）受到加热时，将产生使热电流运动的力量，其大小等于温度不同的焊接点和另外一端（参考接点）间的温度差。

因此藉使参考接点的温度保持定值或是利用自动补偿电流表，来量测热电流的运动力，而量测接点的温度也就可量测出。

热电偶的热电流运动力系与线径之大小或长度无关。

但与电线的规格有关。

热电偶通常都置于绝缘体内而且密封于保护管中，此保护管与端子座及镶嵌附件相连。

热电偶之基本原理

　　如右图所示，利用两种均质之金属导体Ａ与Ｂ所制作形成之封闭回路，当两接合点之温度为T1与T2时，若T1＞T2时回路内产生电流i，若T1＝T2时无电流产生，当T1＜T2时电流i之方向会相反。

此种现象在1821年由T.J.Seebeck发现，因此被称之为席贝克效应（Seebeckeffect）。

当回路内之电流流动时会产生电动势，称为热电动势（emf），将基准接点打开后之端子所量测之电动势被称为Seebeckemf。

利用席贝克效应以两种金属与两端接合点所形成之测定温度感应装置称为热电偶。

热电偶Thermocouple

SeebeckEffect席贝克效应

此种现象在1821年由T.J.Seebeck发现，因此被称之为席贝克效应（Seebeckeffect）。

当回路内之电流流动时会产生电动势，称为热电动势（emf），将基准接点打开后之端子所量测之电动势被称为Seebeckemf。

利用席贝克效应以两种金属与两端接合点所形成之测定温度感应装置称为热电偶。

　对于两个接合点，将基准接点固定保持在某一已知之固定温度（通常为0℃），便可以利用基准接点所量测到之测温接点产生之热电动势换算成温度值。

此处要注意的是，虽然热电动势是由T1与T2所决定，但热电动势值并不是由两温接点之温度差（T1－T2）所决定，等温度间距但不同区间（比如说0～200℃与200～400℃）之热电动势值是不一样的。

热电偶三大定律

均质回路定律

　由单一均质金属所形成之封闭回路，沿回路上每一点即使改变温度也不会有电流产生。

亦即，E=0。

　在由2种类均质金属A与B所形成之热电偶回路，E为A与B的接合点之温度t1与t2相关之关系函数，不受A与B之中间温度t3与t4之影响。

中间金属定律

　在由A与B所形成之热电偶回路两接合点以外的任意点插入均质的第三金属C，C之两端接合点之温度t3若为相同的话，E不受C插入之影响。

　在由A与B所形成之热电偶回路，将A与B的接合点打开并插入均质的金属C时，A与C接合点的温度与打开前接合点的温度相等的话，E不受C插入的影响。

　如右图所示，对由A与B所形成之热电偶插入第3之中间金属C，形成由A与C、C与B之2组热电偶。

接合点温度保持t1与t2的情况下，EAC+ECB=EAB。

中间温度定律

　如右图所示任意数的异种金属A、B、C‧‧‧G所形成的封闭回路，封闭回路之全体或是全部的接合点保持在相等的温度时，此回路的E=0。

　如右图所示，A与B所形成之热电偶，两接合点之温度为t1与t2时之E为E12，t2与t3时之E为E13的话，E12+E23=E13。

此时，称t2为中间温度。

　以中间温度t2选择如0℃这样的标准温度，求得相对0℃任意的温度t1、t2、t3‧‧‧tn之热电动势，任意两点间之热电动势便可以计算求得。

　如右图所示，对于使用补偿导线之热电偶回路适用以上之观念。

A与B为热电偶，C与D为A、B用之补偿导线，M为数字电压计，计算后可得下面关系式：

　E=EAB（t1）－EAB（t3）

　也就是说，M所测定之电位差是由t1、t3所决定，不受t2之影响。

Ktype

-1

-2

-5

-6

-7

-8

-9

-10

-11

-12

-13

-14

-15

-16

-17

-18

-19

-20

-260

-6.4411

-6.4436

-6.4460

-6.4481

-6.4501

-6.4518

-6.4534

-6.4547

-240

-6.3438

-6.3508

-6.3576

-6.3641

-6.3704

-6.3765

-6.3824

-6.3880

-6.3934

-6.3986

-6.4036

-6.4083

-6.4129

-6.4172

-6.4212

-6.4251

-6.4287

-6.4321

-6.4353

-6.4383

-6.4411

-220

-6.1584

-6.1697

-6.1808

-6.1916

-6.2023

-6.2127

-6.2230

-6.2330

-6.2428

-6.2524

-6.2618

-6.2710

-6.2800

-6.2887

-6.2973

-6.3056

-6.3137

-6.3215

-6.3292

-6.3366

-6.3438

-200

-5.8914

-5.9066

-5.9216

-5.9363

-5.9510

-5.9654

-5.9796

-5.9936

-6.0075

-6.0211

-6.0346

-6.0479

-6.0610

-6.0738

-6.0865

-6.0990

-6.1113

-6.1234

-6.1353

-6.1469

-6.1584

-180

-5.5503

-5.5691

-5.5876

-5.6060

-5.6242

-5.6422

-5.6601

-5.6777

-5.6952

-5.7126

-5.7297

-5.7467

-5.7635

-5.7801

-5.7966

-5.8128

-5.8289

-5.8448

-5.8605

-5.8761

-5.8914

-160

-5.1412

-5.1632

-5.1851

-5.2067

-5.2283

-5.2496

-5.2708

-5.2918

-5.3127

-5.3334

-5.3540

-5.3744

-5.3946

-5.4146

-5.4345

-5.4542

-5.4738

-5.4932

-5.5124

-5.5315

-5.5503

-140

-4.6690

-4.6940

-4.7189

-4.7437

-4.7683

-4.7927

-4.8170

-4.8412

-4.8652

-4.8890

-4.9127

-4.9363

-4.9596

-4.9829

-5.0060

-5.0289

-5.0517

-5.0743

-5.0968

-5.1191

-5.1412

-120

-4.1382

-4.1661

-4.1938

-4.2214

-4.2488

-4.2761

-4.3033

-4.3303

-4.3572

-4.3840

-4.4106

-4.4371

-4.4634

-4.4896

-4.5157

-4.5416

-4.5674

-4.5930

-4.6185

-4.6438

-4.6690

-100

-3.5536

-3.5841

-3.6144

-3.6446

-3.6746

-3.7046

-3.7344

-3.7641

-3.7936

-3.8230

-3.8523

-3.8815

-3.9106

-3.9395

-3.9683

-3.9969

-4.0254

-4.0538

-4.0821

-4.1102

-4.1382

-80

-2.9201

-2.9529

-2.9855

-3.0181

-3.0505

-3.0828

-3.1150

-3.1471

-3.1791

-3.2109

-3.2427

-3.2743

-3.3058

-3.3372

-3.3685

-3.3996

-3.4307

-3.4616

-3.4924

-3.5231

-3.5536

-60

-2.2428

-2.2776

-2.3124

-2.3470

-2.3815

-2.4160

-2.4503

-2.4845

-2.5187

-2.5527

-2.5866

-2.6204

-2.6542

-2.6878

-2.7213

-2.7547

-2.7880

-2.8212

-2.8543

-2.8873

-2.9201

-40

-1.5269

-1.5636

-1.6001

-1.6366

-1.6730

-1.7093

-1.7455

-1.7816

-1.8176

-1.8535

-1.8894

-1.9251

-1.9608

-1.9964

-2.0319

-2.0673

-2.1026

-2.1378

-2.1729

-2.2079

-2.2428

-20

-0.7775

-0.8157

-0.8538

-0.8919

-0.9299

-0.9678

-1.0056

-1.0433

-1.0810

-1.1186

-1.1561

-1.1936

-1.2309

-1.2682

-1.3054

-1.3425

-1.3796

-1.4166

-1.4534

-1.4902

-1.5269

0.0000

-0.0394

-0.0788

-0.1181

-0.1574

-0.1966

-0.2358

-0.2749

-0.3139

-0.3529

-0.3919

-0.4307

-0.4695

-0.5083

-0.5469

-0.5855

-0.6241

-0.6625

-0.7009

-0.7393

-0.7775

0.0000

0.0395

0.0790

0.1186

0.1582

0.1979

0.2376

0.2773

0.3171

0.3570

0.3969

0.4368

0.4768

0.5168

0.5569

0.5970

0.6371

0.6773

0.7175

0.7578

0.7981

0.8385

0.8789

0.9193

0.9597

1.0002

1.0408

1.0813

1.1220

1.1626

1.2033

1.2440

1.2847

1.3255

1.3663

1.4071

1.4480

1.4889

1.5298

1.5708

1.6118

1.6528

1.6938

1.7349

1.7760

1.8171

1.8583

1.8994

1.9406

1.9818

2.0231

2.0643

2.1056

2.1469

2.1882

2.2296

2.2709

2.3123

2.3537

2.3951

2.4365

2.4779

2.5193

2.5608

2.6023

2.6437

2.6852

2.7267

2.7682

2.8097

2.8512

2.8928

2.9343

2.9758

3.0174

3.0589

3.1005

3.1420

3.1836

3.2251

3.2666

3.3082

3.3497

3.3913

3.4328

3.4743

3.5159

3.5574

3.5989

3.6404

3.6819

3.7234

3.7648

3.8063

3.8478

3.8892

3.9306

3.9721

4.0135

4.0549

4.0962

100

4.0962

4.1376

4.1789

4.2203

4.2616

4.3029

4.3441

4.3854

4.4266

4.4679

4.5091

4.5502

4.5914

4.6325

4.6737

4.7147

4.7558

4.7969

4.8379

4.8789

4.9199

120

4.9199

4.9608

5.0018

5.0427

5.0836

5.1244

5.1653

5.2061

5.2469

5.2877

5.3284

5.3691

5.4098

5.4505

5.4911

5.5317

5.5723

5.6129

5.6535

5.6940

5.7345

140

5.7345

5.7750

5.8154

5.8559

5.8963

5.9367

5.9771

6.0174

6.0577

6.0981

6.1383

6.1786

6.2189

6.2591

6.2993

6.3395

6.3797

6.4198

6.4600

6.5001

6.5402

160

6.5402

6.5803

6.6204

6.6605

6.7005

6.7406

6.7806

6.8206

6.8606

6.9006

6.9406

6.9806

7.0205

7.0605

7.1004

7.1404

7.1803

7.2203

7.2602

7.3001

7.3400

180

7.3400

7.3799

7.4199

7.4598

7.4997

7.5396

7.5795

7.6194

7.6593

7.6992

7.7391

7.7790

7.8190

7.8589

7.8988

7.9387

7.9787

8.0186

8.0586

8.0985

8.1385

200

8.1385

8.1784

8.2184

8.2584

8.2984

8.3384

8.3784

8.4184

8.4585

8.4985

8.5386

8.5787

8.6187

8.6588

8.6989

8.7391

8.7792

8.8194

8.8595

8.8997

8.9399

220

8.9399

8.9801

9.0203

9.0606

9.1008

9.1411

9.1814

9.2217

9.2620

9.3023

9.3427

9.3831

9.4234

9.4638

9.5043

9.5447

9.5852

9.6256

9.6661

9.7066

9.7472

240

9.7472

9.7877

9.8283

9.8688

9.9094

9.9500

9.9907

10.0313

10.0720

10.1127

10.1534

10.1941

10.2348

10.2756

10.3163

10.3571

10.3979

10.4388

10.4796

10.5205

10.5613

260

10.5613

10.6022

10.6431

10.6840

10.7250

10.7659

10.8069

10.8479

10.8889

10.9299

10.9709

11.0120

11.0531

11.0941

11.1352

11.1763

11.2175

11.2586

11.2998

11.3409

11.3821

280

11.3821

11.4233

11.4645

11.5058

11.5470

11.5882

11.6295

11.6708

11.7121

11.7534

11.7947

11.8360

11.8774

11.9187

11.9601

12.0015

12.0429

12.0843

12.1257

12.1671

12.2086

300

12.2086

12.2500

12.2915

12.3330

12.3744

12.4159

12.4574

12.4990

12.5405

12.5820

12.6236

12.6651

12.7067

12.7483

12.7899

12.8315

12.8731

12.9147

12.9563

12.9980

13.0396

320

13.0396

13.0813

13.1230

13.1646

13.2063

13.2480

13.2897

13.3314

13.3731

13.4149

13.4566

13.4984

13.5401

13.5819

13.6237

13.6654

13.7072

13.7490

13.7908

13.8327

13.8745

340

13.8745

13.9163

13.9582

14.0000

14.0419

14.0837

14.1256

14.1675

14.2094

14.2512

14.2931

14.3351

14.3770

14.4189

14.4608

14.5028

14.5447

14.5867

14.6286

14.6706

14.7126

360

14.7126

14.7546

14.7965

14.8385

14.8806

14.9226

14.9646

15.0066

15.0486

15.0907

15.1327

15.1748

15.2168

15.2589

15.3010

15.3431

15.3851

15.4272

15.4693

15.5114

15.5536

380

15.5536

15.5957

15.6378

15.6799

15.7221

15.7642

15.8064

15.8485

15.8907

15.9329

15.9750

16.0172

16.0594

16.1016

16.1438

16.1860

16.2282

16.2704

16.3127

16.3549

16.3971

400

16.3971

16.4394

16.4816

16.5239

16.5662

16.6084

16.6507

16.6930

16.7353

16.7775

16.8198

16.8621

16.9044

16.9468

16.9891

17.0314

17.0737

17.1161

17.1584

17.2007

17.2431

420

17.2431

17.2854

17.3278

17.3702

17.4125

17.4549

17.4973

17.5397

17.5821

17.6245

17.6669

17.7093

17.7517

17.7941

17.8365

17.8789

17.9214

17.9638

18.0062

18.0487

18.0911

440

18.0911

18.1336

18.1760

18.2185

18.2609

18.3034

18.3459

18.3884

18.4308

18.4733

18.5158

18.5583

18.6008

18.6433

18.6858

18.7283

18.7708

18.8133

18.8559

18.8984

18.9409

460

18.9409

18.9834

19.0260

19.0685

19.1110

19.1536

19.1961

19.2387

19.2812

19.3238

展开阅读全文