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(biāo)。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(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的測(cè)量。無錫鉑睿測(cè)控儀表有限公司現(xiàn)向您介紹熱電偶測(cè)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(dāng)兩個(gè)不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體（通常稱為熱點(diǎn)）在兩端（接點(diǎn)A和B）接合形成回路時(shí)，如果兩端的接合點(diǎn)TA≠TB，則溫差會(huì)導(dǎo)致回路進(jìn)入。產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示，由于該變化而引起的電動(dòng)勢(shì)的變化被稱為熱電效應(yīng)，并且電動(dòng)勢(shì)也被稱為熱功率。熱電勢(shì)也稱為熱電對(duì)，因?yàn)樗怯蓛煞N不同的導(dǎo)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(cè)量，因?yàn)樗鼈兛梢詫囟戎苯愚D(zhuǎn)換為電信號(hào)。
二、熱電效應(yīng)原理
熱電偶類型：要生成熱電勢(shì)與熱電勢(shì)，必須滿足以下條件：
1.兩種不同的材料導(dǎo)體或半導(dǎo)體。
2.產(chǎn)生溫差，即TA≠TB。
當(dāng)TA（也稱為測(cè)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(shí)，熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系你會(huì)得到兩個(gè)。由于由兩種材料構(gòu)成的熱電對(duì)指數(shù)表的熱電勢(shì)是指EAB（TA，TB），因此與兩端接頭溫度差相對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差相關(guān)，并且溫度差相同。但是，相應(yīng)的信號(hào)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(hào)大小不同。為了準(zhǔn)確地測(cè)量溫度信號(hào)，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(dǎo)體都可以配置為熱電偶，但并非全部都能滿足測(cè)量要求，例如溫度測(cè)量精度，溫度測(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)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。可以在Internet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(xì)討論。
三、熱電偶測(cè)量原理
1.熱電對(duì)的四個(gè)基本規(guī)則：
均質(zhì)導(dǎo)體定律：當(dāng)相同均質(zhì)材料的兩端焊接在一起形成閉合回路時(shí)，無論導(dǎo)體兩端及其橫截面的溫度如何分布，都不會(huì)產(chǎn)生接觸電勢(shì)并且溫差電勢(shì)是相對(duì)的。它們彼此抵消，總電位變?yōu)榱恪?/span>
中間導(dǎo)體法則：將中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體）連接到熱耦合電路時(shí)，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，中間導(dǎo)體的引入不會(huì)影響熱耦合電路的總電勢(shì)。
中間溫度定律：熱電偶電路中的兩個(gè)觸點(diǎn)（金屬A和金屬B）（溫度為T和T0之間的熱電勢(shì)等于溫度T和Tn處的熱電偶的熱電勢(shì)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(gè)導(dǎo)體和第三個(gè)導(dǎo)體組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，則也知道由這兩個(gè)導(dǎo)體組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)。我明白。
通常，在測(cè)量由熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)時(shí)，我們基本上會(huì)引入第三種材料的導(dǎo)體。例如，當(dāng)用萬用表測(cè)量時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單的模型如下圖2所示。萬用表是金屬C，導(dǎo)體材料是金屬A和金屬。 B測(cè)量接點(diǎn)TA，即金屬A與金屬C之間的接點(diǎn)TB1，金屬B與金屬C之間的接點(diǎn)TB2。此時(shí)，可以看出已經(jīng)引入了多個(gè)測(cè)得的熱電勢(shì)EAC和EBC。最終，需要的熱電勢(shì)是金屬。 A和B的測(cè)量端的熱電勢(shì)EAB。
2、簡(jiǎn)單的測(cè)量模型
通常，使用下面圖3所示的測(cè)量模型。假設(shè)萬用表溫度相同，則萬用表熱電勢(shì)EAC相互抵消，而不會(huì)影響整個(gè)電路。整個(gè)電路的熱電勢(shì)由金屬A和金屬B組成。產(chǎn)生熱電偶，萬用表測(cè)量的電壓為EAB（TA，TB）。這時(shí)，TB被稱為外部冷觸點(diǎn)?？梢岳斫?，用萬用表測(cè)量的是TA與TB之間的溫差的熱電勢(shì)。
3、改進(jìn)的測(cè)量模型
圖3中模型的不當(dāng)因素是，在實(shí)際應(yīng)用中，萬用表兩端的溫度并不總是等溫的。由于電勢(shì)差，這導(dǎo)致測(cè)量誤差。這繼續(xù)導(dǎo)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(dǎo)體的定律，無論溫差有多大，萬用表都不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。此時(shí)，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(gè)模型測(cè)得的熱電勢(shì)電壓EAB（TA，TB）是由于TA和TB之間的溫差導(dǎo)致的熱電勢(shì)。
4、優(yōu)化模型
根據(jù)中間導(dǎo)體定律，下半連接線可以進(jìn)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(duì)于整個(gè)系統(tǒng)測(cè)得的熱電勢(shì)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(cè)量等溫區(qū)中的溫度TB，以便獲得溫度TA。
5、簡(jiǎn)化TC2之后
冷接觸補(bǔ)償：熱電偶的熱電勢(shì)為EAB（TA，TB），它是對(duì)應(yīng)于兩個(gè)接頭之間的溫差的熱電勢(shì)，并在指標(biāo)表中TB = 0°C的情況下進(jìn)行了測(cè)量和校準(zhǔn)。您可以看到那里。測(cè)量環(huán)境很少達(dá)到0°C，但是只要在測(cè)量過程中將冷觸點(diǎn)保持在相對(duì)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(duì)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(shì)En0。到系統(tǒng)。
使用精密熱敏電阻或IC溫度傳感器來測(cè)量設(shè)計(jì)的冷接觸溫度。通過以下轉(zhuǎn)換可以正確地獲得需要測(cè)量的實(shí)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(cè)量Tn并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于相應(yīng)熱電偶類型的熱電勢(shì)En。通過將En與直接測(cè)量的熱電勢(shì)EAn相加而獲得的EAB是與0°C下測(cè)量端子TA的溫度相對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)。 ，然后搜索EA0以獲得最終溫度值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(diǎn)
不同的工業(yè)環(huán)境需要不同的溫度測(cè)量范圍和溫度測(cè)量精度。以下是對(duì)受ITS-90國(guó)際溫度標(biāo)準(zhǔn)約束的各種類型熱電偶的電極材料和溫度測(cè)量范圍的簡(jiǎn)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(cè)量范圍：-50至1768℃，0.55uV / 0.1℃;
B型：鉑銠30（+），鉑銠6（-），溫度測(cè)量范圍：0-1820°C，0.25uV / 0.1°C。
K型：鎳鉻（+），鎳硅（-），溫度測(cè)量范圍：-270至1372°C，4uV / 0.1°C;
T型：純銅（+），銅鎳（-），溫度測(cè)量范圍：-270至400°C，4uV / 0.1°C;
J型：鐵（+），銅鎳（-），溫度測(cè)量范圍：-210至1200°C，5uV / 0.1°C;
N型：Ni-Cr-Si（+），Ni-Si（-），溫度測(cè)量范圍：-200至1300°C，2.5uV / 0.1°C;
E型：鎳鉻（+），銅鎳（-），溫度測(cè)量范圍：-270至1000°C，5.6uV / 0.1°C。
S型具有的抗氧化性，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(biāo)準(zhǔn)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(shì)相對(duì)大于S。
B型在室溫下具有最小的熱電勢(shì)，因此通常不需要冷接觸補(bǔ)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(cè)量誤差特別大。我會(huì)。 B型熱電偶不用于低溫測(cè)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(xué)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(xué)工業(yè)和石油精煉。;
E型具有所有常用熱電偶中的熱電勢(shì)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(qiáng)的抗氧化性，熱電勢(shì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，出色的核抗性和低溫抗性。在某些溫度測(cè)量環(huán)境中，它可以代替S型使用。
T型是所有廉價(jià)金屬熱電偶中確的，通常用于300°C以下的測(cè)量。
在廉價(jià)金屬中，K，J和T通常用于常見零件的溫度升高測(cè)試和開關(guān)電源的溫度測(cè)試。對(duì)于多數(shù)據(jù)測(cè)量，K和J熱電偶是主要的。
五、總結(jié)
設(shè)計(jì)熱電偶測(cè)量電路時(shí)，重要的是要考慮冷接點(diǎn)對(duì)測(cè)量的影響。接下來，作為冷接觸補(bǔ)償，重要的是要考慮實(shí)際測(cè)量的熱電勢(shì)是兩個(gè)溫度之間的溫差還是0°C時(shí)的溫差。另外，如有必要，請(qǐng)考慮對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行熱電偶類型兼容的測(cè)量還是僅接受單個(gè)熱電偶測(cè)量要求。
當(dāng)按需選擇熱電偶時(shí)，必須注意選擇正確模型所需的度量和測(cè)量精度。無錫鉑睿測(cè)控儀表有限公司致力于溫度測(cè)控儀表包括熱電偶、熱電阻，雷達(dá)液位計(jì)、壓力變送器、流量計(jì)、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(jiān)持“質(zhì)量為本、科技先導(dǎo)、服務(wù)至上”的企業(yè)宗旨，“團(tuán)結(jié)、進(jìn)取、務(wù)實(shí)、奉獻(xiàn)”的管理理念。在運(yùn)營(yíng)中憑借良好的信譽(yù)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(zhǎng)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(yù)，為儀器儀表行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、上乘的服務(wù)。
儀表網(wǎng)手機(jī)版
儀表網(wǎng)小程序
公眾號(hào).jpg)
公眾號(hào)：ybzhan
掃碼關(guān)注視頻號(hào)
采購中心
手機(jī)版
官方微信
