熱電偶工作原理及冷端補償方法

2021-01-15 特種作業考試題庫

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1、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，並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組成閉合迴路，當兩端存在溫度梯度時，迴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，自由端通常處於某個恆定的溫度下。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」，兩種導體組成的迴路稱為「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係，製成熱電偶分度表；


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後，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）其測溫範圍為0～1600℃

（2）鉑銠30－鉑銠6熱電偶（分度號為B）其測溫範圍為0～1700℃

（3）鎳鉻－鎳矽熱電偶（分度號為K）其測溫範圍為—200～+1200℃

（4）鎳鉻－康銅熱電偶（分度號為E）其測溫範圍為—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，冷端常常靠近被測物，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、所以必須採取相應的措施來進行補償或修正，常用的方法有冷端恆溫法、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範圍內（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、熱電偶材料屬於貴金屬，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裡，送給顯示儀表或控制儀表。

3、這就相當於把熱電偶延長到溫度恆定的地方，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採用的。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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