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温度是表征物体冷热程度的物理量,是热工参数中最重要的一个,它直接影响工艺过程的进行。而要检测温度,必须有一个感受待测材料热量变化的元件,我们称之为温度传感器。热电偶是众多温度传感器的一种,在工业生产中广泛应用,本文我们进行重点介绍。
热电偶是由两根不同材料的导体或半导体焊接或铰接而成,其中焊接的一端称为热电偶的热端(也叫工作端),和导线或仪表连接的一端称为冷端。根据导体材料的不同,热电偶分S型、K型、J型等多种材料。
热电偶的基本工作原理是热电效应:将两种不同成分的金属导体或半导体两端相互连接在一起,组成一个闭合回路,当两连接点a、b所处温度不同时,此时回路中就会产生电动势,形成热电流现象。
热电偶使用时,把热端放置在待测材料或环境中,冷端置于生产设备外面,如果两端的温度不同,则在热电偶的回路中便会产生热电势。热电偶的热电势与温度有一 一对应的关系,将相关数据列成表格,该表格称为热电偶分度表。使用测温仪表测量热电偶的热电势后,便可知被测物的温度高低。
热电偶的总热电势与两接点的温度差有一定关系,可用以下公式表示:
其中,
由公式可知,在热端温度不变的情况下,冷端温度变化,会对热电偶的测温有很大影响,常常会照成测量误差。
举一例来进一步说明。下图是同一加热器真实温度300℃时,对应不同冷端,测温仪表显示的温度可能是多少?
由分度表可知,300℃、130℃、25℃的等值热电势分别为12.21mV、5.33mV、1.01mV,在热端温度不变的情况下,如果以A点130℃作为冷端,测温仪表的读数为12.21mV-5.33mV=6.88mV,或为169℃;如果以B 点25℃作为冷端,测温仪表的读数为12.21mV-1.01mV=11.20mV,或为275℃。
可见,不同的冷端,对测量结果有非常大的干扰。因此,在工业上常采用补偿导线的方法消除类似误差。
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