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Technical articles意大利ELSI 熱電偶的工作原理是什么呢
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熱電偶工作原理:
兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。
熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的,其中,直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測(cè)量端),另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端); 冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。
熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度,對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì),應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù);
(2)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小,當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí),與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);
(3)當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢(shì)的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。
K型熱電偶作為一種溫度傳感器,K型熱電偶通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。
K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2mm~4.0mm。
正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr=90:10,負(fù)極(KN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si=97:3,其使用溫度為-200℃~1300℃。
K型熱電偶具有線性度好,熱電動(dòng)勢(shì)較大,靈敏度高,穩(wěn)定性和均勻性較好,抗氧化性能強(qiáng),價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。
K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用于弱氧化氣氛。
檢出(測(cè)溫)元件熱電偶是工業(yè)上常用的溫度檢測(cè)元件之一。必須配二次儀表,其優(yōu)點(diǎn)是:
①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。
②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測(cè)量,某些特殊熱電低可測(cè)到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。
③構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護(hù)套管,用起來(lái)非常方便。
2根據(jù)溫度測(cè)量范圍及精度,選用相應(yīng)分度號(hào)的熱電偶
使用溫度在1300~1800℃,要求精度又比較高時(shí),一般選用B型熱電偶;要求精度不高,氣氛又允許可用鎢錸熱電偶,高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶。
在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶,低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負(fù)溫測(cè)量一般用T型電偶,在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí),只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測(cè)溫時(shí),可接入測(cè)量?jī)x表,測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后,即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。
熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端(測(cè)量端為熱端,通過(guò)引線與測(cè)量電路連接的端稱為冷端)的溫度保持不變,其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí),冷端的(環(huán)境)溫度變化,將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。
在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測(cè)量?jī)x表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線。
熱電偶的技術(shù)優(yōu)勢(shì):熱電偶測(cè)溫范圍寬,性能比擬穩(wěn)定;丈量精度高,熱電偶與被測(cè)對(duì)象直接接觸,不受中間介質(zhì)的影響;熱響應(yīng)時(shí)間快,熱電偶對(duì)溫度變化反響靈活;丈量范圍 大,熱電偶從-40~+ 1600℃ 均可連續(xù)測(cè)溫;熱電偶性能牢靠, 機(jī)械強(qiáng)度好。運(yùn)用壽命長(zhǎng),裝置便當(dāng)。
電偶必需是由兩種性質(zhì)不同但契合一定要求的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)材料構(gòu)成回路。熱電偶丈量端和參考端之間必需有溫差。
將兩種不同資料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái),構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因此在回路中構(gòu)成一個(gè)大小的電流,這 種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是應(yīng)用這一效應(yīng)來(lái)工作的。
熱電偶冷端補(bǔ)償計(jì)算方法:
從毫伏到溫度:測(cè)量冷端溫度,換算為對(duì)應(yīng)毫伏值,與熱電偶的毫伏值相加,換算出溫度;
從溫度到毫伏:測(cè)量出實(shí)際溫度與冷端溫度,分別換算為毫伏值,相減後得出毫伏值,即得溫度。
在生產(chǎn)中由于被測(cè)對(duì)象不同,環(huán)境條件不同,測(cè)量要求不同,和熱電阻的安裝方法及采取的措施也不同,需要考慮的問(wèn)題比較多,但原則上可以從測(cè)溫的準(zhǔn)確性、安全性、維修方便三個(gè)方面來(lái)考慮。
為避免測(cè)溫元件損壞,應(yīng)保證其有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,為保護(hù)感溫元件不受磨損應(yīng)加保護(hù)屏或保護(hù)管等,為確保安全、可靠,測(cè)溫元件的安裝方法應(yīng)視具體情況(如待測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、測(cè)溫元件的長(zhǎng)度及其安裝位置、形式等)而定。
凡安裝承受壓力的測(cè)溫元件,都必須保證其密封性。高溫下工作的熱電偶,為防止保護(hù)管在高溫下產(chǎn)生變形,一般應(yīng)垂直安裝,若必須水平安裝則不宜過(guò)長(zhǎng),并用支架保護(hù)熱電偶。若測(cè)溫元件安裝于介質(zhì)流速較大的管道中,則其應(yīng)傾斜安裝。
熱電阻和熱電偶有什么區(qū)別
熱電阻和熱電偶都是溫度傳感器,但在工作原理、溫度范圍、精度和靈敏度以及使用環(huán)境等方面存在明顯的區(qū)別。
工作原理:熱電阻利用電阻與溫度呈線性關(guān)系來(lái)測(cè)量溫度,即溫度變化導(dǎo)致電阻值的變化。而熱電偶則是利用熱電效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度,通過(guò)兩種不同金屬的連接產(chǎn)生熱電勢(shì)差來(lái)測(cè)量溫度。
溫度范圍:熱電阻一般適用于低溫到中溫范圍,通??梢詼y(cè)量-200℃到850℃的溫度范圍。而熱電偶適用于較高溫度范圍,可以測(cè)量從-270℃到2300℃的溫度范圍。
精度和靈敏度:熱電偶的溫度測(cè)量精度較高,通常可以達(dá)到0.1℃左右,而熱電阻的測(cè)量精度一般較熱電偶略低。此外,熱電偶對(duì)溫度變化的響應(yīng)速度較快,靈敏度較高。
使用環(huán)境:熱電阻對(duì)環(huán)境要求較為嚴(yán)格,一般不適用于容易腐蝕、振動(dòng)或受磁場(chǎng)干擾的場(chǎng)合。相比之下,熱電偶可以在端的環(huán)境下使用,如高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)和腐蝕環(huán)境下。
信號(hào)性質(zhì):熱電阻本身是電阻,溫度的變化使電阻產(chǎn)生正的或者負(fù)的阻值變化;而熱電偶是產(chǎn)生隨溫度變化而變化的感應(yīng)電壓。
材料差異:熱電阻是一種金屬材料,具有溫度敏感變化的金屬材料;熱電偶是雙金屬材料,即兩種不同的金屬,由于溫度的變化,在兩個(gè)不同金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。
綜上所述,熱電阻和熱電偶在工作原理、溫度范圍、精度和靈敏度以及使用環(huán)境等方面存在明顯的區(qū)別。在選擇溫度傳感器時(shí),需要根據(jù)具體的使用環(huán)境和測(cè)量要求來(lái)選擇合適的類型。