DOC《第5章》

否则,一旦该材料两端温度有所变化,热电动势的变动将会很大. 3.标准电极定律 图5.3 由三种导体分别组成的热电偶 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所示,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EAC(t,t0)=eAC(t)CeAC(t0) EBC(t,t0)=eBC(t)CeBC(t0) 则由A、B两导体组成的热电偶的热电势为 EAB(t,t0)=EAC(t,t0)-EBC(t,t0) (5.9) 标准电极定律是一个极为实用的定律.由于纯金属和各种金属合金种类很多,因此,要确定这些金属之间组合而成的热电偶的热电动势,其工作量是极大的.但是可以利用铂的物理、化学性质稳定,熔点高,易提纯的特性,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,则镍铬和考铜所组合而成的热电偶所产生的热电动势应为2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV. 4.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: EAB(t,t0)=EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)5.10) 中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据.它表明:若热电偶的两热电极被两根导体延长,只要接入的两根导体组成的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 热电偶的材料、结构及种类 5.2.1 热电偶材料 根据金属的热电效应原理,组成热电偶的热电极可以是任意的金属材料,但在实际应用中,用作热电极的材料应具备如下几方面的条件: (1)测量范围广.在规定的温度测量范围内具有较高的测量精确度,有较大的热电动势.温度与热电动势的关系是单值函数. (2)性能稳定.要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定,有较好的均匀性和复现性. (3)化学性能好.要求在规定的温度测量范围内使用时有良好的化学稳定性、抗氧化或抗还原性能,不产生蒸发现象. 满足上述条件的热电偶材料并不很多.目前,我国大量生产和使用的性能符合专业标准或国家标准并具有统一分度表的热电偶材料称为定型热电偶材料,共有6个品牌.它们分别是:铂铑30-铂铑6,铂铑10-铂,镍铬-镍硅,镍铬-镍铜,铁-铜镍,铜-铜镍.此外,我国还生产一些未定型热电偶材料,如铂锗13-铂、依铐40-铱,钨铼5-钨铼20及金铁热电偶、双铂钼热电偶等.这些非标热电偶应用于一些特殊条件下的测温,如超高温、极低温、高真空或核辐射环境等. 5.2.2 热电偶结构 热电偶温度传感器广泛应用于工业生产过程中的温度测量.根据其用途和安装位置不同,它具有多种结构形式. 1.普通工业热电偶的结构 热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成,其结构如图5.4所示.现将各部分构造做简单的介绍. (1)热电极.热电极又称偶丝,它是热电偶的基本组成部分.用普通金属做成偶丝,其直径一般为0.5~3.2mm;