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温度测量在工业中是非常重要的。在化工和环保领域大多采用温度传感器来控制。由于价格低而经常优先选择热电偶。 本文提出的问题是：它是怎样工作的？为什么模拟电压表显示为零？补偿电缆和冷端补偿箱具有哪个功能？热电偶可以直接连接一个标准数字万用表吗？能避免哪些错误？以下来回答这些问题。 历史回顾 世界上勒?夏特利埃第一个在1887年使用热电偶进行温度测量。它采用铂—铂铑(Pt—PtRh)合金制成，非常适于精确测量温度0到1300℃。 热电效应：物理解释 在每个金属中，当电子对于原子核结合力低时，电子在金属内可以自由运动。作为好的导体的金属平均提供一个电子来运送电荷。这就意味着运送电荷的电子数目与原子的平均数相同。对每种金属单位大小的原子密度不同，因此自由电子的浓度必然不同。在金属中对于热平衡，也就是说每个地方的温度是一样的，负电荷，电子均匀分布。如果温度不同，T1>T2,这时电子从热的地方向冷的地方扩散。这一行为与气体相似，因此可以用电子气体来表达。气体热胀冷缩。(图1)像气体一样，电子均匀填充得到的空间。
原理上可以测量接触电压。然而，一连接电压表，在不同金属的接点上，就会产生额外的接触电压。这些可以用热电偶来补偿接触电压。稍后可以用电路版本1来证明。 专业研发、生产、销售:测漏机,检漏机,试漏机,测漏仪,塑料瓶装袋机,垫片冲裁入盖机,客服热线：13929416960. 这一规则包含：只要所有部件的温度相同，由热产生的闭合电路电压的代数和为零。温度不同，才会引起由热产生的电压。 热电偶温度范围： 热电偶允许测量实际相关的温度，范围从-270℃(金铁-镍铬)到+2800℃(钨铼3-钨铼25)由非金属材料制成的热电偶允许测量更高的温度。 德国惠美公司的HM8112-3台式万用表利用热电偶，铂传感器和热敏电阻器可以测量温度，如下图：
热电动势电压刻度可以决定不同金属组合产生的接触电压。为了识别未知金属，通常热电偶前端采用铂金属，后端为被测金属。结合点温度100℃，冷端温度0℃，测量的热电动势电压决定被测金属类型。热电动势刻度给出的Kxp值就是那些组合金属的类型，它是用铂金以mV/100K来表示温度范围。实际上由于价格的原因很少采用铂金，组合金属A和B的电压Kab有以下关系： Kab=Kap-Kbp
表1.在结合处0°C和100°C之间，热电动势刻度给出的温度差别 铁-康铜：Kkonst-Kfe=-3.47-1.87=5.34mV/100K.(根据DIN标准应当为5.5mV/100K) 热电压Vt=Kt(Tm-Tc) 这里Kt:金属热电动势常数 Tm:测量点温度 Tc:参考接合点温度 例子： 铜-康铜热电偶灵敏度0.05mV/K,热电压16mV,如果参考接合点温度为0℃，那么测量点的温度Tm为： Tm-Tc=Vt/Kt Tm-Tc=16mV/0.05mV/K=320K Tc=0℃ Tm=320℃ 热电偶类型和区分方法 用识别符号来区分热电偶，例如“类型J”, “类型K”.表2列出根据标准DIN IEC 584的热电偶类型：
表2.热电偶类型 实际上如以上提及的很难准确选择热电偶的类型。当选择一个热电偶时，需要考虑很多参数(测量点温度，环境温度，湿度，电磁场等)。Condustrie 公司-MET AG(CH8260 Wetzikon,瑞士)专业设计和制造温度传感器。 补偿电缆 补偿电缆比热电偶(特别是铂和铼)便宜，它们具有灵活性和低阻性。当需要长距离测量时优先考虑补偿电缆。
标准电路，参考点和补偿箱
德国惠美公司的HM8112-3数字万用表用热电偶，铂传感器和热敏电阻器来测量温度。 第二种连接方法如图5.
热电偶优点： ● 经济实惠 ● 长期稳定 ● 小和低热电容 ● 快速 ● 有源传感器 ● 大温度范围(0到2800℃) ● 坚固耐用 热电偶缺点： ● 由于热电偶由不相同的一对金属构成，必须当心闭合电路中不期望的热电偶。 ● 产生的电压非常小，为了识别0.1度的分辨率，需要很低漂移的放大器。 ● 根据介质类型，必须补偿总非线性。 ● 信号非常低，例如7到75μV/度 ● 参考点必须保持恒定已知温度或者输出必须校正。 实际中经常碰到的错误： 热电偶是两种不同金属焊接在一起。坏的焊接点将导致测量误差。急剧弯曲将断开接合点或短路。另一种错误是极性错误。 检测和维修故障： 如果测量接合点发热而电压表仍显示零，很可能电路中有断路。用欧姆表可以找到坏的焊接点。电阻值超过1K表明故障所在。电路中任何短路并不意味着输出为零。相反，一个新的热电偶在短路点将产生错误结果。这可以用加热测量点来验证：如果电压不变或不明显，极有可能某处存在短路。 如果热电偶极性连接错误，将不会引起例如-150度而是+150度！根据测量仪器类型不同，可显示任意值。测试方法相同：加热测量点，如果温度升高电压下降，表明极性错误。 所谓扩散错误是由周围环境粒子扩散到接合点引起的。大多是由施加于热电偶的强机械压力(例如弯曲和振动)或高温(>1000℃)造成的。这样的坏热电偶被称为中毒。当温度指示仍然正确时，这种错误很难检测。当测量值慢速漂移时出现扩散错误。替代中毒热电偶时最好也替代所有的补偿电缆，连接器等。 证明：闭合电路热电压总和为零： 进一步说明当电路由不同金属组成时，温度不同将产生热电压。 证明： 所有电压总和M： -V1+V2+V3=0,因此: V1=V2+V3 V1(铁-康铜)：KFe-CuNi=KFe-KCuNi： 1.87-(-3.47)=5.34mV/100K V2(铜-康铜)：KCu-CuNi=KCu-KCuNi： 0.72-(-3.47)=4.19mV/100K V3(铁-铜)：KFe-Cu=KFe-KCu： 1.87-(0.72)=1.15mV/100K 因此V1=V2+V3： 5.34mV/100K=4.19mV/100K+1.15mV/100K 计算证明电压表直接连接热电偶电压测量值为零，电路所有部件温度相同。只有测量和参考接合点温度不同，才能产生热电压。(end) |
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