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熱電偶測量溫度的基本原理

文章作者:南京賽亞特福精密儀器有限公司    發布時間:2022-05-09
 
鎧裝熱電偶的溫度測量原理及范圍。
測溫原理
電偶用兩種不同成分的導體焊接在一起。當兩端溫度不同時,電路中會產生熱電勢。因此,勢電偶是一種通過測量電勢來測量溫度的溫度感應原件。它是一換器。它可以將溫度信號轉換為電信號,然后由顯示器顯示。
熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應,將兩種不同成分的金屬導體連接到一個封閉的電路中。如果兩個接頭的溫度不同,則會在電路中產生熱電勢,形成熱電流,即熱電效應。熱電偶是焊接兩種不同的金屬材料的一端,焊接的一端稱為測量端,未焊接的一端稱為參考端。當測量端加熱時,參考端通常恒定在一定的溫度(如00C)。如果參考端溫度恒定,其熱電勢的大小和方向僅與兩種金屬材料的特性和測量端的溫度有關,而與勢電偶的細度和長度無關。當測量端的溫度發生變化時,勢電勢也會發生變化,溫度和熱電勢之間有一個固定的函數關系。
測量范圍
常用的溫度儀器有鎧裝熱電偶。
鎧裝熱電偶:測量500℃以上的高溫,火電廠主蒸汽溫度,管壁溫度過熱,煙氣溫度高溫。
能測量高溫,性能穩定,準確可靠,結構簡單,維護方便,信號傳輸方便,實現多點切換測量。主要型號:分度號:S或LB-3上限1300℃(短時1600℃)。B或LL-2上限1600℃(短時1800℃)K或EU-2上限1200℃(短時1300℃)T或CK上限-200~350℃(短時400℃)E或EA-2上限-200~900℃熱電阻:測量精度高,性能穩定,靈敏度高,應用范圍廣,可遠程詢問,實現溫度自動控制和記錄。鉑熱電阻、嘴高溫650℃、PT50、PT100、銅電阻:50-150℃Cu50、Cu100。注:自熱效應引起的誤差,PT工作d電流小于6ma,熱容量大,熱交換充分,測量準確。安裝:安裝時,與被測介質形成逆流,至少為90°分度號:S或LB-3上限為1300℃(短時1600℃)。B或LL-2上限為1600℃(短時1800℃)K或EU-2上限為1200℃(短時1300℃)T或CK上限為-200~350℃(短時400℃)E或EA-2上限為-200~900℃:測量精度高。
兩種不同成分的導體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當接合點的溫度不同時,在回路中就會產生電動勢,這種現象稱為熱電效應,而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的,其中,直接用作測量介質溫度的一端叫作工作端(也稱為測量端),另一端叫做冷端(也稱為補償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。
必須特別指出的是,pH計上設置的溫度補償,只是補償電極的斜率項(2.303RT/F)。受溫度影響的還有玻璃電極的標準電勢,液接界電勢等,它們與溫度并非成嚴格的線性關系。同時pH電極也需要一定的時間才能達到新溫度下的平衡。因此,不管是手動溫度補償還是自動溫度補償,都不是很充分的。根據pH測量的操作定義,要想得到精密的測量結果,樣品溶液與標準溶液應在相同和恒定的溫度下測量,這就是等溫測量原理。對于一般精度要求的pH測量,樣品溶液與標準溶液的溫度不同時,可使用溫度補償。
一個導體如果兩端溫度不同,那么其導體兩端的電子能量就不同,溫度高的電子能量高就會向溫度低的方向擴散,從而在高溫處產生正電勢,在低溫處產生負電勢,當電子擴散達到動態平衡后就形成一個靜電場——溫差電勢。熱電偶就是通過這個原理實現了把熱端溫度產生的熱電勢延伸到控制室的目的,避免了傳遞過程中溫度梯度變化而產生的測量失真。
現在讓我們把所有理論集合在一起看,溫度本質是粒子運動,熱量產生和交換的過程,溫度***低下限是存在的,因為沒有了運動,熱量自然為零。但在微觀世界中,粒子并不會完全靜止,這也是海森堡測不準原理中解釋道的,速度、位置總要有一個。無法測量粒子的運動變化,也就無法確定它的位置,粒子也許大概在某個區域,但它不可能***地在一個點。同時我們再看***零度下的狀態,粒子既然停止了運動,那么就能夠完全確定它的位置和方向,而這便違背了量子力學所規定要求。

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