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熱電偶工作原理及冷端補償方法

       一、工作原理

      1、防爆熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件,它直接測量溫度,并把溫度信號轉換成熱電動勢信號,通過溫度變送器轉換成4-20mA信號引入到控制系統顯示溫度。

      2、熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體A和B組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應。

      3、熱電偶的電極A、B兩接點通常用電弧焊、電熔焊、錫焊等焊接在一起。焊點要求圓滑、直徑小、接觸好、牢固,增強熱電偶的靈敏度和耐用性。

      4、兩種不同成份的均質導體為熱電極,溫度較高的一端為工作端T,溫度較低的一端為自由端T0,自由端通常處于某個恒定的溫度下。該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。

        這種現象稱為“熱電效應”,兩種導體組成的回路稱為“熱電偶”,這兩種導體稱為“熱電極”,產生的電動勢則稱為“熱電動勢”。根據熱電動勢與溫度的函數關系,制成熱電偶分度表;

      5、熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數的差,而不是熱電偶冷端與工作端溫度差的函數.當熱電偶的材料是均勻時,與熱電偶的長度和直徑無關,只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關。當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小,只與熱電偶的溫度差有關;若熱電偶冷端的溫度保持一,熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。

      6、常用熱電偶分度號

      (1)鉑銠10-鉑熱電偶(分度號S)其測溫范圍為0~1600℃

      (2)鉑銠30-鉑銠熱電偶6(分度號為B)其測溫范圍為0~1700℃

      (3)鎳鉻-鎳硅熱電偶(分度號為K)其測溫范圍為—200~+1200℃

      (4)鎳鉻-康銅熱電偶(分度號為E)其測溫范圍為—200~+900℃

      二、冷端補償

      1、分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。從熱電效應原理可知,其熱電動勢與兩端溫度均有關,而分度表是在冷端溫度為0℃的條件下給出的。但在實際使用時,冷端常??拷粶y物,且受環境溫度的影響,其溫度無法保持0℃,這樣就產生了測量誤差。

      2、所以必須采取相應的措施來進行補償或修正,常用的方法有冷端恒溫法、補償導線法、補償電橋法、計算修正法等幾種。

      三、補償導線

      1、補償導線是在一定溫度范圍內(0~100℃)具有與所匹配熱電偶熱電動勢相同標稱值的一對帶有絕緣層的導線,用它們連接熱電偶與測量裝置,以補償它們與熱電偶連接處的溫度變化所產生的誤差。

      2、熱電偶材料屬于貴金屬,而補償導線相對便宜。用補償導線與熱電偶的冷端連結,就可以將熱電偶輸出的溫度信號傳輸到遠離數百米的控制室里,送給顯示儀表或控制儀表。

      3、這就相當于把熱電偶延長到溫度恒定的地方,解決了熱電偶冷端在熱設備附近造成的高溫和溫度不穩定問題,使用方便,是熱電偶安裝中經常采用的。它們是專用導線,一種類型的補償導線只能同相應的一類熱電偶配套使用,而且正、負極性不可接反。


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