C,EAB(T)?KTNAT?23,e单位电荷量,K波尔兹曼常数 1.38?10J/K。 lneNBTD,EAB(T),AB代表电位差的方向,如果EBA(T),表达式前应加“—”号。 E, EAB(T)与T有关,T越高,EAB(T)越大。NAT,NBT差别越大,EAB(T)越大。总之,EAB(T)与材料和温度有关。
? 单一导体中的温差电势
A,同一导体两端温度不同而产生的热电势。
B,导体A两端温度T,T0,且T?T0,高温T端自由电子扩散到低温端T0端的多?高温T端带正电,T0端带负电?电位差?阻碍扩散?动态平衡?温差电势。
kT1C,EA(T.T0)??d(NAT?T)
eT0NATD,同理,导体B也有温差电势。
E,温差越大,温差电势越大。温度相等,温差电势为0,即EA(T,T)?0。
? 热电偶闭合回路的总电势
以上分别讲了两种导体的接触电势和一种导体的温差电势,那么对于一个热电偶,其总的电势是什么呢?
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A,在回路中将产生两个接触电势,在连接点1和2上产生两个接触电势EAB(T),
EAB(T0)。
B,在导体A、B上产生两个温差电势EA(T,T0),EB(T,T0)。
C,接触电势比温差电势大,EAB(T),T?T0,温度高的地方,NAT,NBT大,扩散速率高,整个回路EAB(T)占百分比最大,决定了回路的总电势,即热电势的方向。(EAB(T)是由温度和材料因素共同形成的)。
D,回路的总电势EAB(T,T0)
EAB(T,T0)?EAB(T)?EB(T,T0)?EAB(T0)?EA(T,T0)
经推导整理:
kTNATEAB(T,T0)??lndT
eT0NBT由上式可知道热电偶的热电势与自由电子的密度有关,而NAT,NBT与材料和温度T有关。如材料一定,NAT,NBT只与温度T有关,那么EAB(T,T0)就是T,T0的函数差。
EAB(T,T0)?f(T)?f(T0)
如果冷端温度T0固定,即f(T0)?C常数。
EAB(T,T0)?f(T)?C
只与热端温度呈单值函数关系。这种特性就是热电偶的热电特性:当保持热电偶冷端温度T0不变,只要用仪表测量热电势EAB(T,T0),就可以求得被测温度T。 ·分度表
在T0?0OC时,用实验方法测得不同热电极组成的热电偶,在不同温度T下的热电势,
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并制成表格,即分度表。温度和热电势的关系也可用函数关系表示,即参考函数,分度表和参考函数是测温的主要依据。 (3)结论
A,热电偶测温三要素,不同电极,不同温度接点,闭合回路。 B,若f(T0)?C固定,则EAB(T,T0)是T的单值函数。 C,冷端恒定与否,即T0恒定与否决定了测温的准确性。
D,热电偶的热电极与温度之间的关系是非线性的,二者之间的关系依据国际温标用实验方法制成分度表。 3,热电偶的基本定律及应用 (1)中间导体定律及其应用 A,定律:
在热电偶回路中接入第三种导体,只要与第三种导体相连接的两接点温度相同,则热电偶回路中的总电势不变。 B,证明:
在某一导体中间接入第三种导体。
把热电偶冷端接点分开后引入第三种导体,(有实际应用意义的),被分开后的两点温度相同,均等于冷端温度,则热电偶回路总电势为:
EABC(T,T0)?EAB(T)?EB(T,T0)?EBC(T0)?EC(T,T0)?ECA(T0)?EA(T,T0)
由温差电势定义:EC(T,T0)?0,则:
kT0NBT0kT0NCT0 EBC(T0)?ECA(T0)? ln?lneNCT0eNAT0kT0NBT0ln?EBA(T0) eNAT0则总电势:
EABC(T,T0)?EAB(T)?EB(T,T0)?EAB(T0)?EA(T,T0)?EAB(T,T0)
同理还可以加入第四种导体,第五种导体。 C,应用
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为在热电偶回路中加入各种仪表,连接导线等提供理论依据,即只要保证连接导线仪表等接入时两端温度相同,则不影响热电势。
可采用开路热电偶(热端开路),对液态金属进行测量。对金属壁面进行测量。
(2)中间温度定律 A,定律
在热电偶回路中,两接点温度分别为T,T0时的热电势,等于该热电偶在两接点温度分别为T,Tn和Tn,T0时相应热电势的代数和,即:
EAB(T,T0)?EAB(T,Tn)?EAB(Tn,T0)
B,证明
EAB(T,Tn)?f(T)?f(Tn) EAB(Tn,T0)?f(Tn)?f(T0)
两式相加:
EAB(T,Tn)?EAB(Tn,T0)?f(T)?f(Tn)?f(Tn)?f(T0)?f(T)?f(T0)
C,应用
为使用和制定热电偶分度表奠定了基础,即各种热电偶的分度表都是在冷短温度为0度时制定的,如果在实际应用中,冷端温度是T,这时指示仪表的热电势为EAB(T,T0),而
EAB(T0,0)可以从分度表中查到,将二者相加,即可以得到EAB(T,0)。按照该热电势再查
相应的分度表,就可以得到被测对象的实际温度。
例:用K型(镍铬-镍硅)热电偶测量炉温,热电偶的冷端温度为40度,测得的热电势为
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