【正文】 1℃ 時所產(chǎn)生的溫差電動勢，例如在 0℃ 時，銅的 σ =2μV/℃ 。 根據(jù)電磁場理論得 結(jié)論 (4點(diǎn) )： EAB(T,T0)=EAB(T )EAB(T0 )=f(T )C=g(T ) 由于 NA、 NB是溫度的單值函數(shù) dTNNekTTE TT BAAB ??0ln),( 0在工程應(yīng)用中，常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢的關(guān)系并做成表格，以供備查。 導(dǎo)體材料確定后 ， 熱電勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān) 。 只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同 ,熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時才能有熱電勢產(chǎn)生。 只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體 (或半導(dǎo)體 )才能組合成熱電偶；相同材料不會產(chǎn)生熱電勢，因?yàn)楫?dāng) A、 B兩種導(dǎo)體是同一種材料時， ln(NA/NB)=0，也即EAB(T， T0)=0。 其熱電勢為 E= EAB（ T1） + EBC（ T2） +… +ENA（ Tn） 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路 ， 不論其導(dǎo)體是否存在溫度梯度 ， 回路中沒有電流 (即不產(chǎn)生電動勢 )；反之 ， 如果有電流流動 ， 此材料則一定是非均質(zhì)的 ， 即熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極 。 如圖，由 A、 B、 C三種材料組成的閉合回路，則 兩點(diǎn)結(jié)論： l） 將第三種材料 C接入由 A、 B組成的熱電偶回路 ， 如圖 ， 則圖 a中的 A、 C接點(diǎn) 2與 C、 A的接點(diǎn) 3， 均處于相同溫度 T0之中 ， 此回路的總電勢不變 ， 即 同理 ， 圖 b中 C、 A接點(diǎn) 2與 C、 B的接點(diǎn) 3， 同處于溫度 T0之中 ， 此回路的電勢也為： T2 T1 A a B C 2 3 EAB a A T0 2 3 A B EAB T1 T2 C T0 EAB（ T1, T2） =EAB（ T1） EAB（ T2） (a) (b) T0 T0 EAB(T1,T2)=EAB(T1)EAB（ T2） 第三種材料接入熱電偶回路圖 E T0 T0 T E T0 T1 T1 T 根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計 E，只要保證電位計與連接熱電偶處的接點(diǎn)溫度相等，就不會影響回路中原來的熱電勢，接入的方式見下圖所示。如當(dāng) T2=0℃ 時，則： 只要 T T0不變，接入 AˊBˊ后不管接點(diǎn)溫度 T2如何變化，都不影響總熱電勢。 EAB=EAB(T1)–EAB(T0) 說明：當(dāng)在原來熱電偶回路中分別引入與導(dǎo)體材料 A、B同樣熱電特性的材料 A′、 B′(如圖 )即引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線時，當(dāng) EAA?(T2)=EBB?(T2)，則回路總電動勢為 熱電偶材料應(yīng)滿足： ? 物理性能穩(wěn)定 ， 熱電特性不隨時間改變； ? 化學(xué)性能穩(wěn)定 ， 以保證在不同介質(zhì)中測量時不被腐蝕； ? 熱電勢高 ， 導(dǎo)電率高 ， 且電阻溫度系數(shù)??； ? 便于制造； ? 復(fù)現(xiàn)性好 ， 便于成批生產(chǎn) 。 正極：鉑銠合金絲 ,用 90％ 鉑和 10％ 銠 (重量比 )冶煉而成 。 測量溫度：長期： 1300℃ 、 短期： 1600℃ 。 用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶 。 ? 在高溫還原性氣體中 （ 如氣體中含 Co、 H2等 ） 易被侵 蝕 ， 需要用保護(hù)套管 。 ? 熱電勢較弱 。 正極：鎳鉻合金 (用 ～ ％ 鎳 、 9～ 10％ 鉻 ， ％硅 ， ％ 錳 ， ～ ％ 鈷冶煉而成 )。 測量溫度：長期 1000℃ ， 短期 1300℃ 。 ? 高溫下抗氧化能力強(qiáng) ， 在還原性氣體和含有 SO2， H2S等氣體中易被侵蝕 。 3． 鎳鉻 —考銅熱電偶 (E型 ) 分度號為 EA—2 工業(yè)用熱電偶絲 :～ 2mm， 實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些 。 測量溫度：長期 600℃ ， 短期 800℃ 。 ? 在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢最大 ?？笺~易氧化變 質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。 負(fù)極：鉑銠合金 （ 用 94％ 鉑 ， 6％ 銠冶煉而成 ） 。 特點(diǎn)： ? 材料性能穩(wěn)定 ， 測量精度高 。 ? 低溫?zé)犭妱輼O小 ， 冷端溫度在 50℃ 以下可不加補(bǔ)償 。 幾種持殊用途的熱電偶 （ 1） 銥和銥合金熱電偶 如銥 50銠 —銥 10釕熱電偶它能在氧化氣氛中測量高達(dá) 2100℃ 的高溫 。 國產(chǎn)鎢錸 鎢錸 20熱電偶使用溫度范圍 300～ 2022℃ 分度精度為 1％ 。 （ 4） 鈀 — 鉑銥 15熱電偶 是一種高輸出性能的熱電偶 ， 在 1398℃ 時的熱電勢為 ， 比鉑 —鉑銠 10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢高出 3倍 ， 因而可配用靈敏度較低的指示儀表 ， 常應(yīng)用于航空工業(yè) 。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價格便宜。 （ 5）鐵 — 康銅熱電偶，分度號 TK 靈敏度高，約為 53μV/℃ ，線性度好，價格便宜，可在 800℃ 以下的還原介質(zhì)中使用。 （ 二 ） 常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類型 1． 工業(yè)用熱電偶 下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)驗(yàn)室用時，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。 測溫范圍在 1100℃ 以下的有：鎳鉻 —鎳硅 、 鎳鉻 —考銅鎧裝式熱電偶 。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。 圖 鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖 1— 金屬套管 。 3—熱電極 (a)—碰底型 。 (c)—露頭型 。如圖，其熱接點(diǎn)極薄 (～ ) 4 1 2 3 快速反應(yīng)薄膜熱電偶 1—熱電極 。 3—絕緣基板 。安裝時 ,用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測物體壁面上。絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測溫范圍在 300℃ 以下；反應(yīng)時間僅為幾 ms。它是用直徑為～ 10一鉑銠 30熱電偶裝在 U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。 1 4 2 3 5 6 7 8 9 11 10 快速消耗微型 1—剛帽； 2—石英； 3—紙環(huán)； 4—絕熱泥； 5—冷端； 6—棉花； 7—絕緣紙管； 8—補(bǔ)償導(dǎo)線； 9—套管； 10—塑料插座； 11—簧片與引出線 方法 ? 冰點(diǎn)槽法 ? 計算修正法 ? 補(bǔ)正系數(shù)法 ? 零點(diǎn)遷移法 ? 冷端補(bǔ)償器法 ? 軟件處理法 四 、 冷端處理及補(bǔ)償 原因 ?熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定； ?熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度 0℃ 為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用 。 mV A B A’ B’ T C C’ 儀表 銅導(dǎo)線 試管 補(bǔ)償導(dǎo)線 熱電偶 冰點(diǎn)槽 冰水溶液 四 、 冷端處理及補(bǔ)償 T0 2. 計算修正法 用普通室溫計算出參比端實(shí)際溫度 TH， 利用公式計算 例 用銅 康銅熱電偶測某一溫度 T， 參比端在室溫環(huán)境TH中 ， 測得熱電動勢 EAB(T， TH)=， 又用室溫計測出 TH=21℃ , 查此種熱電偶的分度表可知 ，EAB(21,0)=， 故得 EAB(T， 0)=EAB(T， 21)+EAB(21， T0) =+ =(mV) 再次查分度表 ， 與 T=68℃ 。 EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0) 3. 補(bǔ)正系數(shù)法 把參比端實(shí)際溫度 TH乘上系數(shù) k， 加到由 EAB(T， TH)查分度表所得的溫度上 ， 成為被測溫度 T。 例 用鉑銠 10－鉑熱電偶測溫 ， 已知冷端溫度 TH=35℃ ，這時熱電動勢為 ． 查 S型熱電偶的分度表 ， 得出與此相應(yīng)的溫度 T′=1150℃ 。 于是 ， 被測溫度 T=1150+ 35=（ ℃ ） 用這種辦法稍稍簡單一些，比計算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于 ％。/℃ 補(bǔ)正系數(shù) k 鉑銠 10鉑 (S) 鎳鉻 鎳硅（ K） 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 — 1300 — 1400 — 1500 — 1600 — 熱電偶補(bǔ)正系數(shù) 例 用動圈儀表配合熱電偶測溫時 ， 如果把儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫 TH的刻度上 ,在熱電動勢為零時 ， 指針指示的溫度值并不是 0℃ 而是 TH。 這種辦法非常簡便 ， 而且一勞永逸 ， 只要冷端溫度總保持在 TH不變 ，指示值就永遠(yuǎn)正確 。 實(shí)質(zhì)： 在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值 ，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動勢 EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn) 的辦法，加大某個適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 不平衡電橋由 R R R3(錳銅絲繞制 )、 RCu(銅絲繞制 )四個橋臂和橋路電源組成 。 冷端補(bǔ)償器的作用 注意：橋臂 RCu必須和熱電偶的冷端靠近 ， 使處于同一溫度之下 。 注意 ， 不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器 ， 其中的限流電阻 R不一樣 ， 互換時必須重新調(diào)整 。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度對應(yīng)的常數(shù)即可。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動勢之外還應(yīng)該有冷端溫度信號，如果多個熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個冷端溫度傳感器和一個修正T0的輸入通道就可以了。 1. 熱電偶的選擇 、 安裝使用 熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測介質(zhì)的溫度 、 壓力 、 介質(zhì)性質(zhì) 、 測溫時間長短來選擇 熱電偶和保護(hù)套管 。 在工業(yè)生產(chǎn)中 ， 熱電偶常與毫伏計連用 （ XCZ型動圈式儀表 ） 或與電子電位差計聯(lián)用 ， 后者精度較高 ， 且能自動記錄 。 五、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn) 熱電偶 分度號 校驗(yàn)溫度 /℃ 熱電偶允許偏差 /℃ 溫度 偏差 溫度 偏 差 LB–3 600， 800， 1000， 1200 0～ 600 177。 % EU–2 400， 600， 800， 100 0～ 400 177。 % EA–2 300， 400， 600 0～ 300 177。 1% 2. 熱電偶的定期校驗(yàn) 校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對比 ， 誤差超過規(guī)定允許值為不合格 。 工業(yè)熱電偶的允許偏差 ， 見下表 。 在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有 熱電偶 、 熱電阻 （ 如鉑 、 銅電阻溫度計等 ） 和 熱敏電阻 。 主要講述熱敏電阻的特點(diǎn) 、 分類 ， 基本參數(shù) ， 主要特性和應(yīng)用等 。 電阻溫度系數(shù)的絕對值比金屬大10～ 100倍左右 。 目前 ， 最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為 。 一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類 4．穩(wěn)定性好 商品化產(chǎn)品已有 30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)。相比之下，優(yōu)于其它各種溫度傳感器。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。 按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為： 1． 正溫度系數(shù)熱敏電阻器 （ PTC） 電阻值隨溫度升高而增大的電阻器 ， 簡稱 PTC熱敏阻器 。 2． 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器 （ NTC） 電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器簡稱 NTC熱敏電阻器 。 3． 突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器 （ CTR 該類電阻器的電阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低 3～ 4個數(shù)量級 ， 即具有很大 負(fù)溫度系數(shù) 。 （二）熱敏電阻的分類 熱敏電阻材料的分類 （ 1） 大分類 小分類 代表例子 NTC 單晶 金剛石、 Ge、 Si 金剛石熱敏電阻 多晶 遷移金屬氧化物復(fù)合燒結(jié)體 、無缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體 、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系 Mn、 Co、 Ni、 Cu、 Al氧化物燒結(jié)體 、 ZrY氧化物燒結(jié)體 、 還原性 TiO Ge、 Si Ba、 Co、 Ni氧化物 濺射 SiC薄膜 玻璃 Ge 、 Fe、 V等氧化物 硫硒碲化合物 玻璃 V、 P、