热电偶温度计 PPT课件PPT格式课件下载.ppt

1、右端称为：自由端自由端（参考端、（参考端、冷端）冷端）左端称为：左端称为：测量端测量端（工作端、（工作端、热端）热端）热电极热电极B B热电势热电势AB1 1、接触电势、接触电势 珀珀尔帖尔帖效应效应两种两种不同的金属相互接触，由于金属内自不同的金属相互接触，由于金属内自由电子浓度不同，自由电子发生扩散由电子浓度不同，自由电子发生扩散,在分界在分界面上积累电荷，当电场达到一定强度时面上积累电荷，当电场达到一定强度时,扩散扩散停止积累稳定的电荷。电荷密度大的材料成为停止积累稳定的电荷。电荷密度大的材料成为电源正极电源正极;电荷密度小的材料成为电源负极电荷密度小的材料成为电源负极;接触电势原理图接

2、触电势原理图+ABTeAB（T）-nA、nB材料的电子密度e电子的电荷量：1.610-19Ck玻尔兹曼常数1.3810-23J/KT、T0两节点处的温度一、热电偶的测温原理一、热电偶的测温原理总接触电势总接触电势总接触电势总接触电势一、热电偶的基本原理一、热电偶的基本原理2 2、温差温差电势电势汤姆逊效应汤姆逊效应同一金属两端温度不同时，高温区电子向低同一金属两端温度不同时，高温区电子向低温区漂移，低温区积累负电荷，高温区积累正电温区漂移，低温区积累负电荷，高温区积累正电荷，当电场达到一定度时荷，当电场达到一定度时,自由电子停止漂移，自由电子停止漂移，两端积累稳定的电荷，高温端成为电源正极，低

3、两端积累稳定的电荷，高温端成为电源正极，低温端成为电源负极。温端成为电源负极。A、B材料的汤姆逊系数与导体性质有关，表示温度差为1时产生的温差电动势。总总总总温差电势温差电势温差电势温差电势eA（T,To）ToTB BA AT T0 0T T二、热电偶的基本原理二、热电偶的基本原理热电偶热电偶的总电动势总接触电势总温差电势的总电动势总接触电势总温差电势v热电势与节点温度热电势与节点温度、两个热电极材料的性质（两个热电极材料的性质（材料材料电子浓电子浓度、汤姆逊度、汤姆逊系数系数）有关有关，与热电极几何尺寸无关。，与热电极几何尺寸无关。B BA AT T0 0T TeAB（T0）eAB（T）eB

4、（T,T0）eA（T,T0）热电偶测温原理热电偶测温原理若若A A、B B材料确定，热电势材料确定，热电势E EABAB（T,T0）（T,T0）是两接点温度是两接点温度T T和和T T0 0的函的函数差数差,即如果即如果T T0 0保持恒定保持恒定,则则f（Tf（T0 0）=C（）=C（常数常数）热电势热电势E EABAB（T,T（T,T0 0）只是工作端温度只是工作端温度T T的单值函数。的单值函数。E EABAB（t,t（t,t0 0）=f）=fABAB（t）-C（t）-C，热电势只与，热电势只与t t有关，只要测出有关，只要测出E EABAB（t,t（t,t0 0）就可求出温度就可求出温

5、度t t的数值。的数值。设设tt0，NANB，按顺时针方向取按顺时针方向取向。向。v 常把常把t称为称为热端热端、工作端工作端、测量端测量端；把把t0称为称为冷端冷端、自由端自由端、参考端参考端。在冷端，电流从导体在冷端，电流从导体A流向导体流向导体B，则，则A称为称为正电正电极极，B称为称为负电极负电极。v热电偶的热电偶的分度表分度表 函数函数fAB（t）的形式并不清楚，所以的形式并不清楚，所以EAB（t,t0）与与t的关系只能用实的关系只能用实验方法确定。验方法确定。用实验确定热电性质时，使用实验确定热电性质时，使t0=0，然后制成，然后制成E EABAB（t,t（t,t0 0）与与t t

6、的的表格。称为热电偶的分度表。表格。结论结论v热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。电偶的长度、粗细无关。v只有用不同性质的导体只有用不同性质的导体（或半导体或半导体）才能组合成热电偶；相同材料才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为当不会产生热电势，因为当A A、B B两种导体是同一种材料时，两种导体是同一种材料时，ln（Nln（NA A/N/NB B）=0）=0，也即，也即E EABAB（T（T，T T0 0）=0）=0。v只有当热电偶两端温度不同只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材

7、料不同时才能有热热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。电势产生。v导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使果使E EABAB（T（T0 0）=）=常数，则回路热电势常数，则回路热电势E EABAB（T（T，T T0 0）就只与温度就只与温度T T有关，而有关，而且是且是T T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。v热电偶接触电势要大于温度电势，因而回路热电势主要由接触电热电偶接触电势要大于温度电势，因而回路热电势主要由接触电势决定。组成热电偶的两种导体，称为势决定。组成热电偶

8、的两种导体，称为热电极热电极。电子密度大的金。电子密度大的金属导体为属导体为正极正极，小的为，小的为负极负极。t t端为端为热端热端或工作端，或工作端，t t0 0为为冷端冷端或自或自由端。热电偶与温度的关系为由端。热电偶与温度的关系为热电偶的热电特性热电偶的热电特性。一般将热电偶。一般将热电偶的热电特性制表，叫的热电特性制表，叫分度表分度表。分度表中热电偶的冷端为。分度表中热电偶的冷端为00。二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律 1 1、均质导体定律均质导体定律 该定律内容是：由一种均质导体或半导体组成的闭合该定律内容是：由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论导体或半导体的截面积、长

9、度和各处温度分布回路，不论导体或半导体的截面积、长度和各处温度分布如何，都不能产生热电势。该定律已在理论分析中得到证如何，都不能产生热电势。该定律已在理论分析中得到证明，并可得出如下结论：明，并可得出如下结论：（1 1）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。）热电偶必须由两种不同性质的材料构成。（2 2）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如产生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热产生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热电极材料的均匀性。电极材料的均匀性。（3 3）必须要求）必须要求A A和和B B各自都是均质的，否则会由于沿热

10、各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生的附加电势，从而引入电偶长度方向存在温度梯度而产生的附加电势，从而引入误差。误差。TT02 2、中间导体定律中间导体定律 该定律内容是：由不同材料组成的闭合回路中，若各该定律内容是：由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。根据中间导体定律还可以得出如下结论：零。（1 1）在热电偶回路中接入第三种均质材料，只要保证所接）在热电偶回路中接入第三种均质材料，只要保证所接入材料两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。下图入材料两端温度相同，就不会影

11、响热电偶的热电势。下图是两种接入中间导体的热电偶回路。是两种接入中间导体的热电偶回路。若三个接点的温度均为若三个接点的温度均为T T0 0，则回路的总热电势为，则回路的总热电势为 E EABCABC（T T0 0）=E=EABAB（T（T0 0）+E）+EBCBC（T（T0 0）+E）+ECACA（T（T0 0）=0）=0若若A A、B B接点温度为接点温度为T T，其余接点温度为，其余接点温度为T T0 0，且，且T TT T0 0，则回路的总热电势为则回路的总热电势为 E EABCABC（T T，T T0 0）=E=EABAB（T）+E（T）+EBCBC（T（T0 0）+E）+ECACA（

12、T（T0 0）因为因为E EABAB（T（T0 0）=-E）=-EBCBC（T（T0 0）+E）+ECACA（T（T0 0）所以所以E EABCABC（T T，T T0 0）=E=EABAB（T）-E（T）-EABAB（T（T0 0）TT0V（2 2）如果两种导体）如果两种导体A A和和B B对另一种参考导体对另一种参考导体C C热电势已知，热电势已知，则这两种导体组成的热电偶的热电势是它们对参考导体则这两种导体组成的热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和，即热电势的代数和，即 E EABAB（t t，t to o）=E=EACAC（t t，t to o）E ECBCB（t,tt,to

13、o）参考导体亦称参考导体亦称标准电极标准电极，一般选用纯铂丝制成，若，一般选用纯铂丝制成，若已知各种电极与标准电极配成热电偶的热电特性，便可已知各种电极与标准电极配成热电偶的热电特性，便可按此结论计算出任意两电极按此结论计算出任意两电极A A、B B配成热电偶后的热电特配成热电偶后的热电特性，这样大大简化了热电偶的选配工作。性，这样大大简化了热电偶的选配工作。ABTT0=ACTT0+CBTT03 3、中间温度定律中间温度定律 热热电电偶偶A A、B B在在接接点点温温度度为为t t1 1、t t3 3时时的的热热电电势势等等于于热热电电偶偶A A、B B在在接接点点温温度度分分别别为为t t1

14、 1，t t2 2和和t t2 2，t t3 3时时热热电电势势的的代代数数和，即和，即 E EABAB（t t1 1，t t3 3）E EABAB（t t1 1，t t2 2）E EABAB（t t2 2，t t3 3）由此定律可得如下结论：由此定律可得如下结论：（1 1）已知热电偶在某一给定冷端温度下进行的分度，只要引入适当的修）已知热电偶在某一给定冷端温度下进行的分度，只要引入适当的修正，就可在另外的冷端温度下使用。该定律为制定和使用热电偶的热正，就可在另外的冷端温度下使用。该定律为制定和使用热电偶的热电势一温度关系电势一温度关系（分度表分度表）奠定了理论基础。奠定了理论基础。可得出可得出E EABAB（t t，0 0）E EABAB（t t，t tn n）E EABAB（t tn n，0 0）（2 2）和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶回路中，相）和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶应有的热电势。该定律为应用补偿当