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热工测量及仪表 ( 二 )

热工测量及仪表 ( 二 ). 电力服务世界世界分享电力. 第三章 热电偶温度计 第一节 热电现象和热电偶基本定律. 热电偶温度计组成 : 热电偶 , 仪表 ( 显示 , 计录 ), 导线 ( 三件 ). 特点 : 测温范围广 (100~1600 ℃ 常见 ) 适应性强 : 可测量液体 , 蒸汽 , 气体介质 , 固体表成的温度 . 结构简单 , 使用方便 , 测温准确可靠 , 便于远距离传输自动记录和集中控制 , 因此在工业生产中极为普遍使用. 一 . 热电现象和热电偶温度计.

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热工测量及仪表 ( 二 )

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  1. 热工测量及仪表(二) 电力服务世界世界分享电力

  2. 第三章 热电偶温度计第一节 热电现象和热电偶基本定律 热电偶温度计组成:热电偶,仪表(显示,计录),导线(三件). 特点:测温范围广(100~1600℃常见) 适应性强:可测量液体,蒸汽,气体介质, 固体表成的温度. 结构简单,使用方便,测温准确可靠,便于远距离传输自动记录和集中控制,因此在工业生产中极为普遍使用.

  3. 一.热电现象和热电偶温度计 A.B为两种 不同导体材料,在 t>t0时,回路中将产生电动势,使电流表偏转. 热电现象

  4. 1.温差电势(汤姆逊电势) 由于物质导体两端温度t>t0时,产生的电势称为温差电势.

  5. 温差电势与材料性质和 导体两端温度有关, 与材料的几何尺寸(长 度.截面),沿导体长度上 的温度分布无关. 温差电势

  6. NA—导体A的电子密度，它是温度的单值函数 t—导体各断面的温度；t，t0—导体两端的温度 e—单位电荷，e=4.802×10-10绝对静电单位

  7. 2.接触电势(珀尔帖电势) 不同导体材料内部的电子密度是不同的,当A与B相接触时,将发生自由电子的扩散现象. φAB(t)只与A、B的性质有关. 接触电势

  8. K—玻尔兹曼常数，等于1.38×10-23焦耳/K NA、NB导体A、B在温度为t时的电子密度

  9. 热电势=温差电势+接触电势 EAB(t,t0)=ΦAB(t)-eA-ΦAB(t0)+EB =fAB(t)-fAB(t0) 或 EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0) 3.热电势

  10. 温度函数

  11. 结论： • 热电偶回路热电势的大小，只与导体材料和两端温度有关，而与热电偶得长度、热电极（导体材料）直径无关 • 若组成热电偶得两个热电极材料相同，则无论热电偶两接点温度如何，是不可能产生热电势 • 如果t0端为定值fAB（t0）=C常数，则热电偶的热电势只与工作端温度有关

  12. 二.热电偶的基本定律(定则) 1.均质导体定律:由一种均质导体,不论导体的截面如何,以及各处的温度分布如何,都不能产生热电势. 2.中间导体定律:由几种不同材料组成的闭合回路中,若各种材料接触点的温度都相同,则回路中热电势的总和等于零.

  13. 3.连接温度(中间温度)定律:接点温度为t1和t3的热电偶,它的热电势等于接点温度分别的为t1,t2和t2,t3的两只同性质热电偶的热电势的代数和.3.连接温度(中间温度)定律:接点温度为t1和t3的热电偶,它的热电势等于接点温度分别的为t1,t2和t2,t3的两只同性质热电偶的热电势的代数和. 中间温度定律

  14. 根据中间温度定律 得 E总=EAB(t,t0)=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0) 由上式 EAB(t,tn)=EAB(t,t0)－EAB(tn,t0) 当 t0=0℃时 EAB(t,tn)=EAB(t,0)－EAB(tn,0)

  15. 由基本定律得出→结论. ①热电偶必须由两种不同性质的材料构成. ②在热电偶回路中加入第三种均质材料,只要它的两端温度相同,对回路的热电势就没有影响. ③与热电偶具有同样热电性质的补偿导线,可以引入热电偶回路中,即把热电偶延长不会影响应有的热电势. ④已知热电偶在某一给定冷端温度下进行分度,只要引入修正(值),就可以在另外的冷端温度下使用.

  16. 热电偶的分度表 表达热电偶冷端(参比端)为0℃时,热端(工作端)温度与热电势之间的对应关系,并以表格的方式体现出来. 不同的材料构成的热电偶将产生不同的热电势，即不同材料的热电偶有其对应的分度号

  17. 例.用一只镍铬－镍硅的热电偶，测量某氮肥厂转化炉的温度，已知热电偶工作端温度为８００℃ ，冷端（自由端）温度为３０℃ ．求热电偶产生的热电势Ｅ（８００，３０）。 解：Ｅ（８００，３０）＝Ｅ（８００，０）－Ｅ（３０，０） 　　　　　　　　　　　　＝３３.２７７mv－１.２０３mv 　　　　　　　　　　　　＝３２.０７４mv 例.某支铂铑１０－铂热电偶在工作时，冷端温度t０＝３０℃ ，测得热电势 　Ｅ（t，３０）＝１４.１９５mv，求被测介质的温度t。 　解：Ｅ（t，０）＝Ｅ（t，３０）＋Ｅ（３０，０） 　　　　　　　　＝１４.１９５mv＋０.１７３mv 　　　　　　　　＝１４.３６８mv 　查得Ｅ（t，０）＝１４.３６８时，t＝１４００ ℃

  18. 作 业 1.热电偶的热电特性与热电极的长度和直径是否有关?若组成热电偶的两个热电极材料相同,当这两个热电极接点温度t=t0时,问该热电偶的热电势是多少? 2.某支铂铑３０－铂铑６热电偶工作时，冷端温度t０＝３０ ℃，测得热电势Ｅ（t，３０）＝5.02mv，已知被测介质的真值温度是１０００ ℃。求该支热电偶的绝对误差。 3.用S型热电偶测温,已知冷端温度为40℃,而实测的热电势为9.352mv,求被测温度值.

  19. 　　第二节　标准化与非标准化热电偶 　　按照工业标准化的要求，热电偶可分为 标准化热电偶和非标准化热电偶。

  20. 一、热电极材料及其热电性质 热电极材料的要求： a.物理性能稳定；b.化学性能稳定； c.热电势和热电势率（ΔＥ(t)/℃)大； d.电导率高；e.复制性好；f.价格便宜；

  21. 二、标准化热电偶 要求和特点：工艺成熟、应用广泛、能批量 生产、性能稳定；列入专业或国家标准化文 件，具有统一的热电极材料及其化学成分， 热电性质和允许偏差。 具有：统一的分度表。 国际电工委员会（ＩＥＣ）其推荐八种标准 化热电偶。

  22. ①铂铑10－铂热电偶　Ｓ型(分度号Ｓ)(贵金属) ②铂铑13－铂热电偶 Ｒ型(分度号Ｒ)(贵金属) ③铂铑30－铂铑6热电偶 Ｂ型(分度号Ｂ)(贵金属) ④镍铬－镍硅(镍铬－镍铝)热电偶　Ｋ型(分度号Ｋ)(廉金属) ⑤镍铬－廉铜热电偶　Ｅ型(分度号Ｅ)(廉金属) ⑥铁－廉铜热电偶　　Ｊ型(分度号Ｊ)(廉金属) ⑦铜－廉铜热电偶　　Ｔ型(分度号Ｔ)(廉金属) ⑧镍铬-金铁热电偶 (分度号Ｎi-AuFe0.07)(廉金属)

  23. 三、热电偶的构造

  24. １）热电极：电极直径选择（价格、机械强度、导１）热电极：电极直径选择（价格、机械强度、导 电率、用途、测温范围） 贵金属：Φ０.３～０.６５mm； 廉金属：Φ０.５～３.２mm； 电极长度　　一般　３５０～２０００mm； 接点连接方式：焊接方法。

  25. ２）绝缘材料（套管） 橡胶　　　　　　　　　　石英 聚乙烯　　　　　　　　　陶瓷 聚四氟乙烯　　低温型　　氧化铝　高温型 玻璃和玻璃纤维　　　　　氧化镁

  26. ３）保护套管 承受热剧变，耐腐蚀，气密性良好，机械强度高，有高的导热率，不与热电极、绝缘材料起作用。 Ｃu　　　　　　　　　　　　石英 ２０号碳钢　　　　　　　　高温陶瓷 不锈钢1Cr18Ni9Ti　　　　　高纯Al2O3 镍铬合金　　　　　　　　　　BN 连接方式：螺纹连接、法兰连接、无固定式(光杆型) 被测压力：密封常压式、高压固定螺纹式 时间常数(反映时间)受到材料及套管的直径影响 　　　　　　金属套管：Φ12mm时，时间常数４５s Φ16mm时，时间常数９０s

  27. ４）接线盒 　　将热电极和连接导线连接起来，是热电 偶的冷端。分为：普通式、防溅式、防水式 、隔爆式、插座式。

  28. 四、铠装热电偶 　由于常用普通热电偶体积大、笨重、热 惯性大，不适合特殊领域应用,在生产或科研中经常 要用体积小、热惯性小的热电偶。

  29. 　　它是由金属套管、绝缘材料和热电极经 拉伸加工成坚实组合体。 套管为：铜、不锈钢、镍基高温合金。 套管与热电极之间填满绝缘材料粉末(MgO)。 铠装热电偶外径0.2～6mm，长度1 ～20m，最长100m。 特点：热端热容小，动态响应快，机械强度高，挠性好，耐高压，抗震动和冲击，可安装在结构复杂的装置上。

  30. 五、非标准化热电偶 由于这一类热电偶的研究还不够成熟，虽 已有产品也能使用，但还没有统一的分度 表，使用前需要个别标定，以确定热电势与 温度之间的关系。 它主要用于某些特殊场合：高温、低温、 超低温、高真空、有核辐射。 钨铼系：长期测2316℃，短期可测3000℃。 铱铑系：测温在2000℃左右。 铂钼5-铂钼0.1热电偶：测量气体冷却原子反应堆中 氦气温度，可测1400 ℃。

  31. 传送件 （补偿导线） 感受器 （热电偶） 显示件

  32. 谢谢！

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