热电偶的小知识

2022-10-27 10:06:01 admin

1.什么是热电偶

        热电偶是由两种不同的金属线在先端结合构成的温度传感器。它利用了金属线两端有温度差时就会产生微弱电压(热电动势)的原理。热电动势与金属线的粗细和形状无关。热电偶容易制作被广泛用于工业等领域。
例:

        热电偶的工作原理是塞贝克效应,1821年由德国物理学者Thomas Johann Seebeck发现。

2.热电偶的3个基本定律

        均质回路定律,中间金属定律和中间温度定律。
2.1均质回路定律
        均质回路定律简单地说就是同一根金属线(均质金属),无法像热电偶那样产生热电动势。同种金属不能构成热电偶。

2.2中间金属定律
        中间金属定律是在热电偶之间插入异种金属的定律。当热电偶之间插入异种金属时,在其两端如果没有温度差,温度测量不会受到影响。 如果存在温度差,则会导致测量误差。

2.3中间温度定律
        中间温度定律如图所示,T1-T2之间的热电动势E1和T2-T3之间的热电动势E2之和等于T1-T3之间的热电动势E3。

3.主要的热电偶类型

        在查看设备目录(温度控制器、温度计、记录器等)时会看到在温度输入类型栏中记载K,J,T,E,R,S,B等符号。这些符号由标准化机构制定,比如日本工业标准 (JIS) 和国际电工委员会 (IEC) 等。
那么在使用时应该如何选择这些热电偶呢?下表归纳了选择热电偶的一般准则。

 类   型  特    点
K热电动势的直线性好,广泛用于工业中
在1000℃以下具有优良的抗氧化性,但不适合用于还原性环境
J+侧金属使用铁,具有优异的抗还原性,但不适合用于氧化性环境  
T适和用于低温测量,+侧金属使用铜,不适合用于高温氧化性环境  
E具有优异的抗氧化性,但不适合用于还原性环境
NK型热电偶的改良型,非常适合用于高温
R-侧金属使用贵金属铂,适合用于高温
热电动势小,不适合用于低温
不适合用于产生氢气或金属蒸气的地方
S-侧金属使用贵金属铂,适合用于高温
热电动势小,不适合用于低温。
不适合用在产生氢气或金属蒸气的地方
B使用贵金属的热电偶,适合用于测量1000℃以上的高温
热电动势极小,无法测量600℃以下温度

4.什么是热电偶补偿导线

        热电偶通常用补偿导线与温控仪表连接。因为热电偶线成本高而且硬度大等不容易布线。从中间温度定律可以知道,热电偶的端子和温控仪表的端子之间有温度差的话,热电动势会产生测量误差,需要补正。补偿导线能起到补偿作用。

        左图表示热电偶接线盒(40°C)通过补偿导线和温控仪表的连接例。热电偶产生60°C(100°C-40°C)的热电动势,补偿导线产生15°C(40°C-25°C)的热电动势。温控仪表的端子温度由温控仪表内置的温度传感器测量和补偿。

5.热电偶冷接点的温度补偿不可缺少

        使用热电偶的温控仪表都有一个用于补偿冷接点温度的回路。这是因为热电偶的热电动势采用0°C作为基准温度的原因。测量点与温控仪表端子(冷接点)之间的温度差产生热电动势。这个热电动势用温控仪表可以测量得到。如果知道冷接点的热电动势就可以计算出测量点的温度。否则就不能计算出测量点的温度。所谓冷接点温度补偿就是为了实现准确的温度测量,对温控仪表的端子的热电动势进行的补偿。

6.热电偶的等级和公差

构成材料
符号

旧符号

(参考)

测量温度

等级

公差

K

(CA)

-40℃以上 375℃未满

等级1
(旧0.4级)

±1.5℃

375℃以上1000℃未满

测量温度的±0.4%

-40℃以上 333℃未満

等级2
(旧0.75级)

±2.5℃

333℃以上1200℃未満

测量温度的±0.75%

-167℃以上  40℃未満

等级3
(旧1.5级)

±2.5℃

-200℃以上 -167℃未満

测量温度的±1.5%

J

(IC)

-40℃以上 375℃未満

等级1
(旧0.4级)

±1.5℃

375℃以上 750℃未満

测量温度的±0.4%

-40℃以上 333℃未満

等级2
(旧0.75级)

±2.5℃

333℃以上 750℃未満

测量温度的±0.75%

T

(CC)

-40℃以上 125℃未満

等级1
(旧0.4级)

±0.5℃

125℃以上 350℃未満

测量温度的±0.4%

-40℃以上 133℃未満

等级2
(旧0.75级)

±1.0℃

133℃以上 350℃未満

测量温度的±0.75%

-67℃以上 40℃未満

等级3
(旧1.5级)

±1.0℃

-200℃以上 -67℃未満

测量温度的±1.5%

E

(CRC)

-40℃以上 375℃未満

等级1
(旧0.4级)

±1.5℃

375℃以上 800℃未満

测量温度的±0.4%

-40℃以上 333℃未満

等级2
(旧0.75级)

±2.5℃

333℃以上 900℃未満

测量温度的±0.75%

-167℃以上  40℃未満

等级3
(旧1.5级)

±2.5℃

-200℃以上 -167℃未満

测量温度的±1.5%

N

-40℃以上+375℃未満

等级1

±1.5℃

375℃以上1000℃未満

测量温度的±0.4%

-40℃以上 333℃未満

等级2

±2.5℃

333℃以上1200℃未満

测量温度的±0.75%

-167℃以上  40℃未満

等级3

±2.5℃

-200℃以上 -167℃未満

测量温度的±1.5%

R,S

0℃以上1100℃未満

等级1

±1.0℃

0℃以上 600℃未満

等级2

±1.5℃

600℃以上1600℃未満

测量温度的±0.25%

B

600℃以上1700℃未満

等级2

测量温度的±0.25%

600℃以上 800℃未満

等级3

±4.0℃

800℃以上1700℃未満

测量温度的±0.5%


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2022.10.27

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