热电效应及热电偶的基本原理分析

('热电效应及热电偶的基本原理分析；热电偶的四大基本定律；常用的热电极材料及其性能特点；热电偶的冷端补偿；热电偶的基本测量电路。了解热电偶的工作原理；了解常用热电极材料的类型、性能特点及其适用场合；掌握热电偶的选用和维护方法。在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。5.1热电偶的工作原理与基本结构在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。一、热电偶的工作原理1、工作原理当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时（如图5.1.1），只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0，称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。图5.1.1热电偶回路热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同)，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷，于是，在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场。该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，A与B两导体的接触处就产生了电位差，称为接触电动势。接触电动势的大小与导体的材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。对于温度分别为t和t0的两接点，可得下列接触电动势公式(5-1-1)式中eAB(t,)、eAB(t0)为导体A、B在接点温度t和t0时形成的电动势；UAt、UAt0分别为导体A在接点温度为t和t0时的电压；UBt、UBt0分别为导体B在接点温度为t和t0时的电压。对于导体A或B，将其两端分别置于不同的温度场t、t0中(t>t0)。在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动，最后也达到了动态平衡状态。这样，导体两端便产生了电位差，我们将该电位差称为温差电动势。温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度，如下式所示：(5-1-2)式中，eA(t,t0)、eB(t,t0)为导体A和B在两端温度分别为t和t0时形成的电动势。导体A和B头尾相接组成回路，如果导体A的电子密度大于导体B的电子密度，且两接点的温度不相等，则在热电偶回路中存在着四个电势，即两个接触电动势和两个温差电动势。热电偶回路的总电动势为(5-1-3)实践证明，在热电偶回路中起主要作用的是接触电动势，温差电动势只占极小部分，可以忽略不计，故式(5-3)可以写成(5-1-4)上式中，由于导体A的电子密度大于导体B的电子密度，所以A为正极，B为负极。脚注AB的顺序表示电动势的方向。不难理解：当改变脚注的顺序时，电动势前面的符号(指正、负号)也应随之改变。因此，式(5-4)也可以写成综上所述，我们可以得出如下结论：热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是两接点温度t和t0。的函数差。即如果使冷端温度t0保持不变，则热电动势便成为热端温度t的单一函数。即，(5-1-5)这一关系式在实际测温中得到了广泛应用。因为冷端t0恒定，热电偶产生的热电动势只随热端(测量端)温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的。2、热电偶的特性热电偶的主要特性如下：稳定性指热电偶的热电特性随使用时间变化小。不均匀性指热电极的不均匀程度，所引起的附加热电势的大小，取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态、材料的不均匀形式和不均匀程度以及热电偶在温度场中所处的位置。不均匀性降低测温的准确度，影响热电偶的稳定性和互换性。造成不均匀性的原因有杂质分布不均，成份偏析，局部表面金属的挥发和氧化，局部的腐蚀和沾污，应力分布不均匀和晶体结构不均匀等。热惰性指被测介质从某一温度跃迁到另一温度时，热电偶测量端的温度上升到整个跃迁的63.2%所需的时间。二、热电偶的基本定律1、均质导体定律如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。2、中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。如图5.1.2，在热电偶回路中接人第三种导体C。设导体A与B接点处的温度为t，A与C、B与C两接点处的温度为t0，则回路中的总电动势为(5-1-6)图5.1.2热电偶中接入第三种导体如果回路中三接点的温度相同，即t＝t0，则回路总电动势必为零，即或者(5-1-7)将式(5-7)代人式(5-6)，可得(5-1-8)可以用同样的方法证明，断开热电偶的任何一个极，用第三种导体引入测量仪表，其总电动势也是不变的。热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义，它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。3、标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。如图5-3，导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若它们所产生的热电动势为已知，即那么，导体A与B组成的热电偶，其热电动势可由下式求得(5-1-9)图5.1.3三种导体分别组成热电偶标准电极定律是一个极为实用的定律。可以想象，纯金属的种类很多，而合金类型更多。因此，要得出这些金属之间组合而成热电偶的热电动势，其工作量是极大的。由于铂的物理、化学性质稳定，熔点高，易提纯，所以，我们通常选用高纯铂丝作为标准电极，只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可根据式(5-9)直接计算出来。例如：热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV，则镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势应为2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV4、中间温度定律热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律可以用下式表示(5-1-10)中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。它表明：若热电偶的热电极被导体延长，只要接入的导体组成热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同，且它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与连接点温度无关，只与延长以后的热电偶两端的温度有关。5.2常用热电偶及测温线路二、热电偶种类1、标准型热电偶国际电工委员会在1975年向世界各国推荐七种标准型热电偶。我国生产的符合IEC标准的热电偶有六种，分别是：(1)铂铑30-铂铑6热电偶这种热电偶分度号为“B”。它的正极是铂铑丝(铂70%，铑30%)，负极也是铂铑丝(铂94%，铑6%)，故俗称双铂铑。测温范围为0~1700℃。其特点是测温上限高，性能稳定。在冶金反应、钢水测量等高温领域中得到了广泛的应用。表5-1铂铑30-铂铑6热电偶(B型)分度表（ITS-90）分度号：B参考端温度：0℃t，℃0100200300400500600700800E，mV0.0000.0330.1780.4310.7871.2421.7922.4313.154t，℃100011001200130014001500160017001800E，mV4.8345.7806.7867.8488.95610.09911.26312.43313.820B型热电偶参考端温度非0℃时的校正表（修正值加上所查的热电势）t，℃01020304050E，mV0.000-0.002-0.003-0.002-0.0000.002(2)铂铑10-铂热电偶这种热电偶分度号为“S”。它的正极是铂铑丝(铂90%，铑l0%)，负极是纯铂丝。测温范围为0~1700℃。其特点是热电性能稳定，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中工作。由于精度高，故国际温标中规定它为630.74~1064.43℃温度范围内复现温标的标准仪器。常用作标准热电偶或用于高温测量。表5-2铂铑10-铂热电偶(S型)分度表（ITS-90）分度号：S参考端温度：0℃t，℃0100200300400500600700800E，mV0.0000.6461.4412.3233.2594.2335.2396.2757.345t，℃10001100120013001400150016001700E，mV9.58710.75711.85113.15914.37315.58216.77717.947S型热电偶参考端温度非0℃时的校正表（修正值加上所查的热电势）t，℃01020304050E，mV0.0000.0550.1130.1730.2350.229(3)镍铬-镍硅热电偶这种热电偶分度号为“K”。它的正极是镍铬合金(镍90.5%，铬9.5%)，负极为镍硅(镍97.5%，硅2.5%)。测温范围为-200~+1300℃。其特点是测温范围很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。缺点是热电动势的稳定性较B型或S型热电偶差，且负极有明显的导磁性。表5-3镍铬-镍硅热电偶(K型)分度表（ITS-90）分度号：K参考端温度：0℃t，℃-200-1000100200300400500600E，mV-5.891-3.5540.0004.0968.13812.20916.39720.64424.905t，℃8009001000110012001300E，mV33.27537.32641.27645.11948.83852.410K型热电偶参考端温度非0℃时的校正表（修正值加上所查的热电势）t，℃01020304050E，mV0.0000.3970.7981.2031.6122.023(4)镍铬-康铜热电偶这种热电偶分度号为“E”。它的正极是镍铬合金，负极是铜镍合金(铜55%，镍45%)。测温范围为-200~+1000℃。其特点是热电动势较其他常用热电偶大。适宜在氧化性或惰性气氛中工作。表4镍铬-康铜热电偶(E型)分度表（ITS-90）分度号：E参考端温度：0℃t，℃-200-1000100200300400500600E，-8.825-5.2370.0006.31913.42121.03628.94637.00545.093mVt，℃8009001000E，mV61.01768.78776.373E型热电偶参考端温度非0℃时的校正表（修正值加上所查的热电势）t，℃01020304050E，mV0.0000.5911.1921.8012.4203.048(5)铁-康铜热电偶这种热电偶分度号为“J”。它的正极是铁，负极是铜镍合金。测温范围为-200~+1300℃。其特点是价格便宜，热电动势较大，仅次于E型热电偶。缺点是铁极易氧化。表5-5镍铬-镍硅热电偶(J型)分度表（ITS-90）分度号：J参考端温度：0℃t，℃-200-1000100200300400500600E，mV-7.890-4.6330.0005.26910.77916.32721.84827.39333.102t，℃800900100011001200E，mV45.49451.87757.95363.79269.553J型热电偶参考端温度非0℃时的校正表（修正值加上所查的热电势）t，℃01020304050E，mV0.0000.5071.0191.5372.0592.585(6)铜-康铜热电偶这种热电偶分度号为“T”。它的正极是铜，负极是铜镍合金。测温范围为-200~+400℃。特点是精度高，在0~-200℃范围内，可制成标准热电偶，准确度可达土0.1℃。缺点是铜极易氧化，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃。表5-6铜-康铜热电偶(T型)分度表（ITS-90）t，℃-200-1000100200300400E，mV-5.603-3.3790.0004.2799.28814.86220.872T型热电偶参考端温度非0℃时的校正表（修正值加上所查的热电势）t，℃01020304050E，mV0.0000.3910.7901.1961.1622.036最后要说明的是，IEC公布的标准型热电偶中，还有铂铑13-铂，分度号为“R”。因在国际上只有少数国家采用，且其温度范围与铂铑10-铂重合，所以我国不准备发展这个品种。2、非标准型热电偶非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。铂铑系热电偶有铂铑20-铂铑5、铂铑40-铂铑20等一些种类，其共同的特点是性能稳定，适用于各种高温测量。铱铑系热电偶有铱铑40-铱、铱铑60-铱。这类热电偶长期使用的测温范围在2000℃以下，且热电动势与温度关系线性好。钨铼系热电偶有钨铼3-钨铼25、钨铼5-钨铼20等种类。它的最高使用温度受绝缘材料的限制，目前可使用到2500℃左右。主要用于钢水连续测温、反应堆测温等场合。3、工业热电偶简介（1）装配式热电偶A、主要技术参数测量范围：热电偶能准确测出温度的范围，即工作温度有效范围。基本误差限：能允许的测温误差范围。热电偶时间常数：也称热惰性，指被测介质从某一温度跃迁到另一温度时，热电偶测量端的温度上升到整个跃迁的63.2%所需的时间表5-7热惰性级别与时间常数的关系热惰性级别时间常数（秒）热惰性级别时间常数（秒）Ⅰ90－180Ⅲ10－30Ⅱ30－90Ⅳ＜10热电偶公称压力：一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而破裂。热电偶最小插入深度：应不小于其保护套管外径的8~10倍（特殊产品例外）。绝缘电阻：当周围空气温度为15－35℃，相对湿度＜80%时绝缘电阻≥5兆欧（电压100V）。具有防溅式接线盒的热电偶，当相对温度为93±3℃时，绝缘电阻≥0.5兆欧（电压100V）。高温下的绝缘电阻：热电偶在高温下，其热电极（包括双支式）与保护管以及双支热电极之间的绝缘电阻（按每米计）应大于表8规定的值。表5-8高温下的绝缘电阻值规定的长时间使用温度（℃）试验温度（℃）绝缘电阻值（Ω）≥60060072000≥80080025000≥100010005000B、热电偶型号命名热电偶型号命名如图5.2.1所示图5.2.1热电偶型号命名示例图（2）铠装热电偶铠装热电偶的工作原理是，两种不同成份的导体两端经焊接，形成回路，直接测温端叫工作端，接线端子端叫冷端，也称参比端。当工作端和参比端存在温差时，就会在回路中产生热电流，接上显示仪表，仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。铠装热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长，热电动势的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关，和热电极的长度、直径无关。铠装热电偶热响应时间：在温度出现阶跃变化时，热电偶的输出变化至相当于该阶跃变化的50%所得的时间称为热响应时间，用τ0.5表示。绝缘电阻：当周围空气温度为20±1.5℃，相对湿度不大于80%时，绝缘型铠装热电偶的偶丝与外套管之间的绝缘电阻值应符合表5-9的规定。表5-9铠装热电偶的绝缘电阻标准偶丝直径（mm）试验电压（V-DC）绝缘电阻（MΩ.m）1.550±10%≥1000>1.5500±10%≥1000可挠度：铠装热电偶的可挠曲率半径不小于其外径的5倍。（3）耐磨热电偶在某些特殊场合，如化工厂、冶炼厂、发电厂、水泥厂等，用普通热电偶、热电阻就极易损坏。因此，在这些场合就必须采用耐磨热电偶。该热电偶特别适用硫化床、磨煤机出口，一次，二次风煤及水泥行业测温。特征：耐磨，同时耐冲刷，耐腐蚀；寿命长，高温下可使用6个月以上，低温下可使用8个月以上。（4）防爆热电偶工业用隔爆热电偶是一种温度传感器，在化学工业自控系统中应用极广，通过温度传感器，可将控制对象的温度参数变成电信号，传递给显示、记录和调节仪，对系统施行检测、调节和控制。在化工厂，生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体、蒸汽，如果使用普通的热电偶非常不安全，极易引起环境气体爆炸。因此，在这些场合必须使用隔爆热电偶作温度传感器，工作原理：如果由两种不同成份的均质导体(热电极)组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就有电流通过,那么两端之间就存在热电势。防爆原理：利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度不传到腔外。除以上介绍的常见热电偶之外，目前工业上广为应用的还有多点热电偶、吹气热电偶、高温防腐热电偶、微细铠装热电偶、压簧固定热电偶、多点隔爆热电偶、高温高压热电偶、快速热电偶等种类，读者感兴趣的话可以自行查阅这方面的资料。5.2常用热电偶及测温线路三、热电偶的冷端补偿方法从热电效应的原理可知，热电偶产生的热电动势与两端温度有关。只有将冷端的温度恒定，热电动势才是热端温度的单值函数。由于热电偶分度表是以冷端温度为0℃时作出的，因此在使用时要正确反映热端温度(被测温度)，最好设法使冷端温度恒为0℃。但在实际应用中，热电偶的冷端通常靠近被测对象，且受到周围环境温度的影响，其温度不是恒定不变的。为此，必须采取一些相应的措施进行补偿或修正，常用的方法有以下几种：1、冷端恒温法A、0℃恒温器将热电偶的冷端置于温度为0℃的恒温器内(如冰水混合物)，使冷端温度处于0℃。这种装置通常用于实验室或精密的温度测量。B、其他恒温器将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持温度恒定，避免由于环境温度的波动而引入误差。这类恒温器可以是盛有变压器油的容器，利用变压器油的热惰性恒温；也可以是电加热的恒温器。这类恒温器的温度不为0℃，故最后还需对热电偶进行冷端温度修正。2、补偿导线法热电偶由于受到材料价格的限制不可能做得很长，而要使其冷端不受测温对象的温度影响，必须使冷端远离温度对象，采用补偿导线就可以做到这一点。所谓补偿导线，实际上是一对材料化学成分不同的导线，在0～150℃温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价格相对要便宜。若我们利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)，其实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的。下面举例说明补偿导线的作用。采用镍铬-镍硅热电偶测量炉温。热端温度为800℃，冷端温度为50℃。为了进行炉温的调节及显示，必须将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室，仪表室的环境温度恒为20℃。首先由镍铬-镍硅热电偶分度表查出它在冷端温度为0℃，热端温度为800℃时的热电动势为E(800，0)＝33.275mV；热端温度为50℃时的热电动势为E(50，0)＝2.023mV；热端温度为20℃时的热电动势为E(20，0)=0.798mV。如果热电偶与仪表之间直接用铜导线连接，根据中间导体定律，输入仪表的热电动势为E(800，50)=E(800，0)-E(50，0)=(33.277-2.022)mV=31.255mV(相当于751℃)如果热电偶与仪表之间用补偿导线连接，相当于将热电偶延伸到仪表室，输入仪表的热电动势为E(800，20)=E(800，0)-E(20，0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV(相当于781℃)与炉内的真实温度相差分别为751℃-800℃=-49℃781℃-800℃=-19℃可见，补偿导线的作用是很明显的。补偿导线的类型见表5-10所示。表中，I类型通常是和所配用热电极相同的合金；Ⅱ类型通常是和所配热电极不相同的合金。表5-10热电偶补偿导线类型热电偶类型补偿导线类型合金材料温度范围（℃）磁性正极负极正极负极贱金属镍铬-考铜铁-康铜镍铬-镍硅铜-康铜I类型镍铬-考铜补偿导线铁-康铜镍铬-镍硅铜-康铜镍铬铁镍铬铜考铜康铜镍硅康铜0~1500~1500~1500~150无有无无无无有无Ⅱ类型镍铬-镍硅钨铼5-钨铼20贵金属铂铑10-铂铜-康铜补偿导线铜-铜镍硅铜-铜镍合金铜铜铜康铜铜镍合金铜镍合金0~1500~1500~150无无无无无无表5-11补偿导线的分类型号与分度号补偿导线型号配用热电偶的分度号补偿导线合金丝补偿导线颜色正极负极正极负极SCKCKXEXJXTXS（铂铑10-铂）K（镍铬-镍硅）K（镍铬-镍硅）E（镍铬-铜镍）J（铁-铜镍）T（铜-铜镍）SPC（铜）KPC（铜）KPX（镍铬）EPX（镍铬）JPX（铁）TPX（铜）SNC（铜镍）KNC（铜镍）KNX（镍硅）ENX（铜镍）JNX（铜镍）TNX（铜镍）红红红红红红绿蓝黑棕紫白补偿导线型号按产品品种划分为：SC、KC、KX、EX、JX、TX等，具体见表5-11所示。补偿导线的等级标志见表5-12所示。其中：a.型号头一个字母与配用热电偶的分度号相对应。b.字母“X”表示延伸型补偿导线。c.字母“C”表示补偿型补偿导线。表5-12补偿导线的分类、等级及标志使用分类标志允差等级标志普通级精密级一般用GBA耐热用H补偿导线技术数据：a.热电动势及允差值见表5-13所示：表5-13补偿导线的热电动势及允差值型号100℃热电动势及允差（mv）200℃热电动势及允差（mv）热电势允差热电势允差普通级（℃）精密级（℃）普通级（℃）精密级（℃）SC0.645±0.037（5）±0.023（3）1.440±0.057（5）──KC4.095±0.105（2.5）±0.063（1.5）──────KX4.095±0.105（2.5）±0.063（1.5）8.137±1.000（2.5）±0.060（1.5）EX6.317±0.170（2.5）±0.102（1.5）13.419±0.183（2.5）±0.111（1.5）JX5.268±0.135（2.5±0.081（1.510.777±0.138（2.5）±0.083（1.5）））TX4.277±0.047（1）±0.023（0.5）9.286±0.053（1.0）±0.027（0.5）b.补偿导线的防潮试验的绝缘电阻在40℃水中24h后不大于（10m）25MΩ。c.补偿导线耐热老化温度在200±5℃，24h前后进行5倍外径卷绕试验，经电压500V/1min亦不击穿。d.补偿导线技术依据符合《IEC584-3》标准，普通的符合《GB4989-85》标准。3、计算修正法上述两种方法解决了一个问题，即设法使热电偶的冷端温度恒定。但是，冷端温度并非一定为0℃，所以测出的热电动势还是不能正确反映热端的实际温度。为此，必须对温度进行修正。修正公式如下(5-2-1)式中，EAB(t，t0)为热电偶热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电动势；EAB(t，t1)为热电偶热端温度为t，冷端温度为t1时的热电动势；EAB(t1，t0)为热电偶热端温度为t1，冷端温度为0℃时的热电动势。例如，用镍铬-镍硅热电偶测炉温，当冷端温度为30℃(且为恒定时)，测出热端温度为t时的热电动势为39.17mV，求炉子的真实温度。由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E(30，0)=1.203mV根据式(5-2-1)计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为：t=977℃4、电桥补偿法计算修正法虽然很精确，但不适合连续测温。为此，有些仪表的测温线路中带有补偿电桥，利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化。下面以DBW型温度变送器的输入回路为例加以说明。DBW型温度变送器，能与各种常用热电偶配合使用，将温度参数转换成0～10mA直流电流统一信号。其热电偶输入回路的简化图见图5.2.2。图5.2.2电桥补偿法图中，e为热电偶产生的热电动势，U为回路的输出电压。回路中串接了一个补偿电桥。R1~R5及RCM均为桥臂电阻。RCM是用漆包铜丝绕制成的，它和热电偶的冷端感受同一温度。R1~R5均用锰铜丝绕成，阻值稳定。在桥路设计时，使R1=R2，并且R1、R2的阻值要比桥路中其他电阻大得多。这样，即使电桥中其他电阻的阻值发生变化，左右两桥臂中的电流却差不多保持不变，从而认为其具有恒流特性。线路设计使得I1=I2=I/2=0.5mA。回路输出电压U为热电偶的热电动势e、桥臂电阻RCM的压降URCM及另一桥臂电阻R5的压降UR5三者的代数和：当热电偶的热端温度一定，冷端温度升高时，热电动势将会减小。与此同时，铜电阻RCM的阻值将增大，从而使URCM增大，由此达到了补偿的目的。自动补偿的条件应为（5-2-2）式中，△e为热电偶冷端温度变化引起的热电动势的变化，它随所用的热电偶材料不同而异；I1为流过RCM的电流，即0.5mA；为铜电阻RCM的温度系数，一般取0.00391/℃；△t为热电偶冷端温度的变化范围。现假设热电偶的冷端温度变化范围为0~+50℃，材料采用铂铑10-铂。查分度表得出△e为0.299mV，因此补偿电阻RCM的阻值可以根据式(5-2-2)求出用同样的方法可以求出采用镍铬椖枞鹊缗际\ue24c?/FONT>RCM约为20Ω。需要说明的是，热电偶所产生的热电动势与温度之间的关系是非线性的，每变化1℃所产，生的毫伏数并非都相同，但补偿电阻RCM的阻值变化却与温度变化成线性关系。因此，这种补偿方法是近似的。但在实际使用时，由于热电偶冷端温度变化范围不会太大，这种补偿方法常被采用。5、显示仪表零位调整法当热电偶通过补偿导线连接显示仪表时，如果热电偶冷端温度已知且恒定时，可预先将有零位调整器的显示仪表的指针从刻度的初始值调至已知的冷端温度值上，这时显示仪表的示值即为被测量的实际温度值。5.2常用热电偶及测温线路四、热电偶测温线路热电偶测温线路常见形式如下：1、测量某一点的温度图5.2.3a、b都是一支热电偶和一个仪表配用的连接电路，用于测量某一点的温度。AB为热电偶，为补偿导线。这两种连接方式的区别在于：图5.2.3a中的热电偶冷端被延伸到仪表内，图5.2.3b中的热电偶冷端在仪表外面，RD为连接冷端与仪表的导线电阻。2、测量两点之间的温度差图5.2.4是用两支热电偶和一个仪表配合测量两点之间温差的线路。图中用了两支型号相同的热电偶并配用相同的补偿导线。工作时，两支热电偶产生的热电动势方向相反，故输入仪表的是其差值，这一差值正反映了两支热电偶热端的温差。为了减少测量误差，提高测量精度，要尽可能选用热电特性一致的热电偶，同时要保证两热电偶的冷端温度相同。图5.2.3测量某点温度图5.2.4测量两点温差3、热电偶并联线路有些大型设备，需测量多点的平均温度。可以通过热电偶并联的测量电路来实现，如图5.2.5所示。将n支同型号热电偶的正极和负极分别连接在一起的线路称并联测量线路。如果n支热电偶的电阻均相等，则并联测量线路的总热电动势等于n支热电偶热电动势的平均值，即(5-2-3)热电偶并联线路中，当其中一支热电偶断路时，不会中断整个测温系统的工作。4、热电偶串联线路将n支同型号热电偶依次按正负极相连接的线路称串联测量线路，如图5.2.6所示。。串联测量线路的总热电动势等于n支热电偶热电动势之和，即(5-2-4)串联线路的主要优点是热电动势大，仪表的灵敏度大为增加。缺点是只要有一支热电偶断路，整个测量系统便无法工作。图5.2.5热电偶并联图5.2.5热电偶串联',)