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《常見儀表知識(shí)浙大中控DCS材料.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、工程人員手冊(cè)第五章常見儀表知識(shí)5.1熱電偶測(cè)溫原理5.1.1熱電效應(yīng)與熱電偶熱電效應(yīng)是熱電偶測(cè)溫的基本原理。根據(jù)熱電效應(yīng)，任何兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，如圖5.1-1所示，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度各為t及t0的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。這兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。每根單獨(dú)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱為熱電極。兩個(gè)接點(diǎn)中，t端稱為工作端（假定該端置于被測(cè)的熱源中），又稱測(cè)量端或熱端；t0端稱為自由端，又稱參考端或冷端。由熱電效應(yīng)可知，閉合回路中所產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩部分組成，
2、圖5.1-1熱電效應(yīng)即接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)，總電勢(shì)由（5.1-1）式給出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接觸電勢(shì)比溫差電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的電勢(shì)可表示為EAB（t,t0）=eAB(t)－eAB（t0）（5.1-1）這就是熱電偶測(cè)溫的基本公式。；當(dāng)t0為一定時(shí)，eAB(t0)=C為常數(shù)。則對(duì)確定的熱電偶電極，其總電勢(shì)就只與溫度t成單函數(shù)關(guān)系，即EAB（t,t0）=eAB(t)－C（5.1-2）根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定：t0=0℃時(shí)，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同的工作溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，
3、列成一張張表格，這就是常說的分度表。溫度與熱電勢(shì)之間的關(guān)系也可以用函數(shù)式表示，稱為參考函數(shù)。新的ITS-90的分度表和參考函數(shù)是由國(guó)際電工委員會(huì)和國(guó)際計(jì)量委員會(huì)合作安排，國(guó)際上有權(quán)威的研究機(jī)構(gòu)（包括中國(guó)在內(nèi)）共同參與完成的，它是熱電偶的測(cè)溫的主要依據(jù)。5.1.2熱電偶基本定律1、中間導(dǎo)電定律如圖5.1-2所示將A、B構(gòu)成的熱電偶的t0端斷開，接入第三種導(dǎo)體C，并使A與C和B與C接觸處的溫度均為t0，則接入導(dǎo)體C后對(duì)熱電偶回路中的總電勢(shì)沒有影響。證明如下：由于接觸電勢(shì)忽略不計(jì)，則回路中的總電勢(shì)等于各
4、第1頁(yè)共1頁(yè)工程人員手冊(cè)接點(diǎn)的溫差電勢(shì)之和，即EABC（t，t0）＝eAB（t）＋eBC（t0）＋eCA（t0）當(dāng)t=t0時(shí)，有EABC（t，t0）＝eAB（t0）＋eBC（t0）＋eCA（t0）＝0圖5.1-2三種導(dǎo)體的熱點(diǎn)回路（5.1-3）（5.1-4）由上式可得eBC（t0）＋eCA（t0）＝－eAB（t0），代入（3–3）式得EABC（t，t0）＝eAB（t）－eAB（t0）＝EAB（t，t0）（5.1-5）同理還可以證明，加入第四、第五種導(dǎo)體后，只要加入的導(dǎo)體的兩端溫度相等，則總電勢(shì)與
5、原熱電偶回路的電勢(shì)值相同。根據(jù)熱電偶的這一性質(zhì)，可以在熱電偶回路種引入各種儀表、連接導(dǎo)線等。例如，在熱電偶的自由端接入一只測(cè)量電勢(shì)的儀表，并保證兩各接點(diǎn)的溫度一致就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量而且不影響熱電偶的輸出。2、均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面如何以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。這條定律說明，熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。3、中間溫度定律熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t，t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB（t，t0）等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t，t0的熱電勢(shì)EAB（t，tc）和
6、EAB（tc，t0）的代數(shù)和（見圖5.1-3），即EAB（t，t0）＝EAB（t，tc）＋EAB（tc，t0）（5.1–6）4、等值替代定律如果使熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，即EAB（t，t0）＝ECD（t，t0），則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)可以互相代用。圖5.1-3中間溫度定律5.2熱電阻測(cè)溫原理電阻的熱效應(yīng)早已被人們所認(rèn)識(shí)，即電阻體的阻值隨溫度的升高而增加或減小。從電阻隨溫度的變化原理來(lái)看，大部分的導(dǎo)體或半導(dǎo)體都有這種性質(zhì)，但作為
7、溫度檢測(cè)元件，這些材料應(yīng)滿足以下這些要求：1、要有盡可能大而且穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)；2、電阻率要大，以便在同樣靈敏度下減小元件的尺寸；3、電阻值隨溫度變化要有單值函數(shù)關(guān)系，最好呈線性關(guān)系；4、在電阻的使用溫度范圍內(nèi)，其化學(xué)和物理性能穩(wěn)定，并且材料復(fù)制性好，價(jià)格盡可能便宜。能用作溫度檢測(cè)元件的電阻體稱為熱電阻。根據(jù)上述要求，目前國(guó)際上最常見的熱電阻第2頁(yè)共2頁(yè)工程人員手冊(cè)有鉑、銅及半導(dǎo)體熱敏電阻等。5.2.1金屬熱電阻金屬熱電阻主要有鉑電阻、銅電阻和鎳電阻等，其中鉑電阻和銅電阻最為常用，有一套標(biāo)準(zhǔn)的制作
8、要求和分度表、計(jì)算公式。金屬熱電阻阻值隨溫度得變化大小用電阻溫度系數(shù)α來(lái)表示，其定義為：α＝（R100－R0）/100R0（5.2-1）式中R0和R100分別為0℃和100℃時(shí)熱電阻的電阻值?？梢奟100/R0越大，α值也越大，說明溫度升高使熱電阻的電阻值增加越多。金屬的純度對(duì)電阻溫度系數(shù)影響很大，純度越高，α值越大，例如，作為基準(zhǔn)器用的－－Ω·℃。另外α值還與制造工藝有關(guān)。因?yàn)樵陔娮杞z的拉伸過程中，電阻絲的內(nèi)應(yīng)力應(yīng)會(huì)引起α的變化，所以電阻絲在做成熱電阻之前，必須進(jìn)
