熱電偶四大基本定律及證明

熱電偶四大基本定律及證明


日期:2020/4/17 15:59:44
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摘要:熱電偶的基本定律包括均質導體定律、中間導體定律、中間溫度定律以及參考電極定律,熱電偶的這四大基本定律對熱電偶的應用有及其重要的作用。

一、均質導體定律

定義(yi) :由同一種均質材料(導體(ti) 或半導體(ti) )兩(liang) 端焊接組成閉合回路,無論導體(ti) 截麵如何以及溫度如何分布,將不產(chan) 生接觸電勢,溫差電勢相抵消,回路中總電勢為(wei) 零。

可見,熱電偶必須由兩(liang) 種不同的均質導體(ti) 或半導體(ti) 構成。若熱電極材料不均勻,由於(yu) 溫度梯存在,將會(hui) 產(chan) 生附加熱電勢。

證明:熱電偶的電勢由兩(liang) 個(ge) 接觸電勢和兩(liang) 個(ge) 溫差電勢構成。即:

由於(yu) 材料相同,沒有接觸電勢;而溫差電勢為(wei) 大小相同,方向相反的兩(liang) 個(ge) 電勢,相互抵消,也為(wei) 零。

應用:根據這個(ge) 定律,可以檢驗兩(liang) 個(ge) 熱電極材料成分是否相同(稱為(wei) 同名極檢驗法),也可以檢查熱電極材料的均勻性。

二、中間導體(ti) 定律

定義(yi) :在熱電偶回路中接入中間導體(ti) (第三導體(ti) ),隻要中間導體(ti) 兩(liang) 端溫度相同,中間導體(ti) 的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響。

證明:證明過程參考熱電偶中間定律的證明

應用:依據中間導體(ti) 定律,在熱電偶實際測溫應用中,常采用熱端焊接、冷端開路的形式,冷端經連接導線與(yu) 顯示儀(yi) 表連接構成測溫係統。例如,用銅導線連接熱電偶冷端到儀(yi) 表讀取mV值,在導線與(yu) 熱電偶連接處產(chan) 生的接觸電勢是不會(hui) 對測量產(chan) 生附加誤差。再比如可以將熱電偶的兩(liang) 端不焊接而直接插入液態金屬中或直接焊在金屬表麵進行溫度測量。

三、中間溫度定律

定義(yi) :熱電偶回路兩(liang) 接點(溫度為(wei) t,t0)間的熱電勢,等於(yu) 熱電偶在溫度為(wei) t、tn時的熱電勢與(yu) 在溫度為(wei) tn、t0時的熱電勢的代數和。tn稱中間溫度。

證明:

應用:由於(yu) 熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guan) 係,當冷端溫度不為(wei) 0攝氏度時,不能利用已知回路實際熱電勢E(t,t0)直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實際熱電勢E(t,t0)直接查表求取的溫度值,再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值,需按中間溫度定律進行修正。初學者經常不按中間溫度定律來修正!

四、參考電極定律

定義(yi) :如果兩(liang) 種導體(ti) 分別與(yu) 第三種導體(ti) 組成的熱電偶所產(chan) 生的熱電動勢已知,則由這兩(liang) 種導體(ti) 組成的熱電偶所產(chan) 生的熱電動勢也就已知。

證明:

導體(ti) A、B分別與(yu) 標準電極C組成熱電偶,若它們(men) 所產(chan) 生的熱電動勢為(wei) 已知,即

那麽(me) ,導體(ti) A與(yu) B組成的熱電偶,其熱電動勢為(wei)

應用:標準電極定律是一個(ge) 極為(wei) 實用的定律。純金屬的種類很多,而合金類型更多。因此,要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動勢,其工作量是極大的。由於(yu) 鉑的物理、化學性質穩定,熔點高,易提純,所以,我們(men) 通常選用高純鉑絲(si) 作為(wei) 標準電極,隻要測得各種金屬與(yu) 純鉑組成的熱電偶的熱電動勢,則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢就可以得到。

例如:熱端為(wei) 100℃,冷端為(wei) 0℃時,鎳鉻合金與(yu) 純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為(wei) 2.95mV,而考銅與(yu) 純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為(wei) -4.0mV,則鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chan) 生的熱電動勢則為(wei) 2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV。


摘自2016-12-09 溫度計量測控

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