第04章 温度测量,热电偶(含第2次作业)VIP免费

第四章温度测量4.0概述4.1热电偶测温4.2热电阻测温4.3其他接触式测温仪表4.4接触式测温技术及误差分析4.5非接触式温度测量4.1热电偶测温热电偶是应用最普遍、最广泛的测温元件。原理：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测量。特点：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。两个热电极热电偶接点4.1.1热电偶的测温原理热电效应两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成闭合回路，当两个接触点（结点）温度T和T0不相同时，回路中即产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。回路电势——热电势。两金属丝——偶极或热电极。两个结点中与被测介质接触的一个称为工作端（热端），另一个称为参考端（或自由端、冷端）。这种热电效应现象是德国物理学家塞贝克（Seeback）1821年首先发现提出，又称塞贝克效应。热电势的大小？1.接触电势（珀尔帖电势）两种导体相接触，由于导体内的自由电子密度不同，如果NA>NB，电子密度大的导体A中的电子就向电子密度小的导体B扩散；导体A失去电子正电位。导体B接收电子负电位。在扩散达到动态平衡时，A、B之间就形成了电位差，称之为接触电势。接触电势示意图EAB(T)：为A、B两种材料在温度为T时的接触电动势；K：玻耳兹曼常数；e：电子电荷：NA(T)、NB(T)：A、B两种材料在温度T时的自由电子密度。ABlnABNTKTETeNT1.接触电势（珀尔帖电势）2.温差电势（汤姆逊电势）对单一金属导体，如果两端的温度不同，则两端的自由电子具有不同的动能。温度高则动能大，自由电子就会向温度低的一端扩散。失去电子的一端就处于正电位，而低温端由于得到电子处于负电位。两端形成电位差，称为温差电势。00,d1KETTNteTTN温差电势示意图在整个闭合回路中产生的总电动势EAB(T,T0)可表示为可知，热电偶总电动势与电子密度NA、NB及两节点温度T,T0有关，电子密度取决于热电偶材料的特性。当热电偶材料一定时，热电偶的总电动势EAB(T,T0)成为温度T和T0的函数差，即3.回路的总热电动势4.结论①热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。②只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。③热电偶的电极材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果T0已知且恒定，则f(T0)为常数。回路总热电势量EAB(T,T0)只是温度T的单值函数。4.1.2热电偶回路的基本定律1.均质导体定律2.中间导体定律3.中间温度定律4.标准电极定律1.均质导体定律均质材料构成的热电偶，其热电动势大小只与材料及结点温度有关，与热电偶的尺寸大小、形状及沿电极的温度分布无关。注意：材料如果不均匀、由于温度梯度的存在，会产生附加电动势。ABCTT0),()(),()(),()(),(0000000TTeTeTTeTeTTeTeTTEACACBCBABABC),(),()(),()(),(00000TTETTeTeTTeTeTTEABABABABABC0),(00TTeC)()()(000TeTeTeCACABC用途：接入仪表测量线。2.中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体时，只要其两端温度相等，总回路电势不变。3.中间温度定律在热电偶回路中，两接点温度为T、T0时的热电动势，等于该热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、T0时热电动势的代数和，即00ABABnABnET,TET,TET,T4.标准电极定律两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶，如果A、C和B、C热电偶的热电动势已知，则导体A、B组成的热电偶产生的电动势为：000(,)(,)(,)ABACBCETTETTETT+Att0+tt0+tt0CCBBA标准电极定律应用：由于铂丝的理化性能稳定，如果能实验测得各种材料热电极对铂丝的热电特性，就可推得任意材料间的热电特性。4.1.3热电偶的材料、特点热电偶材料应具备的条件：①输出较大的热电势，热电势和温度之间尽可能线性关系；②能应用于较宽的温度范围；③物理化学性能、热电特性都较稳定，即要求有较好的耐热性、抗氧化、抗还原、抗腐蚀等性能；④有较高的导电率和较低的电阻温度系数...