热电偶

二、热电偶的基本定律
    1、均质导体定律
    如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。
    根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。
    2、中间导体定律
    在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。
    如图5.1.2，在热电偶回路中接人第三种导体C。设导体A与B接点处的温度为t，A与C、B与C两接点处的温度为t₀，则回路中的总电动势为
                                          (5-1-6)
                                                     
                                               图5.1.2 热电偶中接入第三种导体
    如果回路中三接点的温度相同，即t＝t₀，则回路总电动势必为零，即
                               
或者
                              (5-1-7)
将式(5-7)代人式(5-6)，可得
                              (5-1-8)
可以用同样的方法证明，断开热电偶的任何一个极，用第三种导体引入测量仪表，其总电动势也是不变的。
    热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义，它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。
    3、标准电极定律
    如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。
    如图5-3，导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若它们所产生的热电动势为已知，即
                                               
                                               
那么，导体A与B组成的热电偶，其热电动势可由下式求得
                                          (5-1-9)

                                             
                                             三种导体分别组成热电偶
    标准电极定律是一个极为实用的定律。可以想象，纯金属的种类很多，而合金类型更多。因此，要得出这些金属之间组合而成热电偶的热电动势，其工作量是极大的。由于铂的物理、化学性质稳定，熔点高，易提纯，所以，我们通常选用高纯铂丝作为标准电极，只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可根据式(5-9)直接计算出来。
    例如：热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV，则镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势应为 2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV
       4、中间温度定律
   热电偶在两接点温度t、t₀时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、t_n和t_n、t₀时的相应热电动势的代数和。
       中间温度定律可以用下式表示
                                              (5-1-10)
    中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。它表明：若热电偶的热电极被导体延长，只要接入的导体组成热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同，且它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与连接点温度无关，只与延长以后的热电偶两端的温度有关。
三、热电偶结构
    1、普通工业装配式热电偶的结构
    普通工业装配式热电偶作为测量温度的变送器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从0℃到1800℃范围的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成，其常见外形结构如图5.1.4所示。

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