热电偶是利用金属的热电效应测量温差的温度传感器，在工业上用于中高温测量，其结构简单、使用方便、测温点小、热惯性小、复现性好。适用于远距离测量、自动记录、集中控制等，缺点存在冷端温度补偿问题。
【学习目标】
1.了解热电偶的工作原理与结构；
2.熟悉热电偶的测温方法；
3.理解热电偶测温时的温度补偿方法。
【知识链接】
普通热电偶由热电极、绝缘配套管、保护管和接线盒等部分组成。
热电极作为测温敏感元件，是热电偶温度传感器的核心部件。热电极是两根不同的导体或半导体。一端焊接或铰接，称为电偶的热端或测量端；另一端开路，与导线连接，称为电偶的冷端或参考端。
绝缘配套管用于防止两根热电极短路。保护管是为了延长热电偶的使用寿命，使之免受化学和机械损伤。接线盒用来固定接线座和连接外接导线之用，起着保护热电极免受外界环境侵蚀的作用。
图4.2.13 普通热电偶结构
热电偶的名称由热电极材料命名，常见的热电偶有铂铑—铂铑、镍铬—镍硅、镍铬—铜镍等，正极写在前，负极写在后，并有专用字母表示，这个字母称为分度号，是各种类型热电偶的一种方便的缩写形式。
表4.2.2 热电偶的种类及特性参数
热电偶工作时，其热端插入需要测温的生产设备中，而冷端置于生产设备外，如果两端所处温度不同，则测温回路中会产生热电势。
热电偶产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。温差电势是在同一导体的两端因温度的不同而产生的一种热电势。接触电势是由于两种导体材料的电子密度和逸出功不同而产生的。由于温差电势和接触电势的影响，在热电偶回路中产生的总热电势是材料与温度的函数，对于确定的热电偶材料，热电势只是温度的函数。热电偶的热电势与温度对应关系通常可使用热电偶分度表来查询，分度表的编制是在冷端温度为0℃时测量的。
表4.2.3 K型（镍铬-镍硅）热电偶分度表
表4.2.4 B型（铂铑—铂铑）热电偶分度表
表4.2.5 E型（镍铬—铜镍）热电偶分度表
关于热电偶回路有几点需注意：
（1）若组成热电偶回路的两种导体相同，则无论两接点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零；
（2）若热电偶两接点温度相同，则无论导体由何种材料制成，热电偶回路内的总热电势为零；
（3）热电偶回路热电势的大小只与材料和端点温度有关，与热电偶的尺寸、形状无关；
（4）热电偶回路两接点为T，T0时的热电势，等于热电偶在接点温度为T，Tn和Tn，T0的热电势的代数和，这一性质称为中间温度定律；
（5）在热电偶回路中接入中间导体（第三导体C），只要是中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势必没有影响。这一性质称为中间导体定律。
实训任务4 热电偶校准实验(www.xing528.com)
一、实训目的
1.了解热电偶的测温原理。
2.了解校准热电偶温度计的基本方法。
二、实训器材
铜康铜热电偶，标准热电偶，电炉，电位差计或数字电压表，杜瓦瓶，测熔点的金属等。
三、实训原理
热电偶的热电势与温度之间的关系曲线，称作校准曲线。
常见的几种具有标准组分的热电偶，如铂铑—铂热电偶，镍铬—镍铝热电偶等，它们的校准曲线在有关手册中可以查到，不必自己校准，如果实验室自制的执电偶组分不标准，则校准工作就是不可缺少的了。
校准热电偶的方法有两种。
1.比较法：用被校准的热电偶与一标准组分的热电偶去测同一温度，测得一组数据，其中被校准热电偶测得的热电势即由标准热电偶所测的热电热势所校准。在被校准热电偶的使用范围内改变不同的温度，进行逐点校准，就可得到被校准热电偶的校准曲线。
2.固定点法：在一定的气压下（一般是标准大气压），利用几种合适的纯物质的沸点或熔点温度作为已知温度，测量被校准热电偶在这些温度下的对应热动势，从而得到被校准热电偶的校准曲线。
四、实训内容
1.将热电偶的测温端放入盛有冰水混合物的杜瓦瓶中，测量0℃时的热电势（应为零）；
2.用电炉加热水，直至沸腾后将热电偶放入水中测其热电势；
3.用电炉加热专用容器中的纯锡，待锡全部熔化后切断电炉电源，使其自然冷却，将热电偶的测温端放入熔化的金属中，测定其热电势——时间关系（一分钟测一个点），并确定与锡的凝固点对应的热电势的值；
4.绘制被校热电偶的校准曲线，以温度为横轴，热电势为纵轴，以所测的4个固定点作热电偶的校准曲线（曲线拟合法）；
5.用同样的方法测未知熔点的焊锡的凝固点热电势，从热电偶的校准曲线上查出焊锡的熔点温度。
五、注意事项
1.为了避免热电偶受熔融的金属玷污，应将热电偶测温端置于一端封闭的铜管中，使其与待测金属隔离。为保持热电偶与铜管良好的接触，测量时应在铜管底部滴入几滴硅油，热电偶测温端应插入硅油中，不能悬空。
2.掌握电炉加热时间，当金属全部熔融后，应及时切断电源，否则会加热时间过长，温度过高，一方面使金属氧化，另一方面也延长了金属冷却所用时间。
3.热电偶与铜管之间应保持良好的绝缘，以免短路而造成测试错误。
4.由于整个测量过程时间较长，电位差计校准后仍会发生漂移，所以在每次测量前都应重新校准。
5.每种金属测定后，必须重新升高温度使金属熔化，取出铜套管，然后切断电源，否则在金属材料冷却后会收缩而不易取出铜套管。
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