热工测量及仪表PPT教学教案.ppt

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1、热工测量仪表——热电偶温度计引言热电偶温度计由热电偶、电测量仪表和连接导线组成。它被广泛用来测量100～1600摄氏度范围内的温度，用特殊材料制成的热电偶还可以测量更高或更低的温度。热电偶测量温度有较高的准确度。由于热电偶能把温度信号转变成电信号、便于信号的远传和实现多点切换测量，因此，它在工业生产和科学研究领域中被广泛用于测量温度。一、热电现象和基本定律1821年德国科学家塞贝克发现在由两种不同导体构成的闭合回路中，当两个交接端子存在温差时，回路中将有电流产生，这一效应被称之为塞贝克效应。1834年法国科学家珀尔帖发现了塞贝克效应的逆效

2、应，即在由两种不同导体构成的闭合回路中通有直流电流时，两个交接端子中的一个温度降低(吸热端)，而另一个则温度升高(放热端)，在两个交接端之间产生了温差，这一效应被称之为珀尔帖效应。1.1热电现象和热电偶温度计研究表明：热电势是由温差电势和接触电势组成的。温差电势（汤姆逊电势）是一根导体上因两端温度不同而产生的热电动势。当同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温短跑到高温端的要多，结果，高温端因失去电子而带正电荷，低温端因得到电子而带负电，从而在高、低温端之间形成一个从高温端指向

3、低温端的静电场。该电场阻止电子从高温端跑向低温端，同时加速电子从低温端跑向高温端，最后到达动平衡状态，即从高温端跑向低温端的电子数等于从低温端跑向高温端的电子数。动平衡状态时在导体两端产生一个相应的电位差，该电位差称为温差电势。1.1热电现象和热电偶温度计此电势只与导体性质和导体两端的温度有关，而与导体长度，截面大小，沿导体长度上的温度分布无关。如均匀导体A两端的温度为T和To（见图3-2），则在导体两端之间的温差电动势E为（3-1）式中：N为材料的电子密度，是温度的函数，t为沿材料长度的温度分布，函数的形式只与导体的性质有关。接触电势（

4、珀尔帖电势）：是在两种不同的导体A和B接触时产生。A、B金属有不同的电子密度，设A的电子密度大于B的电子密度，则从A扩散到B的电子数比从B扩散到A的多，从而A因失去电子带正电，B因得到电子带负电，于是在A和B的接触面形成从A到B的静电场，该电场阻止电子扩散的继续进行，同时加速电子向反向移动，最后达到动平衡。在动平衡状态时A、B之间形成一个电位差，这个电位差称为接触电势。1.1热电现象和热电偶温度计(续)1.1热电现象和热电偶温度计(续)接触电势数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。记为其中e为单位电荷，K为玻尔兹曼常数，N为电子密度

5、。1.1热电现象和热电偶温度计(续)一个由A、B两种均匀导体组成的热电偶，当两个接点温度分别为T和T0（见书上P70图4－4）时，按顺时针取向，热电偶产生的热电势为根据接触电势公式，有根据温差电势公式有：故回路中的总热电动势为：如材料A,B已知，则NA,NB为温度的函数，可写为：若使热电偶的一个接点的温度保持不变，则上式中EAB(t0)的项也不变，设为常熟C,这时上式写成EAB(t,to)=EAB(t)-c(3-3)即热电偶所产生的热电势EAB(t,to)只和温度t有关，因此，测量热电势的大小，就可求得温度t的数值了，这就是热电偶测量温度

6、的工作原理。组成热电偶的两种导体，称为热电极。通常把to端称为热电偶的参考端、自由端或冷端，而t端称为测量端、工作端或热端（下统称冷端、热端）。如果在冷端电流从导体A流向导体B,则称为正热电极，B称为负热电极在使用热电偶测量温度时，还需要应用关于热电偶的三条基本定律，它们已由试验所确立，可分述如下：1.均质导体定律由一种均质导体（或半导体）组成的闭合电路，不论导体（半导体）的截面积如何以及各处的温度分布如何，都不能产生热电势。由此定律可以得到如下的结论：1)热电偶必须有两种不同性质的材料构成;2)有一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路产

7、生热电势，便说明该材料是不均匀的。据此，可检查热电极材料的均匀性2中间导体定律由不同材料组成的闭合回路中，如各材料接触点的温度都相同、则回路中热电势的总和等于零。由此可得出如下结论（推导参考吴书P41-42）1）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。2）如果两种导体A、B对另一种参考导体C的热电势已知，则这两种导体组成热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和。参考电极被称为标准电极。因为铂的物理化学性能稳定、熔点高、易提纯、复制性好，所以标准电极常用铂丝制作。只要取得一些热电极与标准铂电极配

8、对的热电势，其中任何两种热电极配对时的热电势就可通过计算得知。3.连接温度（或中间温度）定律接点温度为t和t0的热电偶，它的热电势等于接点温度分别为t、tn和tn、t0的两支同性质热电偶的热