热电偶制造材料及操作特性

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：表4-3制造热电偶的材料热电偶的特性是由19世纪一个叫托马斯·塞贝克的人发现的，为了纪念他，又将热电偶的操作特性称为塞贝克效应。热电偶的变送器包括电位计，可以对其进行调整以保证输出下限对应最低温度，而输出上限对应最高温度。

热电偶是一种温度传感器，它随着温度的变化可以产生mV级的微小的电压变化。热电偶由两根不同的金属导线构成，具体情况在表4-3中列出。该表中还列出了每种类型热电偶可应用的温度范围及其对应的字母编号。图4-11示出了4种常见的热电偶的温度-输出电压曲线，其中0℃对应0V。

表4-3　制造热电偶的材料

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热电偶的特性是由19世纪一个叫托马斯·塞贝克的人发现的，为了纪念他，又将热电偶的操作特性称为塞贝克效应。塞贝克发现如果有两根用不同金属材料制成的导线，将其两端分别连接，此时产生两个节点。当给一端加热时导线中会有微弱的电流流过。图4-12（a）示出了塞贝克效应。图4-12（b）中一端的节点用来加热，而另一端会产生毫伏级电压的节点由一个毫伏计代替。

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图4-11　热电偶的压力-温度曲线

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图4-12　热电偶的节点连接图：塞贝克效应

在图4-12（b）所示的接线中，热电偶和电压表的连接使该端又出现一个新的不同材质的节点，该节点和原有节点之间产生一个与热电偶节点相反的微小电压，导致读取电压时会出现误差。人们把新的节点叫作基准结，当它处于0℃时，电压表读到的电压值是正确的。19世纪末，基准结被称为冷结，因为要把它浸在冰水中才能保证它的温度为0℃。现在出现了许多更方便的技术，例如：

（1）基准组块。如图4-13所示，需要不停地升温或降温来使其保持在预定温度上。

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图4-13　热电偶的基准组块

（2）补偿电路。它用来测量基准节点的温度，并控制热电偶节点，消除误差，好像基准节点一直维持在0℃一样。

（3）计算机程序。所有节点的信号都转换为电信号输入计算机，然后利用计算机程序对基准节点的温度进行补偿。

由于热电偶的输出信号在毫伏级，因此它需要一个变送器。这里采用的变送器通常是一个高增益的测量放大器，输出信号分别为1～5V、0～10V和4～20mA。热电偶的变送器包括电位计，可以对其进行调整以保证输出下限对应最低温度，而输出上限对应最高温度。另外为了保证热电偶输出的小信号被完整地放大，需要采取以下措施：

（1）热电偶节点要接地。

（2）热电偶的导线之间要加补偿导线。

（3）变送器的放大器要具有很高的共模抑制能力。

热电偶制造材料及操作特性

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