火与冰--温度测量

火与冰--温度测量

温度测量在工业中是非常重要的。在化工和环保领域大多采用温度传感器来控制。由于价格低而经常优先选择热电偶。
本文提出的问题是：它是怎样工作的？为什么模拟电压表显示为零？补偿电缆和冷端补偿箱具有哪个功能？热电偶可以直接连接一个标准数字万用表吗？能避免哪些错误？以下来回答这些问题。

历史回顾
世界上勒?夏特利埃第一个在1887年使用热电偶进行温度测量。它采用铂—铂铑(Pt—PtRh)合金制成，非常适于精确测量温度0到1300℃。

热电效应：物理解释
在每个金属中，当电子对于原子核结合力低时，电子在金属内可以自由运动。作为好的导体的金属平均提供一个电子来运送电荷。这就意味着运送电荷的电子数目与原子的平均数相同。对每种金属单位大小的原子密度不同，因此自由电子的浓度必然不同。在金属中对于热平衡，也就是说每个地方的温度是一样的，负电荷，电子均匀分布。如果温度不同，T1>T2,这时电子从热的地方向冷的地方扩散。这一行为与气体相似，因此可以用电子气体来表达。气体热胀冷缩。像气体一样，电子均匀填充得到的空间

如果两种载荷浓度不同的金属相连时，例如银(高浓度)和铜(低浓度)，电子将从高浓度向低浓度扩散，直到均匀分布为止。结果将产生扩散电压或接触电压，因为相对于其它金属，低电子数的金属将充电。

电子扩散可以用动能来解释。对于热平衡，两种电子气体之间没有压差，也不会产生由接触电压场引起的电动力。
原理上可以测量接触电压。然而，一连接电压表，在不同金属的接点上，就会产生额外的接触电压。这些可以用热电偶来补偿接触电压。
这一规则包含：只要所有部件的温度相同，由热产生的闭合电路电压的代数和为零。温度不同，才会引起由热产生的电压。
热电偶温度范围：
热电偶允许测量实际相关的温度，范围从-270℃(金铁-镍铬)到+2800℃(钨铼3-钨铼25)由非金属材料制成的热电偶允许测量更高的温度。
热电动势电压刻度：
热电动势电压刻度可以决定不同金属组合产生的接触电压。为了识别未知金属，通常热电偶前端采用铂金属，后端为被测金属。结合点温度100℃，冷端温度0℃，测量的热电动势电压决定被测金属类型。热电动势刻度给出的Kxp值就是那些组合金属的类型，它是用铂金以mV/100K来表示温度范围。实际上由于价格的原因很少采用铂金，组合金属A和B的电压Kab有以下关系：Kab=Kap-Kbp