热电偶的基本定律及其应用
仪器网 · 2012-07-14 23:42 · 91346 次点击
根据热电偶的测温原理可以引出热电偶的基本定律。这些定律在实际测温中是非常重要的,必须着重理解和掌握。
均质导体定律及其应用
由一种均质材料(自由电子密度处处相同)构成的热电偶,不论其截面积和长度以及各处的温度分布如何,都不能产生热电势。
由均质材料A组成的热电偶如图2-23所示。由于材料相同,有NAT=NBT,则在两接点处的接触电势为零。
导体A两端温度不同,也会产生温差电势,但此回路中所产生的两温差电势大小相等,方向相反,故回路中总热电势为零。该结论也可由式(2-86)直接推导出。
该定律表明:
(1)热电偶必须由两种不同性质的材料组成,且热电偶两接点温度不同。
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该定律表明:
(1)热电偶必须由两种不同性质的材料组成,且热电偶两接点温度不同。
(2)热电势仅取决于组成热电偶的材料、热端和冷端的温度,而与热电偶的几何形状、尺寸大小和沿电极沮度分布无关。
(3)由一种材料组成的闭合回路存在温差时,回路如果产生热电势,便说明该材料是不均匀的。产生的热电势越大,热电极的材料不均匀性越严重。可见,均质导体定律为检查热电极材料均匀性提供了理论依据。
同名极法检定热电偶就是根据这个定律进行的。在实际检定工作中,常采用改变热电偶插人检定炉深度的方法来判断热电偶的不均匀性。
(4)热电极材料不均匀性越大.测量时产生的误差就越大.所以热电极的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。
2.5.2.2参考电极定律
两种导体A,B分别与参考电极C(或称标准电极)组成热电偶,如图2-24所示。如果它们所产生的热电势为已知,那么,A与B两个热电极配对后组成热电偶的热电势可按下式求得
EAB(T.To)二EAC(T,TO)+EC0(T,Ta)二EAC(T,To)一E,,(T,To)(2-89)
式中EAB(T,To)—由导体A与B组成的热电偶在接点温度分为T和To时的热电势.V;
EAC(T,TO)—由导体A与C组成的热电偶在接点温度分为T和To时的热电势,V;
EBC(T,T0)—由导体B与C组成的热电偶在接点温度分为T和To时的热电势,Vo
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参考电极定律为制造和使用不同材料的热电偶莫定了理论基础。即可采用同一参考电极与各种不同材料组成热电偶,先测试其热电特性.然后再利用这些特性组成各种配对的热电偶,这是研究、测试热电偶的通用方法。由于纯铂丝的物理化学性能稳定、熔点高、易提纯,故常用铂丝作为参考电极。
2.5.2.3中间导体定律及其应用
在热电偶回路中接人第三种导体,只要与第三种导体相连接的两接点温度相同.则接人第三种导体后,对热电偶回路中的总电势没有影响。下面给出该定律的证明如下。
图2-25是把热电偶冷端接点分开后引人第三种导体的示意图,若被分开后的两点2,3温度相同且都等于T。,那么热电偶回路的总电势为
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同理,还可加人第四、第五种导体等等。中间导体定律具有如下作用:
(1)为在热电偶闭合回路中接人各种仪表、连接导线等提供理论依据。即只要保证连接导线、仪表等接人时两端温度相同,则不影响热电势,如图2-26所示。
(2)可采用开路热电偶(即热电偶的热端开路),对液态金属进行温度测量,如图2-27(a)所示。图中,被测液态金属为第三种导体C,使用时应注意保持接点温度T相同。图
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中间温度定律具有如下作用:
(1)为在热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据(详见2.5.3节)。
(2)为制定和使用热电偶分度表莫定了墓础。各种热电偶的分度表都是在冷端温度为0℃时制成的。如果在实际应用中热电偶冷端不是0℃而是某一中间温度孔.这时仪表指示的热电势值为EAB(T,T.)。而EAB(T.,0)值可从分度表查得,将二者相加,即可得凡,(T,0)值,按照该电势值再查相应的分度表便可得到被测对象的实际温度值。
I例2-11用镍铬·镍硅(K型)热电偶侧量炉温,热电偶的冷端温度为409C,测得的热电势为35.72mV,问被测炉温为多少?
解查K型热电偶分度表知:EK(40,0)=1.611mV,测得EK(t,40)=35.72mV,则
EK(t,0)==EX(t,40)+EK(40,0)=35.72+1.611二37.33mV,
据此再查上述分度表知.37.33mV所对应的温度为,t=900.1℃.则被测炉温为900.1℃
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