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常州市瑞明儀表廠
主營產(chǎn)品： 水銀溫度計(jì),干濕溫度計(jì),礦山用溫度計(jì),最高最低溫度計(jì),耐震壓力表,磁性浮子液位計(jì) |
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2009-8-29 閱讀(3249)
熱電溫度計(jì)以熱電偶作為測(cè)溫元件測(cè)得與溫度相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)由儀表顯示出溫度值。它廣泛用來測(cè)量-200℃~ 1300℃范圍內(nèi)的溫度，特殊情況下，可測(cè)至2800℃的高溫或4K的低溫。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、準(zhǔn)確度高、測(cè)溫范圍廣等特點(diǎn)。由于熱電偶將溫度轉(zhuǎn)化成電量進(jìn)行檢測(cè)，使溫度的測(cè)量、控制以及對(duì)溫度信號(hào)的放大、變換都很方便，適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和自動(dòng)控制。在接觸式測(cè)溫法中，熱電溫度計(jì)的應(yīng)用zui普遍。
（1） 熱電偶測(cè)溫原理
熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。
將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)電1 和2的溫度不同時(shí)，如果T＞T0 ，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，并在回路中有一定大小的電流，此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。該電動(dòng)勢(shì)就是的“塞貝克溫差電動(dòng)勢(shì)”，簡(jiǎn)稱“熱電動(dòng)勢(shì)”，記為EAB，導(dǎo)體A，B稱為熱電極。接點(diǎn)1通常是焊接在一起的，測(cè)量時(shí)將它置于測(cè)溫場(chǎng)所感受被測(cè)溫度，故稱為測(cè)量端（或工作端熱端）。接點(diǎn)2要求溫度恒定，稱為參考端（或冷端）。由兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動(dòng)勢(shì)的傳感器叫做熱電偶。
熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)（珀?duì)栙N電勢(shì)）和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成。熱電動(dòng)勢(shì)的大小與兩種導(dǎo)體材料的性質(zhì)及接點(diǎn)溫度有關(guān)。
導(dǎo)體內(nèi)部的電子密度是不同的，當(dāng)兩種電子密度不同的導(dǎo)體A與B接觸時(shí)，接觸面上就會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散，電子從電子密度高的導(dǎo)體流向密度低的導(dǎo)體。電子擴(kuò)散的速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體A和B的自由電子密度為NA和NB，且NA＞NB，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體A失去電子而帶正電，導(dǎo)體B則獲得電子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)阻礙了電子的擴(kuò)散，達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)，其大小為
（8.2-2）
式中k——玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；
e——電子電荷量，e＝1.6×10-19 C；
T——接觸處的溫度，K；
NA，NB——分別為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。
因?qū)w兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電勢(shì)。由于溫度梯度的存在，改變了電子的能量分布，高溫端（T）電子將向低溫端（T0）擴(kuò)散，致使高溫端因失去電子帶正電，低溫端因獲電子而帶負(fù)電。因而在同一導(dǎo)體兩端也產(chǎn)生電位差，并阻止電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，于是電子擴(kuò)散形成動(dòng)平衡，此時(shí)所建立的電位差稱為溫差電勢(shì)即湯姆遜電勢(shì)，它與溫度的關(guān)系為
（8.2-3）
式中σ為湯姆遜系數(shù)，表示溫差1℃所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，其大小與材料性質(zhì)及兩端的溫度有關(guān)。
導(dǎo)體A和B組成的熱電偶閉合電路在兩個(gè)接點(diǎn)處有兩個(gè)接觸電勢(shì)eAB（T）與eAB（T0），又因?yàn)門＞T0，在導(dǎo)體A和B中還各有一個(gè)溫差電勢(shì)。所以閉合回路總熱電動(dòng)勢(shì)EAB（T,T0）應(yīng)為接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即：
（8.2-4）
對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考溫度恒定時(shí)，總熱電動(dòng)勢(shì)就變成測(cè)量端溫度T的單值函數(shù)，即EAB（T,T0）=f（T）。這就是熱電偶測(cè)量溫度的基本原理。
