熱電偶測量原理及其類型
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熱電偶
無論是工業(yè)生產(chǎn)還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，溫度都是非常普遍且重要的指標。使用不同類型的溫度傳感器（例如熱電偶，熱敏電阻和熱敏電阻）可以實現(xiàn)溫度信號的測量。無錫鉑睿測控儀表有限公司現(xiàn)向您介紹熱電偶測量原理，熱電偶的類型以及熱電偶的選擇。
一、什么是熱電偶？
當兩個不同材料的導體或半導體（通常稱為熱點）在兩端（接點A和B）接合形成回路時，如果兩端的接合點TA≠TB，則溫差會導致回路進入。產(chǎn)生電動勢。如圖1所示，由于該變化而引起的電動勢的變化被稱為熱電效應(yīng)，并且電動勢也被稱為熱功率。熱電勢也稱為熱電對，因為它是由兩種不同的導體材料產(chǎn)生的。從熱電偶的定義中，我們可以看到熱電偶易于測量，因為它們可以將溫度直接轉(zhuǎn)換為電信號。
二、熱電效應(yīng)原理
熱電偶類型：要生成熱電勢與熱電勢，必須滿足以下條件：
1.兩種不同的材料導體或半導體。
2.產(chǎn)生溫差，即TA≠TB。
當TA（也稱為測量端又稱為熱端）的聯(lián)合溫度發(fā)生變化，而TB（稱為參考端又稱為冷端）的聯(lián)合溫度保持恒定的溫度狀態(tài)時，熱電勢與溫度之間的關(guān)系你會得到兩個。由于由兩種材料構(gòu)成的熱電對指數(shù)表的熱電勢是指EAB（TA，TB），因此與兩端接頭溫度差相對應(yīng)的電勢差相關(guān)，并且溫度差相同。但是，相應(yīng)的信號大小是相同的。例如，0-50°C和50-100°C之間的溫差相同，但是信號大小不同。為了準確地測量溫度信號，必須將溫度固定在一端。通常，索引表的TB通常為0。 ℃。因此，從理論上講，任何兩種類型的導體都可以配置為熱電偶，但并非全部都能滿足測量要求，例如溫度測量精度，溫度測量范圍和溫度瞬變。許多熱電材料組合的熱電性能已經(jīng)測試了很多年。經(jīng)過100多年的發(fā)展，產(chǎn)品規(guī)格和性能已實現(xiàn)標準化。當前，共有八種常用的熱電偶：S，R，B，E，T，J，K和N。其中，S，R和B屬于貴金屬材料的熱電偶，E，T，J，K和N屬于低成本金屬材料的熱電偶?？梢栽贗nternet上找到有關(guān)熱電偶類型所選材料的相應(yīng)信息。
不同類型的熱電偶都有自己的******溫度范圍。我們將在以后的選擇中詳細討論。
三、熱電偶測量原理
1.熱電對的四個基本規(guī)則：
均質(zhì)導體定律：當相同均質(zhì)材料的兩端焊接在一起形成閉合回路時，無論導體兩端及其橫截面的溫度如何分布，都不會產(chǎn)生接觸電勢并且溫差電勢是相對的。它們彼此抵消，總電位變?yōu)榱恪?/span>
中間導體法則：將中間導體（第三導體）連接到熱耦合電路時，只要中間導體兩端的溫度相同，中間導體的引入不會影響熱耦合電路的總電勢。
中間溫度定律：熱電偶電路中的兩個觸點（金屬A和金屬B）（溫度為T和T0之間的熱電勢等于溫度T和Tn處的熱電偶的熱電勢與Tn處的溫度的代數(shù)和，其中Tn是中間溫度。
參比電極定律：如果已知由兩個導體和第三個導體組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢，則也知道由這兩個導體組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢。我明白。
通常，在測量由熱電偶產(chǎn)生的熱電勢時，我們基本上會引入第三種材料的導體。例如，當用萬用表測量時，一個簡單的模型如下圖2所示。萬用表是金屬C，導體材料是金屬A和金屬。 B測量接點TA，即金屬A與金屬C之間的接點TB1，金屬B與金屬C之間的接點TB2。此時，可以看出已經(jīng)引入了多個測得的熱電勢EAC和EBC。***終，******需要的熱電勢是金屬。 A和B的測量端的熱電勢EAB。
2、簡單的測量模型
通常，使用下面圖3所示的測量模型。假設(shè)萬用表溫度相同，則萬用表熱電勢EAC相互抵消，而不會影響整個電路。整個電路的熱電勢由金屬A和金屬B組成。產(chǎn)生熱電偶，萬用表測量的電壓為EAB（TA，TB）。這時，TB被稱為外部冷觸點?？梢岳斫猓萌f用表測量的是TA與TB之間的溫差的熱電勢。
3、改進的測量模型
圖3中模型的不當因素是，在實際應(yīng)用中，萬用表兩端的溫度并不總是等溫的。由于電勢差，這導致測量誤差。這繼續(xù)導致了更好的模型，如圖4所示。從金屬C材料的引線中抽出萬用表后，根據(jù)平均導體的定律，無論溫差有多大，萬用表都不會產(chǎn)生熱電勢。此時，您要做的就是確保TC1，TC2和TB的溫度處于相同的恒溫條件下。下面，整個模型測得的熱電勢電壓EAB（TA，TB）是由于TA和TB之間的溫差導致的熱電勢。
4、優(yōu)化模型
根據(jù)中間導體定律，下半連接線可以進一步優(yōu)化，如圖5所示。因此，我們可以看到，下圖中的模型相對于整個系統(tǒng)測得的熱電勢是恒定的，仍然是EAB（TA，TB）。 ）。因此，您要做的就是保持后端連接的金屬材料恒定，并正確測量等溫區(qū)中的溫度TB，以便獲得溫度TA。
5、簡化TC2之后
冷接觸補償：熱電偶的熱電勢為EAB（TA，TB），它是對應(yīng)于兩個接頭之間的溫差的熱電勢，并在指標表中TB = 0°C的情況下進行了測量和校準。您可以看到那里。測量環(huán)境很少達到0°C，但是只要在測量過程中將冷觸點保持在相對穩(wěn)定和恒定的溫度環(huán)境中，就可以校正并返回溫度。根據(jù)中溫定律
接下來，我們可以看到冷接觸對應(yīng)于中間溫度Tn，并且需要通過軟件或硬件校正來校正從中間溫度Tn到0°C的熱電勢En0。到系統(tǒng)。
使用精密熱敏電阻或IC溫度傳感器來測量設(shè)計的冷接觸溫度。通過以下轉(zhuǎn)換可以正確地獲得需要測量的實際溫度TA。此方法是軟件校正。使用軟件校正的好處這與不同類型的熱電偶兼容。
首先，測量Tn并將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于相應(yīng)熱電偶類型的熱電勢En。通過將En與直接測量的熱電勢EAn相加而獲得的EAB是與0°C下測量端子TA的溫度相對應(yīng)的熱電勢。 ，然后搜索EA0以獲得***終溫度值TA。校正的目的是校正冷接觸溫度TB≠0°C的影響。
四、熱電偶的選擇及其在各種工業(yè)控制環(huán)境中的優(yōu)缺點
不同的工業(yè)環(huán)境需要不同的溫度測量范圍和溫度測量精度。以下是對受ITS-90國際溫度標準約束的各種類型熱電偶的電極材料和溫度測量范圍的簡要介紹。
S型：鉑銠10（+），純鉑（-），溫度范圍：-50至1768°C，0.55uV / 0.1°C;
R型：鉑銠13（+），純鉑（-），溫度測量范圍：-50至1768℃，0.55uV / 0.1℃;
B型：鉑銠30（+），鉑銠6（-），溫度測量范圍：0-1820°C，0.25uV / 0.1°C。
K型：鎳鉻（+），鎳硅（-），溫度測量范圍：-270至1372°C，4uV / 0.1°C;
T型：純銅（+），銅鎳（-），溫度測量范圍：-270至400°C，4uV / 0.1°C;
J型：鐵（+），銅鎳（-），溫度測量范圍：-210至1200°C，5uV / 0.1°C;
N型：Ni-Cr-Si（+），Ni-Si（-），溫度測量范圍：-200至1300°C，2.5uV / 0.1°C;
E型：鎳鉻（+），銅鎳（-），溫度測量范圍：-270至1000°C，5.6uV / 0.1°C。
S型具有極好的抗氧化性，適合在氧化惰性氣氛中連續(xù)使用。在所有熱電偶中，S型具有******的精度，通常用作標準熱電偶。
R型和S型具有基本相同的性能，不同之處在于熱電勢相對大于S。
B型在室溫下具有***小的熱電勢，因此通常不需要冷接觸補償，但是在0至250°C的范圍內(nèi)，每10°C的變化僅為1-2 uV，因此測量誤差特別大。我會。 B型熱電偶不用于低溫測量，通常在250-1820°C的溫度下使用。
三種類型的貴金屬熱電偶適用于高溫，高精度工業(yè)環(huán)境，例如塑料成型，高精度模具制造以及化學工業(yè)中使用的催化劑。這些不是常用的熱電偶。
K型具有高抗氧化性，適合在氧化性和惰性氣氛中連續(xù)使用，并且是所有熱電偶中使用***廣泛的。
J型可用于氧化和還原氣氛，耐H2和CO氣體腐蝕，主要用于化學工業(yè)和石油精煉。;
E型具有所有常用熱電偶中******的熱電勢和******的靈敏度，使其適合在氧化性和惰性氣氛中連續(xù)使用。
N型在1300°C或以下的高溫下具有很強的抗氧化性，熱電勢的長期穩(wěn)定性，出色的核抗性和低溫抗性。在某些溫度測量環(huán)境中，它可以代替S型使用。
T型是所有廉價金屬熱電偶中*********的，通常用于300°C以下的測量。
在廉價金屬中，K，J和T通常用于常見零件的溫度升高測試和開關(guān)電源的溫度測試。對于多數(shù)據(jù)測量，K和J熱電偶是主要的。
五、總結(jié)
設(shè)計熱電偶測量電路時，重要的是要考慮冷接點對測量的影響。接下來，作為冷接觸補償，重要的是要考慮實際測量的熱電勢是兩個溫度之間的溫差還是0°C時的溫差。另外，如有必要，請考慮對設(shè)計進行熱電偶類型兼容的測量還是僅接受單個熱電偶測量要求。
當按需選擇熱電偶時，必須注意選擇正確模型所需的度量和測量精度。無錫鉑睿測控儀表有限公司m.alltrendliving.com致力于溫度測控儀表包括熱電偶、熱電阻，雷達液位計、壓力變送器、流量計、溫度儀表、顯示儀表的開發(fā)和研制，是一家專業(yè)生產(chǎn)儀器儀表，以及工程施工配套于一體的綜合性企業(yè)。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、水利、制藥、環(huán)保等行業(yè)。公司堅持“質(zhì)量為本、科技先導、服務(wù)至上”的企業(yè)宗旨，“團結(jié)、進取、務(wù)實、奉獻”的管理理念。在運營中憑借良好的信譽及優(yōu)質(zhì)的服務(wù)與各地區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)廠商建立了長期穩(wěn)定的商業(yè)貿(mào)易伙伴關(guān)系，確保產(chǎn)品在儀表行業(yè)內(nèi)的良好信譽，為儀器儀表行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、上乘的服務(wù)。 *本站部分信息來源于網(wǎng)絡(luò),僅供個人研究、交流學習使用 如有侵權(quán)請告知刪除。
