1、第第5 5章熱電偶傳感器及應用章熱電偶傳感器及應用引言引言n熱電偶是工程上應用最廣泛的溫度傳感熱電偶是工程上應用最廣泛的溫度傳感器。器。n它構造簡單，使用方便，具有較高的準它構造簡單，使用方便，具有較高的準確度、穩定性及復現性，溫度測量范圍確度、穩定性及復現性，溫度測量范圍寬，在溫度測量中占有重要的地位。寬，在溫度測量中占有重要的地位。主要內容主要內容n5.1熱電偶工作原理熱電偶工作原理n5.2熱電偶的結構形式及材料熱電偶的結構形式及材料n5.3熱電偶實用測溫線路和溫度補償熱電偶實用測溫線路和溫度補償n5.4熱電偶傳感器的應用實例熱電偶傳感器的應用實例5.1熱電偶工作原理熱電偶工作原理n5.1

2、.1 工作原理工作原理 n5.1.2 熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律 5.1.1 工作原理工作原理n1熱電效應熱電效應 n將兩種不同成分的導體組成一個閉合回將兩種不同成分的導體組成一個閉合回路，當閉合回路的兩個結點分別置于不路，當閉合回路的兩個結點分別置于不同的溫度場中時，回路中將產生一個電同的溫度場中時，回路中將產生一個電勢，這種現象稱為勢，這種現象稱為“熱電效應熱電效應”。n1821年由年由Seeback發現的，故又稱為賽發現的，故又稱為賽貝克效應。貝克效應。熱電偶回路原理熱電偶回路原理 熱電勢由兩部分組成熱電勢由兩部分組成n兩種導體組成的回路稱為兩種導體組成的回路稱為“熱電偶熱電偶”，

3、這兩種導體稱為這兩種導體稱為“熱電極熱電極”，產生的電，產生的電勢則稱為勢則稱為“熱電勢熱電勢”，熱電偶的兩個結，熱電偶的兩個結點，一個稱為測量端工作端或熱端），點，一個稱為測量端工作端或熱端），另一個稱為參考端自由端或冷端）。另一個稱為參考端自由端或冷端）。n一部分是兩種導體的接觸電勢，另一部一部分是兩種導體的接觸電勢，另一部分是單一導體的溫差電勢。分是單一導體的溫差電勢。2接觸電勢接觸電勢 n當當A和和B兩種不同材料的導體接觸時，由于兩兩種不同材料的導體接觸時，由于兩者內部單位體積的自由電子數目不同即電子者內部單位體積的自由電子數目不同即電子密度不同），因而，電子在兩個方向上擴散的密度不同

4、），因而，電子在兩個方向上擴散的速率就不一樣。速率就不一樣。 n。假設導體。假設導體A的自由電子密度大于導體的自由電子密度大于導體B的自的自由電子密度，則導體由電子密度，則導體A擴散到導體擴散到導體B的電子數的電子數要比導體要比導體B擴散到導體擴散到導體A的電子數大。所以導的電子數大。所以導體體A失去電子帶正電荷，導體失去電子帶正電荷，導體B得到電子帶負得到電子帶負電荷。于是，在電荷。于是，在A、B兩導體的接觸界面上便兩導體的接觸界面上便形成一個由形成一個由A到到B的電場的電場 。熱電動勢示意圖熱電動勢示意圖 形成機理形成機理n該電場的方向與擴散進行的方向相反，它將引該電場的方向與擴散進行的方

5、向相反，它將引起反方向的電子轉移，阻礙擴散作用的繼續進起反方向的電子轉移，阻礙擴散作用的繼續進行。當擴散作用與阻礙擴散作用相等時，即自行。當擴散作用與阻礙擴散作用相等時，即自導體導體A擴散到導體擴散到導體B的自由電子數與在電場作的自由電子數與在電場作用下自導體用下自導體B到導體到導體A的自由電子數相等時，的自由電子數相等時，便處于一種動態平衡狀態。在這種狀態下，便處于一種動態平衡狀態。在這種狀態下，A與與B兩導體的接觸處產生了電位差，稱為接觸兩導體的接觸處產生了電位差，稱為接觸電勢。接觸電勢的大小與導體材料、結點的溫電勢。接觸電勢的大小與導體材料、結點的溫度有關，與導體的直徑、長度及幾何形狀無

6、關。度有關，與導體的直徑、長度及幾何形狀無關。 接觸電勢大小接觸電勢大小 AABB( )lnnkTeTen（5-1） 3溫差電動勢溫差電動勢 n將某一導體兩端分別置于不同的溫度場將某一導體兩端分別置于不同的溫度場T、T0中，在導體內部，熱端自由電子具有中，在導體內部，熱端自由電子具有較大的動能，向冷端移動，從而使熱端較大的動能，向冷端移動，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負電荷。這樣，導體兩端便產生了一個由電荷。這樣，導體兩端便產生了一個由熱端指向冷端的靜電場，該靜電場阻止熱端指向冷端的靜電場，該靜電場阻止電子從熱端向冷端移動，最后達到動態電子從熱端

7、向冷端移動，最后達到動態平衡。這樣，導體兩端便產生了電勢，平衡。這樣，導體兩端便產生了電勢，我們稱為溫差電動勢。我們稱為溫差電動勢。 0A0A()dTTe T TT、4熱電偶的電勢熱電偶的電勢 n設導體設導體A、B組成熱電偶的兩結點溫度分組成熱電偶的兩結點溫度分別為別為T和和T0，熱電偶回路所產生的總電，熱電偶回路所產生的總電動勢，動勢， 在熱電偶回路中接觸電動勢遠遠大于溫差電動勢，在熱電偶回路中接觸電動勢遠遠大于溫差電動勢，所以溫差電動勢可以忽略不計所以溫差電動勢可以忽略不計 AB0ABAB0A0B0()( )( )()()ET TeTeTe T Te T T、AAAAB0ABAB00BBB

8、kkk()( )()lnln()lneeenTnnTETTeTeTT nnn、-結論結論n（1如果熱電偶兩材料相同，則無論結點處如果熱電偶兩材料相同，則無論結點處的溫度如何，總電勢為的溫度如何，總電勢為0。n（2如果兩結點處的溫度相同，盡管如果兩結點處的溫度相同，盡管A、B材材料不同，總熱電勢為料不同，總熱電勢為0。n（3熱電偶熱電勢的大小，只與組成熱電偶熱電偶熱電勢的大小，只與組成熱電偶的材料和兩結點的溫度有關，而與熱電偶的形的材料和兩結點的溫度有關，而與熱電偶的形狀尺寸無關，當熱電偶兩電極材料固定后，熱狀尺寸無關，當熱電偶兩電極材料固定后，熱電勢便是兩結點電勢差。電勢便是兩結點電勢差。n（

9、4如果使冷端溫度如果使冷端溫度0保持不變，則熱電動保持不變，則熱電動勢便成為熱端溫度的單一函數。勢便成為熱端溫度的單一函數。 5.1.2 熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律n1均質導體定律均質導體定律n2中間導體定律中間導體定律n3標準電極定律標準電極定律n4中間溫度定律中間溫度定律 1均質導體定律均質導體定律n由一種均質導體組成的閉合回路中，不由一種均質導體組成的閉合回路中，不論導體的截面和長度如何以及各處的溫論導體的截面和長度如何以及各處的溫度分布如何，都不能產生熱電勢。度分布如何，都不能產生熱電勢。 2中間導體定律中間導體定律n在熱電偶中接入第在熱電偶中接入第3種均質導體，只要第種均質導體

10、，只要第3種導體的兩結點溫度相同，則熱電偶的種導體的兩結點溫度相同，則熱電偶的熱電勢不變。熱電勢不變。 第3種導體接入熱電偶回路 推論推論n熱電偶的這種性質在實用上有很重要的熱電偶的這種性質在實用上有很重要的意義，它使我們可以方便地在回路中直意義，它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調節器，接接入各種類型的顯示儀表或調節器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態金屬中或直接焊在金屬表面測量。入液態金屬中或直接焊在金屬表面測量。n推論：在熱電偶中接入第推論：在熱電偶中接入第4、5種導種導體，只要保證插入導體的兩結點溫度相體，只要保證插入導體的

11、兩結點溫度相同，且是均質導體，則熱電偶的熱電勢同，且是均質導體，則熱電偶的熱電勢仍不變。仍不變。 3標準電極定律標準電極定律 n已知熱電極已知熱電極A、B分別與標準電極分別與標準電極C組成組成熱電偶在結點溫度為熱電偶在結點溫度為T，T0時的熱時的熱電動勢分別為和，則在相同溫度下，由電動勢分別為和，則在相同溫度下，由A、B兩種熱電極配對后的熱電動勢為兩種熱電極配對后的熱電動勢為 000( ,)( ,)( ,)ABACBCET TET TET T三種導體分別組成的熱電偶 例例1已知鉑銠已知鉑銠30-鉑熱電偶的鉑熱電偶的EAC1 084.5,0）=13.937mV），鉑銠），鉑銠6-鉑熱電偶的鉑熱電

12、偶的EBC1 084.5,0）=8.354mV）。）。求鉑銠求鉑銠30-鉑銠鉑銠6在相同溫度條件下的熱在相同溫度條件下的熱電動勢。電動勢。 解：解：n由標準電極定律可知，由標準電極定律可知，nEAB1 084.5,0）=EAC1 084.5,0）EBC1 084.5,0）=13.9378.354=5.583mV） 4中間溫度定律中間溫度定律n熱電偶在兩結點溫度分別為熱電偶在兩結點溫度分別為T、T0時的時的熱電勢等于該熱電偶在結點溫度為熱電勢等于該熱電偶在結點溫度為T、Tn和和Tn、T0相應熱電勢的代數和，相應熱電勢的代數和，n定律是參考端溫度計算修正法的理論依定律是參考端溫度計算修正法的理論依

13、據據 n AB0ABAB0( ,)( ,)(,)nnET TET TET T熱電偶中間溫度定律示意圖 例例2n鎳鉻鎳鉻-鎳硅熱電偶，工作時其自由端溫度鎳硅熱電偶，工作時其自由端溫度為為30，測得熱電勢為，測得熱電勢為39.17mV，求被，求被測介質的實際溫度。測介質的實際溫度。 解：解：n由由t0=0，查鎳鉻，查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表，鎳硅熱電偶分度表，E30，0）=1.2mV，又知，又知Et，30）=39.17mVn所以所以Et，0）= E30，0）+Et，30）=1.2mV+39.17mV=40.37mV。n再用再用40.37mV反查分度表得反查分度表得977，即，即被測介質的實際溫度。被

14、測介質的實際溫度。5.2熱電偶的結構形式及材料熱電偶的結構形式及材料n5.2.1熱電偶的基本結構形式熱電偶的基本結構形式 n5.2.2熱電偶材料熱電偶材料 n5.2.3常用熱電偶常用熱電偶5.2.1熱電偶的基本結構形式熱電偶的基本結構形式n熱電偶的結構形式有普通型熱電偶、鎧熱電偶的結構形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。n熱電偶的種類雖然很多，但通常由金屬熱電偶的種類雖然很多，但通常由金屬熱電極、絕緣子、保護套管及接線裝置熱電極、絕緣子、保護套管及接線裝置等部分組成。等部分組成。 1普通型熱電偶普通型熱電偶 n普通型結構熱電偶工業上使用最多，它普通型結構熱

15、電偶工業上使用最多，它一般由熱電極、絕緣套管、保護管和接一般由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成。線盒組成。n普通型熱電偶按其安裝時的連接形式可普通型熱電偶按其安裝時的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動法蘭連接、無固定裝置等多種形式。動法蘭連接、無固定裝置等多種形式。普通型熱電偶結構圖 普通裝配型熱電偶的外形安裝安裝螺紋螺紋安裝安裝法蘭法蘭普通裝配型熱電偶的結構放大圖 接線盒引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 （出廠時用塑料（出廠時用塑料包裹）包裹）熱電偶工作端熱端）熱電偶工作端熱端） 不銹鋼保護管不銹鋼保護管 2鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶 n

16、鎧裝型熱電偶又稱套管熱電偶。它是由鎧裝型熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經拉伸加工而成的堅實組合體拉伸加工而成的堅實組合體 .n它可以做得很細很長，使用中隨需要能它可以做得很細很長，使用中隨需要能任意彎曲。鎧裝型熱電偶的主要優點是任意彎曲。鎧裝型熱電偶的主要優點是測溫端熱容量小，動態響應快，機械強測溫端熱容量小，動態響應快，機械強度高，撓性好，可安裝在結構復雜的裝度高，撓性好，可安裝在結構復雜的裝置上，因此被廣泛用在許多工業部門中。置上，因此被廣泛用在許多工業部門中。 鎧裝型熱電偶結構鎧裝型熱電偶結構 1接線盒 2金屬套管 3固定裝

17、置 4絕緣材料 5熱電極鎧裝型熱電偶外形法蘭鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達上百米長達上百米薄壁金屬薄壁金屬 保護套管保護套管鎧體）鎧體） BA絕緣絕緣 資料資料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面3薄膜熱電偶薄膜熱電偶 n用真空蒸鍍或真空濺射）、化學涂層等工藝，用真空蒸鍍或真空濺射）、化學涂層等工藝，將熱電極材料沉積在絕緣基板上形成的一層金將熱電極材料沉積在絕緣基板上形成的一層金屬薄膜。熱電偶測量端既小又薄厚度可達屬薄膜。熱電偶測量端既小又薄厚度可達0.010.1m），因而熱慣性小，反應快，），因而熱慣性小，反應快，可用于測量瞬變的表面溫度和微小面積上的溫可用于測量瞬變的表面溫度和微小面積

18、上的溫度。度。 n其結構有片狀、針狀和把熱電極材料直接蒸鍍其結構有片狀、針狀和把熱電極材料直接蒸鍍在被測表面上等在被測表面上等3種。所用的電極類型有鐵種。所用的電極類型有鐵-康康銅、鐵鎳、銅銅、鐵鎳、銅-康銅、鎳鉻康銅、鎳鉻-鎳硅等。測溫范圍鎳硅等。測溫范圍為為200300。 鐵鐵-鎳薄膜熱電偶結構鎳薄膜熱電偶結構 1測量接點 2鐵膜 3鐵絲 4鎳絲5接頭夾具 6鎳膜 7襯架4表面熱電偶表面熱電偶 n表面熱電偶是用來測量各種狀態的固體表面熱電偶是用來測量各種狀態的固體表面溫度的，如測量軋輥、金屬塊、爐表面溫度的，如測量軋輥、金屬塊、爐壁、橡膠筒和渦輪葉片等表面溫度。壁、橡膠筒和渦輪葉片等表面溫

19、度。n此外還有測量氣流溫度的熱電偶、浸入此外還有測量氣流溫度的熱電偶、浸入式熱電偶等。式熱電偶等。5.2.2熱電偶材料熱電偶材料n1對熱電極材料的一般要求對熱電極材料的一般要求 n2電極材料的分類電極材料的分類 n3絕緣材料絕緣材料 n4保護管材料保護管材料 1對熱電極材料的一般要求對熱電極材料的一般要求n（1配對的熱電偶應有較大的熱電勢，并且配對的熱電偶應有較大的熱電勢，并且熱電勢對溫度盡可能有良好的線性關系。熱電勢對溫度盡可能有良好的線性關系。n（2能在較寬的溫度范圍內應用，并且在長能在較寬的溫度范圍內應用，并且在長時間工作后，不會發生明顯的化學及物理性能時間工作后，不會發生明顯的化學及物

20、理性能的變化。的變化。n（3電阻溫度系數小，電導率高。電阻溫度系數小，電導率高。n（4易于復制，工藝性與互換性好，便于制易于復制，工藝性與互換性好，便于制定統一的分度表，材料要有一定的韌性，焊接定統一的分度表，材料要有一定的韌性，焊接性能好，以利于制作。性能好，以利于制作。2電極材料的分類電極材料的分類n（1一般金屬，如鎳鉻一般金屬，如鎳鉻-鎳硅，銅鎳硅，銅-鎳銅，鎳銅，鎳鉻鎳鉻-鎳鋁，鎳鉻鎳鋁，鎳鉻-考銅等。考銅等。n（2貴金屬，這類熱電偶材料主要是由貴金屬，這類熱電偶材料主要是由鉑、銥、銠、釕、鋨及其合金組成，如鉑、銥、銠、釕、鋨及其合金組成，如鉑鐒鉑鐒-鉑、銥銠鉑、銥銠-銥等。銥等。n（

21、3難熔金屬，這類熱電偶材料系由鎢、難熔金屬，這類熱電偶材料系由鎢、鉬、鈮、錸、鋯等難熔金屬及其合金組鉬、鈮、錸、鋯等難熔金屬及其合金組成，如鎢錸成，如鎢錸-鎢錸、鉑銠鎢錸、鉑銠-鉑銠等熱電偶。鉑銠等熱電偶。3絕緣材料絕緣材料n熱電偶測溫時，除測量端以外，熱電極熱電偶測溫時，除測量端以外，熱電極之間和連接導線之間均要求有良好的電之間和連接導線之間均要求有良好的電絕緣，否則會有熱電勢損耗而產生測量絕緣，否則會有熱電勢損耗而產生測量誤差，甚至無法測量誤差，甚至無法測量 n（1有機絕緣材料。有機絕緣材料。n（2無機絕緣材料。無機絕緣材料。 4保護管材料要求保護管材料要求n（1氣密性好，可有效地防止有害

22、介質氣密性好，可有效地防止有害介質深入而腐蝕結點和熱電極。深入而腐蝕結點和熱電極。n（2應有足夠的強度及剛度，耐振、耐應有足夠的強度及剛度，耐振、耐熱沖擊。熱沖擊。n（3物理化學性能穩定，在長時間工作物理化學性能穩定，在長時間工作中不至于介質、絕緣材料和熱電極互相中不至于介質、絕緣材料和熱電極互相作用，也不產生對熱電極有害的氣體。作用，也不產生對熱電極有害的氣體。n（4導熱性能好，使結點與被測介質有導熱性能好，使結點與被測介質有良好的熱接觸。良好的熱接觸。5.2.3常用熱電偶常用熱電偶n熱電偶可分為標準化熱電偶和非標準化熱電偶熱電偶可分為標準化熱電偶和非標準化熱電偶2種類型。種類型。n標準化熱

23、電偶是指國家已經定型批量生產的熱標準化熱電偶是指國家已經定型批量生產的熱電偶；電偶；n非標準化熱電偶是指特殊用途試生產的熱電偶，非標準化熱電偶是指特殊用途試生產的熱電偶，非標準型熱電偶包括鉑銠系、銥銠系及鎢錸系非標準型熱電偶包括鉑銠系、銥銠系及鎢錸系熱電偶等。熱電偶等。n目前工業上常用的有目前工業上常用的有4種標準化熱電偶，即鉑種標準化熱電偶，即鉑銠銠30-鉑銠鉑銠6，鉑銠，鉑銠10-鉑，鎳鉻鉑，鎳鉻-鎳硅和鎳鉻鎳硅和鎳鉻-銅鎳我國通常稱為鎳鉻銅鎳我國通常稱為鎳鉻-康銅熱電偶。康銅熱電偶。 1標準型熱電偶標準型熱電偶 n從從1988年年1月月1日起，我國熱電偶和熱日起，我國熱電偶和熱電阻的生產

24、全部按國際電工委員會電阻的生產全部按國際電工委員會IEC的標準，并指定的標準，并指定S、B、E、K、R、J、T 7種標準化熱電偶為我國統一種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。設計型熱電偶。 2非標準型熱電偶非標準型熱電偶 n（1銥和銥合金熱電偶銥和銥合金熱電偶n如銥如銥50銠銠-銥銥10釕、銥銠釕、銥銠40-銥、銥銠銥、銥銠60-銥熱電偶。銥熱電偶。它能在氧化環境中測量高達它能在氧化環境中測量高達2 100的高溫，且熱電的高溫，且熱電動勢與溫度關系線性好。動勢與溫度關系線性好。n（2鎢錸熱電偶鎢錸熱電偶n60年代發展起來的，是目前一種較好的高溫熱電偶，年代發展起來的，是目前一種較好的高溫熱電

25、偶，可使用在真空惰性氣體介質或氫氣介質中，但高溫抗可使用在真空惰性氣體介質或氫氣介質中，但高溫抗氧能力差。氧能力差。n國產鎢錸國產鎢錸3-鎢錸鎢錸25、鎢錸、鎢錸-鎢錸鎢錸20熱電偶使用溫度范熱電偶使用溫度范圍在圍在3002 000，分度精度為，分度精度為1%。主要用于鋼水。主要用于鋼水連續測溫、反應堆測溫等場合。連續測溫、反應堆測溫等場合。n（3金鐵金鐵-鎳鉻熱電偶主要用在低溫測量，可在鎳鉻熱電偶主要用在低溫測量，可在2273K范圍內使用，靈敏度約為范圍內使用，靈敏度約為10V/。n（4鈀鈀-鉑銥鉑銥15熱電偶熱電偶5.3熱電偶實用測溫線路和溫度補償熱電偶實用測溫線路和溫度補償n1測量某點溫

26、度的基本電路測量某點溫度的基本電路 n2測量溫度之和測量溫度之和熱電偶串聯測量線路熱電偶串聯測量線路 n3測量平均溫度測量平均溫度熱電偶并聯測量線路熱電偶并聯測量線路 n4測量兩點之間的溫度差測量兩點之間的溫度差 5.3.1 熱電偶實用測溫線路熱電偶實用測溫線路 1測量某點溫度的基本電路測量某點溫度的基本電路n基本測量電路包括熱電偶、補償導線、基本測量電路包括熱電偶、補償導線、冷端補償器、連接用銅線、動圈式顯示冷端補償器、連接用銅線、動圈式顯示儀表。儀表。 熱電偶基本測量電路 2測量溫度之和測量溫度之和熱電偶串聯測熱電偶串聯測量線路量線路n將將N支相同型號的熱電偶正負極依次相支相同型號的熱電偶

27、正負極依次相聯接聯接 n若若N支熱電偶的各熱電勢分別為支熱電偶的各熱電勢分別為E1、E2、E3、EN，則總電勢為，則總電勢為n=E1+ E2+ E3+ EN= NE n串聯線路的總熱電勢為串聯線路的總熱電勢為E的的N倍，所對應倍，所對應的溫度可由的溫度可由t關系求得，也可根據平均關系求得，也可根據平均熱電勢熱電勢E在相應的分度表上查對。在相應的分度表上查對。熱電偶串聯測量線路熱電偶串聯測量線路 n串聯線路的主要優點是熱電勢大，精度比串聯線路的主要優點是熱電勢大，精度比單支高；主要缺點是只要有一支熱電偶斷開，單支高；主要缺點是只要有一支熱電偶斷開，整個線路就不能工作，個別短路會引起示值整個線路就

28、不能工作，個別短路會引起示值顯著偏低。顯著偏低。3測量平均溫度測量平均溫度熱電偶并聯測熱電偶并聯測量線路量線路n將將N支相同型號熱電偶的正負極分別連支相同型號熱電偶的正負極分別連在一起，如圖在一起，如圖5-11所示。所示。n如果如果N支熱電偶的電阻值相等，則并聯支熱電偶的電阻值相等，則并聯電路總熱電勢等于電路總熱電勢等于N支熱電偶的平均值，支熱電偶的平均值，即即n=（E1+E2+E3+EN）/N 熱電偶并聯測量線路熱電偶并聯測量線路 4測量兩點之間的溫度差測量兩點之間的溫度差n實際工作中常需要測量兩處的溫差，可實際工作中常需要測量兩處的溫差，可選用兩種方法測溫差，一種是兩支熱電選用兩種方法測溫

29、差，一種是兩支熱電偶分別測量兩處的溫度，然后求算溫差；偶分別測量兩處的溫度，然后求算溫差；另一種是將兩支同型號的熱電偶反串聯另一種是將兩支同型號的熱電偶反串聯接，直接測量溫差電勢，然后求算溫差，接，直接測量溫差電勢，然后求算溫差，如圖如圖5-12所示。前一種測量較后一種測所示。前一種測量較后一種測量精度差，對于要求精確的小溫差測量，量精度差，對于要求精確的小溫差測量，應采用后一種測量方法。應采用后一種測量方法。溫差測量線路溫差測量線路 5.3.2 熱電偶的溫度補償熱電偶的溫度補償 n熱電偶產生的熱電勢與兩端溫度有關。熱電偶產生的熱電勢與兩端溫度有關。只有將冷端的溫度恒定，熱電勢才是熱只有將冷端

30、的溫度恒定，熱電勢才是熱端溫度的單值函數。由于熱電偶分度表端溫度的單值函數。由于熱電偶分度表是以冷端溫度為是以冷端溫度為0時作出的，因此在使時作出的，因此在使用時要正確反映熱端溫度，最好設法使用時要正確反映熱端溫度，最好設法使冷端溫度恒為冷端溫度恒為0。 n實際應用中，熱電偶的冷端通常靠近被實際應用中，熱電偶的冷端通常靠近被測對象，且受到周圍環境溫度的影響，測對象，且受到周圍環境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的。其溫度不是恒定不變的。 1冷端恒溫法冷端恒溫法 n（10恒溫法恒溫法 在實驗室及精密測量中，通在實驗室及精密測量中，通常把參考端放入裝滿冰水混合物的容器中，以常把參考端放入裝滿冰水混合

31、物的容器中，以便參考端溫度保持便參考端溫度保持0，這種方法又稱冰浴法。，這種方法又稱冰浴法。n（2其他恒溫法其他恒溫法 將熱電偶的冷端置于各種恒將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內，使之保持恒定溫度，避免由于環境溫溫器內，使之保持恒定溫度，避免由于環境溫度的波動而引入誤差。這類恒溫器可以是盛有度的波動而引入誤差。這類恒溫器可以是盛有變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰性恒溫，變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰性恒溫，也可以是電加熱的恒溫器，這類恒溫器的溫度也可以是電加熱的恒溫器，這類恒溫器的溫度不為不為0，故最后還需對熱電偶進行冷端修正。，故最后還需對熱電偶進行冷端修正。2補償導線法補償導線法 n補償

32、導線的作用是將熱電偶的冷端延長補償導線的作用是將熱電偶的冷端延長到溫度相對穩定的地方。只有當冷端溫到溫度相對穩定的地方。只有當冷端溫度恒定時，產生的熱電勢才與熱端溫度度恒定時，產生的熱電勢才與熱端溫度成單值函數關系。成單值函數關系。 n所謂補償導線，實際上是一對材料化學所謂補償導線，實際上是一對材料化學成分不同的導線，在成分不同的導線，在01 500溫度范溫度范圍內與配接的熱電偶有一致的熱電特性，圍內與配接的熱電偶有一致的熱電特性，價格相對要便宜。價格相對要便宜。 補償導線連接示意圖補償導線連接示意圖 使用補償導線必須注意以下幾個使用補償導線必須注意以下幾個問題。問題。n（1兩根補償導線與兩個

33、熱電極的結點兩根補償導線與兩個熱電極的結點必須具有相同的溫度。必須具有相同的溫度。n（2只能與相應型號的熱電偶配用，而只能與相應型號的熱電偶配用，而且必須滿足工作范圍。且必須滿足工作范圍。n（3極性切勿接反，常用補償導線負極極性切勿接反，常用補償導線負極的顏色均為白色。的顏色均為白色。3計算修正法計算修正法 n兩種方法解決了一個問題，即設法使熱兩種方法解決了一個問題，即設法使熱電偶的冷端溫度恒定。但是，冷端溫度電偶的冷端溫度恒定。但是，冷端溫度并非一定為并非一定為0，所以測出的熱電勢還是，所以測出的熱電勢還是不能正確反映熱端的實際溫度。為此，不能正確反映熱端的實際溫度。為此，必須對溫度進行修正

34、。必須對溫度進行修正。 AB0AB1AB0( ,)( , )( ,)Et tEt tEt t例例3 n用鎳鉻用鎳鉻-鎳硅熱電偶測某一水池內水的溫鎳硅熱電偶測某一水池內水的溫度，測出的熱電動勢為度，測出的熱電動勢為2.436mV。再用。再用溫度計測出環境溫度為溫度計測出環境溫度為30（且恒定），（且恒定），求池水的真實溫度。求池水的真實溫度。 解：解： n由鎳鉻由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出鎳硅熱電偶分度表查出nE(30，0)= 1.203mVn所以所以E(T，0)= E(T，30)+E(30，0)n=2.436mV+1.203mV=3.639mVn查分度表知其對應的實際溫度為查分度表知其對應的實

35、際溫度為T=88，即池水的真實溫度是即池水的真實溫度是88。4電橋補償法電橋補償法 n計算修正法雖然很精確，但不適合連續計算修正法雖然很精確，但不適合連續測溫，為此，有些儀表的測溫線路中帶測溫，為此，有些儀表的測溫線路中帶有補償電橋，利用不平衡電橋產生的電有補償電橋，利用不平衡電橋產生的電勢補償熱電偶因冷端溫度波動引起的熱勢補償熱電偶因冷端溫度波動引起的熱電勢的變化。電勢的變化。 電橋補償電路電橋補償電路 n在橋路設計時，使在橋路設計時，使R1=R2，并且，并且R1、R2的阻值要比橋路中其他的阻值要比橋路中其他電阻大得多。這樣，即電阻大得多。這樣，即使電橋中其他電阻的阻使電橋中其他電阻的阻值發

36、生變化，左右兩橋值發生變化，左右兩橋臂中的電流卻差不多保臂中的電流卻差不多保持不變，從而認為其具持不變，從而認為其具有恒流特性有恒流特性 原理原理n回路輸出電壓回路輸出電壓U為熱電偶的熱電勢為熱電偶的熱電勢E、橋、橋臂電阻臂電阻RCM的壓降的壓降URCM及另一橋臂電及另一橋臂電阻阻R3的壓降的壓降UR3三者的代數和。三者的代數和。nn當熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升當熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升高時，熱電勢將會減小。與此同時，銅高時，熱電勢將會減小。與此同時，銅電阻電阻RCM的阻值將增大，從而使的阻值將增大，從而使URCM增大，由此達到了補償的目的。增大，由此達到了補償的目的。3RCMR

37、UEUU自動補償的條件自動補償的條件 1CMeI Ra t 改進改進nI1為流過的電流，為流過的電流，為銅電阻的溫度系數，為銅電阻的溫度系數，一般取一般取0.0 039 1/；為熱電偶冷端溫；為熱電偶冷端溫度的變化范圍。度的變化范圍。CM11()eRaIt特點特點n熱電偶所產生的熱電勢與溫度之間的關熱電偶所產生的熱電勢與溫度之間的關系是非線性的，每變化系是非線性的，每變化1所產生的毫伏所產生的毫伏數并非都相同，但補償電阻的阻值變化數并非都相同，但補償電阻的阻值變化卻與溫度變化成線性關系。因而，這種卻與溫度變化成線性關系。因而，這種補償方法是近似的。在實際使用時，由補償方法是近似的。在實際使用時

38、，由于熱電偶冷端溫度變化范圍不會太大，于熱電偶冷端溫度變化范圍不會太大，這種補償方法常被采用。這種補償方法常被采用。 5顯示儀表零位調整法顯示儀表零位調整法 n當熱電偶通過補償導線連接顯示儀表時，當熱電偶通過補償導線連接顯示儀表時，如果熱電偶冷端溫度已知且恒定時，可如果熱電偶冷端溫度已知且恒定時，可預先將有零位調整器的顯示儀表的指針預先將有零位調整器的顯示儀表的指針從刻度的初始值調至已知的冷端溫度值從刻度的初始值調至已知的冷端溫度值上，這時顯示儀表的示值即為被測量的上，這時顯示儀表的示值即為被測量的實際值。實際值。 6軟件處理法軟件處理法 n計算機系統，不必全靠硬件進行熱電偶計算機系統，不必全

39、靠硬件進行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應的常數即可。度對應的常數即可。n對于對于T0經常波動的情況，可利用熱敏電經常波動的情況，可利用熱敏電阻或其他傳感器把阻或其他傳感器把T0信號輸入計算機，信號輸入計算機，按照運算公式設計一些程序，便能自動按照運算公式設計一些程序，便能自動修正。修正。5.4熱電偶傳感器的應用實例熱電偶傳感器的應用實例n1工作原理工作原理 n2工業現場利用熱電偶測量爐溫的誤差工業現場利用熱電偶測量爐溫的誤差分析分析 1工作原理工作原理n由毫伏定值器給出設由毫伏定值器給出設定溫度的相應毫伏值，定溫度的相應毫伏值，如熱電偶的熱電勢與如熱電偶的熱電勢與定值器的輸出值有偏定值器的輸出值有偏差，則說明爐溫偏離差，則說明爐溫偏離給定，此偏差經放大給定，此偏差經放大器送入調節器，再經器送入調節器，再經過晶閘管觸發器去推過晶閘管觸發器去推動晶閘管執行器，從動晶閘管執行器，從而調整爐絲的加熱功而調整爐絲的加熱功