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Technical articles意大利ELSI 熱電偶的工作原理是什么呢
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熱電偶工作原理:
兩種不同成份的導體(稱(chēng)為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當接合點(diǎn)的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢,這種現象稱(chēng)為熱電效應,而這種電動(dòng)勢稱(chēng)為熱電勢。
熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的,其中,直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱(chēng)為測量端),另一端叫做冷端(也稱(chēng)為補償端); 冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì )指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。
熱電偶實(shí)際上是一種能量轉換器,它將熱能轉換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度,對于熱電偶的熱電勢,應注意如下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數的差,而不是熱電偶兩端溫度差的函數;
(2)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小,當熱電偶的材料是均勻時(shí),與熱電偶的長(cháng)度和直徑無(wú)關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);
(3)當熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。
K型熱電偶作為一種溫度傳感器,K型熱電偶通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調節器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。
K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2mm~4.0mm。
正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr=90:10,負極(KN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si=97:3,其使用溫度為-200℃~1300℃。
K型熱電偶具有線(xiàn)性度好,熱電動(dòng)勢較大,靈敏度高,穩定性和均勻性較好,抗氧化性能強,價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶(hù)所采用。
K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用于弱氧化氣氛。
檢出(測溫)元件熱電偶是工業(yè)上常用的溫度檢測元件之一。必須配二次儀表,其優(yōu)點(diǎn)是:
①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。
②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量,某些特殊熱電低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸)。
③構造簡(jiǎn)單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開(kāi)頭的限制,外有保護套管,用起來(lái)非常方便。
2根據溫度測量范圍及精度,選用相應分度號的熱電偶
使用溫度在1300~1800℃,要求精度又比較高時(shí),一般選用B型熱電偶;要求精度不高,氣氛又允許可用鎢錸熱電偶,高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶。
在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶,低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負溫測量一般用T型電偶,在低溫時(shí)T型熱電偶穩定而且精度高。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí),只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時(shí),可接入測量?jì)x表,測得熱電動(dòng)勢后,即可知道被測介質(zhì)的溫度。
熱電偶測量溫度時(shí)要求其冷端(測量端為熱端,通過(guò)引線(xiàn)與測量電路連接的端稱(chēng)為冷端)的溫度保持不變,其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時(shí),冷端的(環(huán)境)溫度變化,將嚴重影響測量的準確性。
在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱(chēng)為熱電偶的冷端補償正常。與測量?jì)x表連接用專(zhuān)用補償導線(xiàn)。
熱電偶的技術(shù)優(yōu)勢:熱電偶測溫范圍寬,性能比擬穩定;丈量精度高,熱電偶與被測對象直接接觸,不受中間介質(zhì)的影響;熱響應時(shí)間快,熱電偶對溫度變化反響靈活;丈量范圍 大,熱電偶從-40~+ 1600℃ 均可連續測溫;熱電偶性能牢靠, 機械強度好。運用壽命長(cháng),裝置便當。
電偶必需是由兩種性質(zhì)不同但契合一定要求的導體(或半導體)材料構成回路。熱電偶丈量端和參考端之間必需有溫差。
將兩種不同資料的導體或半導體A和B焊接起來(lái),構成一個(gè)閉合回路。當導體A和B的兩個(gè)執著(zhù)點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,因此在回路中構成一個(gè)大小的電流,這 種現象稱(chēng)為熱電效應。熱電偶就是應用這一效應來(lái)工作的。
熱電偶冷端補償計算方法:
從毫伏到溫度:測量冷端溫度,換算為對應毫伏值,與熱電偶的毫伏值相加,換算出溫度;
從溫度到毫伏:測量出實(shí)際溫度與冷端溫度,分別換算為毫伏值,相減後得出毫伏值,即得溫度。
在生產(chǎn)中由于被測對象不同,環(huán)境條件不同,測量要求不同,和熱電阻的安裝方法及采取的措施也不同,需要考慮的問(wèn)題比較多,但原則上可以從測溫的準確性、安全性、維修方便三個(gè)方面來(lái)考慮。
為避免測溫元件損壞,應保證其有足夠的機械強度,為保護感溫元件不受磨損應加保護屏或保護管等,為確保安全、可靠,測溫元件的安裝方法應視具體情況(如待測介質(zhì)的溫度、壓力、測溫元件的長(cháng)度及其安裝位置、形式等)而定。
凡安裝承受壓力的測溫元件,都必須保證其密封性。高溫下工作的熱電偶,為防止保護管在高溫下產(chǎn)生變形,一般應垂直安裝,若必須水平安裝則不宜過(guò)長(cháng),并用支架保護熱電偶。若測溫元件安裝于介質(zhì)流速較大的管道中,則其應傾斜安裝。
熱電阻和熱電偶有什么區別
熱電阻和熱電偶都是溫度傳感器,但在工作原理、溫度范圍、精度和靈敏度以及使用環(huán)境等方面存在明顯的區別。
工作原理:熱電阻利用電阻與溫度呈線(xiàn)性關(guān)系來(lái)測量溫度,即溫度變化導致電阻值的變化。而熱電偶則是利用熱電效應來(lái)測量溫度,通過(guò)兩種不同金屬的連接產(chǎn)生熱電勢差來(lái)測量溫度。
溫度范圍:熱電阻一般適用于低溫到中溫范圍,通??梢詼y量-200℃到850℃的溫度范圍。而熱電偶適用于較高溫度范圍,可以測量從-270℃到2300℃的溫度范圍。
精度和靈敏度:熱電偶的溫度測量精度較高,通??梢赃_到0.1℃左右,而熱電阻的測量精度一般較熱電偶略低。此外,熱電偶對溫度變化的響應速度較快,靈敏度較高。
使用環(huán)境:熱電阻對環(huán)境要求較為嚴格,一般不適用于容易腐蝕、振動(dòng)或受磁場(chǎng)干擾的場(chǎng)合。相比之下,熱電偶可以在端的環(huán)境下使用,如高壓、強磁場(chǎng)和腐蝕環(huán)境下。
信號性質(zhì):熱電阻本身是電阻,溫度的變化使電阻產(chǎn)生正的或者負的阻值變化;而熱電偶是產(chǎn)生隨溫度變化而變化的感應電壓。
材料差異:熱電阻是一種金屬材料,具有溫度敏感變化的金屬材料;熱電偶是雙金屬材料,即兩種不同的金屬,由于溫度的變化,在兩個(gè)不同金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢差。
綜上所述,熱電阻和熱電偶在工作原理、溫度范圍、精度和靈敏度以及使用環(huán)境等方面存在明顯的區別。在選擇溫度傳感器時(shí),需要根據具體的使用環(huán)境和測量要求來(lái)選擇合適的類(lèi)型。