B型热电偶
B型热电偶(铂铑30-铂铑6)用于氧化性/惰性气氛中0~1700℃(长期1600℃、短期1800℃)高温测量,其常温热电势极小(0~50℃小于3μV)故参比端常无需冷端补偿,但热电势率小、灵敏度低、价格高。
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B型热电偶(铂铑30-铂铑6)用于氧化性/惰性气氛中0~1700℃(长期1600℃、短期1800℃)高温测量,其常温热电势极小(0~50℃小于3μV)故参比端常无需冷端补偿,但热电势率小、灵敏度低、价格高。
CTR热敏电阻是一种在临界温度附近电阻值急剧下降的负温度系数半导体热敏电阻,其陡变的温阻特性使其主要用作温度开关。
E型热电偶以镍铬为正极、铜镍合金为负极,是标准化热电偶中灵敏度最高、热电动势最大的一种,适用于中温、还原性或惰性气氛及湿度较大的环境测温,但高温下易氧化且不能在含硫或还原性气氛中使用。
J型热电偶(铁-康铜)是一种可在还原性气氛中使用、热电势比K型约高20%的标准化廉金属热电偶,但铁正极易生锈。
K型热电偶以镍铬-镍硅为电极,在-200~1300℃内输出近似线性的热电动势,是抗氧化、廉价、使用最广的测温热电偶,但高温硫、还原及真空气氛中受限。
MEMS热式流量计利用热电阻的散热速率随流速变化的原理测量流量,因无运动件而体积小、可靠性高,与靠叶轮转动的涡轮流量计在结构上根本不同。
NTC热敏电阻利用半导体电阻随温度升高而显著减小的负温度特性,通过式8-43描述阻温关系,用于测温、温度补偿与温度控制。
NTC热敏电阻的伏安特性由电流自热与散热条件共同决定,小电流时近似线性,电流增大后出现峰值并转为负斜率,散热越强曲线越向高电流方向延伸。
N型热电偶是以镍铬硅-镍硅为热电极的标准化非贵金属热电偶,在氧化性气氛中可长期用于约1200℃以下测温,其热电势-温度关系线性好、抗氧化性优于K型,但同样不适用于还原性气氛。
PTC热敏电阻是一种阻值随温度升高而增大的半导体测温/控温元件,其温阻曲线在特定温区呈陡升特性,与NTC、CTR共同构成三类温度系数热敏电阻。
R型热电偶是铂铑13-铂标准热电偶,其测温范围与S型重叠,高温稳定性好,但我国未发展该型号。
S型热电偶(铂铑10-铂)利用两种不同金属接点间的塞贝克效应,把高温端温度转换为热电动势输出,其热电势小但稳定精确,适合在氧化或惰性气氛中作高温测量和标准热电偶。
T型热电偶以铜为正极、康铜为负极,在低温区热电势-温度关系线性好、低温特性优良,但使用温度上限低且铜正极在氧化性气氛中易氧化,适用于低温及还原性气氛测量。
水的三相点是气、液、固三相共存的唯一温度—压强点,被规定为热力学温标的273.16 K(0.01 ℃、610.75 Pa),与标准大气压下冰水混合物的摄氏零点相差0.01 K。
在热电偶回路中接入第三种导体时,只要该导体两端温度相同,回路总热电动势不变,因此可接入测量仪表和连接导线而不影响测温结果。
中间温度定律 E(T,T0)=E(T,Tn)+E(Tn,T0) 表明热电偶热电动势只取决于两端温度,是冷端温度校正和补偿导线延长热电极的理论依据。
兰氏温标是以绝对零度为起点、采用华氏度间隔的绝对温标,冰点和沸点分别为491.67°R与671.67°R。
冰点槽把热电偶冷端两电极分别绝缘后浸入同一冰水混合物,得到 0 ℃ 参考端,用于实验室精确测量与热电偶标定。
冷端恒温法把热电偶参考端置于冰水混合物中,使其稳定在 0 ℃,从而直接获得以 0 ℃ 为参考的热电动势,用于精确测量与标定。
冷端温度校正法利用中间温度定律,把冷端温度为 t₀ 时测得的热电势 E(t,t₀) 加上 E(t₀,0),换算成冷端为 0℃ 的热电势 E(t,0),再查分度表得到热端实际温度。
冷端电桥自动补偿法用与热电偶冷端同温的铜电阻臂构成不平衡电桥,在冷端升温使热电动势下降时产生方向相反、大小相等的补偿电压,使仪表读数不随冷端温度变化。
线性插值在相邻表点的小区间用量值比例估计温度,热电偶先处理参考端,热电阻按对应分度的电阻插值。
列氏温标以水的冰点0度、沸点80度、中间80等分为定义,是历史上依据酒精体积膨胀比例建立的一种相对温标。
华氏温标以冰点32°F和沸点212°F为固定点、中间180等分,与摄氏(100等分)、开尔文(绝对零度起算)之间通过固定点对应关系线性换算。
双线并绕让相邻电流磁效应相抵以减小电感,仍保留电阻与温度敏感作用。
均质导体定律指出,由同一种均质材料构成的闭合回路,无论其截面积和温度分布如何,总热电动势恒为零,因此可用于检验材料的均匀性。
接触式测温通过敏感元件与被测对象接触进行热传导换热,达到热平衡后两者温度相等,但换热会降低被测物温度,因此要求被测体热容量足够大且接触材料耐腐蚀。
两种自由电子密度不同的金属接触时,电子净扩散形成阻碍扩散的电场,动态平衡下产生接触电动势 E_AB(T)=(kT/e)ln(N_A/N_B),它随材料与绝对温度变化,是热电偶回路热电动势的主要成分。
摄氏温标以水的冰点0 °C和沸点100 °C为固定点、间隔等分100份,是温度测量中读数零点与分度间隔的基准,并可通过线性关系与华氏、开尔文等温标互换。
普通型热电偶由热电极、绝缘管、保护管和接线盒组成,绝缘管防止热电极间及对保护管短路,保护管隔离被测介质以耐温耐腐蚀并防机械损伤,接线盒用于连接补偿导线。
标准化热电偶是工艺成熟、能批量生产、具有统一分度表并列入国际和国家标准的热电偶,其热电动势与温度关系有统一规定,因而可互换使用,工程上按测温范围、气氛、精度和费用从S/R/B/K/N/E/T/J等标准类型中选用。
标准电极定律说明:在同一对端温度下,任意两导体 A、B 组成热电偶的热电动势,可由它们分别与同一标准电极 C(通常为纯铂)组成热电偶的热电动势按极性代数相加得到,从而用少量标定数据推算出任意材料组合的热电特性。
温差电动势是单一导体因两端温度不同、热端电子向冷端扩散并达到动态平衡而形成的电位差,它与两接点的接触电动势按极性代数相加构成热电偶回路总热电动势。
温度是表征物体冷热程度的宏观物理量,其微观本质取决于物体内部分子、原子等粒子的平均动能,因此温度反映的是粒子热运动的平均剧烈程度,而不是物体的总热量。
温度固定点用于复现国际温标,ITS-90 按温区选用不同的标准测温仪器。
温敏电阻自热误差是指电流通过热敏电阻时产生的焦耳热使元件温度高于被测环境温度,导致阻值偏离真实温度对应值,因此测量时必须限制电流以保持小电流线性工作。
温标是规定温度读数零点和分度间隔的数值表示方法,不同温标通过固定点(冰点、沸点、绝对零度)建立换算关系。
热力学温标以绝对零度为起点、以水三相点273.16 K为唯一固定点定义开尔文单位,是摄氏、华氏等经验温标的统一基准。
热敏电阻是利用金属氧化物烧结半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成的热敏元件,其温度系数约为金属热电阻的4至9倍,按温度特性分为NTC、PTC和CTR三类,用于测温、控温、温度补偿及流速、液位等参数的检测。
热敏电阻因烧结离散性互换性差且阻温特性非线性,用固定电阻串并联构成网络可调整个体曲线以实现统一化。
NTC热敏电阻阻值随温度下降而升高,经9014与9012两级开关驱动继电器接通加热器,构成温度自动回升的闭环控温电路。
热敏电阻的时间常数 τ 描述其温度随环境阶跃变化时的动态响应快慢,由热容量 C 与耗散系数 H 之比决定,并与标称电阻、能量灵敏度 G 和最大耗散功率共同刻画其静态与动态特性。
热敏电阻材料常数B把两个温度下的阻值联系起来,用指数关系描述NTC热敏电阻阻值随温度升高而下降的规律。
热敏电阻的标称电阻值是在25±0.2℃下测得的冷电阻,由材料与几何尺寸决定,是其他参数(H、C、G、τ、额定功率)的基准。
热敏电阻流速计用两个热敏电阻分别置于流动处和参考处,静止时电桥平衡,流动时流动处被冷却阻值变化产生电阻差,输出近似正比于该电阻差。
利用负温度系数热敏电阻与锰铜电阻并联后再与金属被补偿元件串联,使相反温度系数相互抵消,从而减小仪表因温度变化产生的电阻误差。
热敏电阻点温计用惠斯通电桥把测头热敏电阻的阻值变化转换为检流计偏转,通过“0”档机械调零、“1”档用 R6 校准满刻度、“2”档接入测头测温三步操作实现点温测量。
热敏电阻的热容量 C 表示温度升高 1℃所需吸收的热量,C 越小则时间常数 τ 越小、响应越快,而 τ 还与散热系数 H 共同决定。
热敏电阻的电阻温度系数 α=(1/R)dR/dT 描述电阻随温度变化的相对速率,对 NTC 有 α=-B/T²,其绝对值随温度升高而减小,但远大于金属,故灵敏度高;串并联电阻可改变组合后的等效 α。
在热敏电阻上串并联固定电阻构成网络,可在有限温区内把离散且非线性的阻温曲线修整为逼近统一特性的曲线。
在有限温区内,用固定电阻与热敏电阻串并联构成网络,使总阻值在指定工作点附近逼近线性或统一特性。
热敏电阻耗散系数 H 描述其散热能力,与热容量 C 共同决定时间常数 τ,并约束额定功率与能量灵敏度 G。
能量灵敏度 G 是使热敏电阻阻值改变 1% 所需耗散功率(单位 W),由散热系数 H 与热容量 C 共同决定,并与时间常数 τ 及最大允许功耗相互制约。
热敏电阻的额定功率是在标准压力和最高工作温度下允许长期耗散的最大功率,它由耗散系数、热容量、能量灵敏度和时间常数共同约束。
热电偶利用两种不同导体组成闭合回路、两端温度不等时产生的热电动势来测温,热电动势主要由两接点的接触电动势决定,在冷端温度恒定时是工作端温度的单值函数。
同向串联把各电势相加并增大信号;平均温度需明确支数、参考条件与线性近似。
热电偶保护管是套在热电极与绝缘管外、使感温元件与被测介质隔离的耐高温耐腐蚀外壳,与热电极、绝缘管、接线盒共同构成普通型热电偶的完整结构。
AD594C示例把J型电势放大并补偿参考端,再经外部运放和ADC接口形成可用信号。
热电偶冷端温度补偿用于消除冷端温度波动对热电动势的影响,通过补偿导线延伸冷端、恒温或校正、以及补偿电桥自动产生与冷端温升对应的补偿电压,使输出仅反映热端温度。
冷端补偿电桥用与热电偶冷端同温的铜电阻 R_Cu 感受冷端温度变化,使电桥失衡产生一个与冷端升温所损失热电动势大小相等、方向相加的补偿电压,从而让仪表读到的总电动势不随冷端温度漂移。
热电偶分度表把参考端为0℃时的热电动势与测量端温度一一对应,查表时用温度定位毫伏,冷端不为0℃时先按中间温度定律补加E(t₀,0)再反查温度。
热电偶回路中插入第三种匀质导线,只要其两端温度相同,热电势不变,因此可把测量仪表直接接入回路而两端同温时不影响读数。
热电偶热电势由工作端与参考端温度共同决定,只有把参考端温度固定或校正到已知值,才能由热电势单值地确定工作端温度。
热电偶由两种不同材料A、B组成闭合回路,工作端T置于被测温度场、冷端T0保持恒定参考温度,回路热电动势由两端温度差和材料电子密度差决定,从而实现测温。
均衡支路和高阻输入下并联输出平均电势;不均衡时按电导加权,断支路会改测量代表性。
接线盒连接热电偶和补偿导线,普通式与防溅密封式按现场环境选择。
同型热电偶反向串联得到两热端电势差,共参考端同温;电势差不普遍仅由温差决定。
炉温闭环比较设定与热电偶反馈,PID经触发和执行环节调节加热功率。
热电偶绝缘管用于在热电极之间以及与保护套管之间提供电绝缘,防止热电极短路而保证热电偶正常工作。
热电动势是两种不同导体组成闭合回路且两接点温度不等时产生的塞贝克电动势,主要由接触电动势决定,可写成两接点温度函数之差 EAB(t,t0)=f(t)-f(t0),冷端固定后即成为工作端温度的单值函数。
热电式传感器把被测温度转换为热电动势或电阻变化等电量,从而用热电偶、金属热电阻或半导体热敏电阻实现温度测量。
热电效应是两种不同导体A、B组成闭合回路、两接点分别处于温度T与T0时产生热电动势的现象,该电动势由接触电动势与温差电动势代数相加构成,近似以接触电动势为主。
热电极是组成热电偶的两种不同导体,其材料与两端温度决定回路热电势,而热电势与沿电极的温度分布及截面尺寸无关。
热电阻利用金属或半导体电阻随温度变化的特性测温,其中铂用于标准与精密测温、铜用于低温经济测温,配合电桥电路将阻值变化转换为温度读数。
三线制测量电路通过把两根等长等温的引线分别接入电桥相邻两臂,使引线电阻在平衡条件下相互抵消,从而由 Rt=R3-Ra 得到热电阻真值。
两线制热电阻测量电路将两根引线电阻直接串入热电阻所在桥臂,使桥臂总阻值变为 Rt+2r,导致输出电压和反推温度偏高,仅适用于引线短、精度要求低的场合。
按材料、R0和温阻关系选表,再查读或插值;标称阻值比例换算不能跨材料和曲线。
四线恒流法分开供电与感测,排除电流线压降;高阻感测与稳定电流仍是条件。
四线制桥式测量电路通过分离电流激励与电压检测引线,使连接导线电阻和寄生热电势不进入电桥平衡回路,从而在精密测量中消除其影响,同时需限制热电阻电流以抑制自热。
热电阻接入电桥时引线电阻会叠入传感臂造成误差,三线制通过将两根等值引线分置相邻桥臂使引线电阻在平衡方程中抵消,从而得到 Rt=R3-Ra。
电阻体在绝缘骨架上形成温敏电阻,双线绕制和保护膜分别改善电与环境条件。
热阻式气体检测利用铂丝电阻随其平衡温度变化,而平衡温度取决于气体导热能力,因此可把压力(真空度)、气体成分和流速的变化转换为电阻变化,但环境温度必须校正。
热阻式真空度测量利用稀薄气体导热随压力下降而减弱、使热敏电阻或铂丝平衡温度与电阻升高的关系,把电阻变化换算为真空度,但须对环境温度、气体成分和流量进行补偿或控制。
电动势是描述电源将非电能转化为电能本领的物理量,其方向规定从电源负极经内电路指向正极,与电势、电压(两点电位差)在定义和物理意义上均有本质区别,在热电偶中表现为热端与冷端温度差产生的热电动势。
电势是电路中某点相对于参考点的电位(单位正电荷从该点移到参考点时电场力所做的功),电压是两点电势之差,电动势则是电源将非电能转化为电能时对单位正电荷做功的本领,三者分别描述“点”“两点之差”和“能量转换源”。
电势是单点相对参考点的电位,电压是两点电势之差,电动势是电源把非电能转换为电能的能力,三者数值相关但物理含义与参考点依赖关系不同。
薄膜电极沉积在绝缘基板上,低热容量有利微小表面和快速温度变化测量。
补偿导线用廉价金属对把热电偶冷端从高温现场延伸到温度稳定的仪表室,只要两接点同温且导线在低温区与热电极热电特性一致,就能在不改变回路总热电动势的前提下实现冷端温度补偿。
补偿导线法用一对在限定低温区内与热电极热电特性一致的廉价导线把热电偶冷端延伸到温度稳定的地方,从而在满足中间温度定律的条件下减小冷端温度波动带来的误差并节省贵金属。
铂热电阻利用铂电阻随温度单调变化的特性,以 Pt50/Pt100 等标称 0℃ 电阻和分段多项式描述温阻关系,因纯度高、稳定复现性好而用作标准精密测温,但响应慢、易损,可用薄膜铠装结构改善。
EL-700实例按三线桥、两级放大和低通调理;零点、满度及换型号阻容属于该电路。
百度电阻比 W(100)=R100/R0 用两个温度点的电阻比值表征铂丝纯度,比值越高纯度越高,并据此划分基准器与工业铂电阻的适用边界。
铜热电阻利用铜电阻随温度线性增大的特性测温,其 Rt=R0(1+αt) 关系简单,Cu50/Cu100 适用于 -50~150℃ 较低精度测温,也可作为冷端补偿电桥臂。
铠装型热电偶把热电极、绝缘材料和金属保护套管拉制成可弯曲的坚实缆状组合体,因而兼具小热容量快响应与耐压耐振、柔性安装的能力,其端头按测量端与套管是否焊接分为接壳、露端等类型。
非接触式测温通过接收被测物体发出的热辐射(或借助光纤的温度敏感特性)来间接确定温度,因不接触物体而不扰动其温度场且响应快,但精度通常低于接触式。
非标准化热电偶没有统一分度表,必须在使用前单独标定,其材料组合(如钨铼、铱铑、镍钼及低温合金)决定了各自的测温范围与适用气氛。