MKS1632A数控高速端面外圆磨床及其砂轮架设计 第11页
第2章 热电偶的简介
赛贝克发现的热电现象是物理学上的一个度重要成果，它导致了热电偶的出现及在工业上的广泛应用[5]。随着科学技术的迅速发展，人们对热电现象的认识逐步加深。
热电偶是目前各国在科研和生产中进行温度测量时应用最普遍、最广泛的温度测量元件。它具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、热惯性小等优点。它既可以用于测量流体温度，也可以用于测量固体温度。既可以测量静态温度，也能测量动态温度。且能直接输出直流电压信号，或方便地转换成线性化的直流电流信号，便于测量、信号传输、自动记录和自动控制等。
2.1 热电偶现象
由两种不同导体(A、B)构成的闭合回路，若两端结点温度不同，回路中将产生一定数值的电流，且其大小决定于导体材料的性质和结点的温度.，这就是“热电效应”。既然回路中有电流，必然存在电动势。它包括接触电势和汤姆逊电势。
1．接触电势
两种导体接触时产生的电势差称为接触电势差。
2．汤姆逊电势
同一导体两端温度不同时，两端建立起一定数值的电势，这就是汤姆逊效应，这种电势称为温差电势或汤姆逊电势。虽是同一导体，由于两端温度不同(T， To)，导体存在温度梯子，自由电子的平均动能不相同，于是温度(T)高的一端自由电子向温度(To)低的一端运动，于是产生一定数值的电势差。
2.2 热电偶的定义
现在流行的热电偶定义有两种[5]，分别说明如下。
1．传统的热电偶定义
用两根不同种类的金属芯线构成电路，在接点处温度有变化时，在电路中将产生温差电动势，这种现象叫作赛贝克效应(温差电动势效应)。利用这个效应制成的温度传感器就是热电偶。
2．扩展的热电偶定义
扩展的热电偶定义，也称为热电偶的第二种定义，它是根据近年来对热电偶的研究成果，将热电偶定义扩展为，由两种不同导体组成闭合回路，当两个接点温度不同时，回路中将产生电势，该电势的方向和大小，取决于导体的材料和两个接点的温度差别，这个现象即称为物体的“热电效应”，两种导体所组成的回路称为“热电偶"。
2.3 热电偶定律
2.3.1 热电偶均质导体定律
1．中间导体定律[6]
如图所示为由导体A. B构成的热电偶，两端结点的温度为T， To，且T>To，于是回路中总的热电势包含两个拍尔帖电势和两个汤姆逊电势。
中间导体定律：由导体A和B组成的热电偶，当接入第三导体C后（如图2－1（b）所示），若保持C的两端温度相同(To)，回路的总电势不变。
2．热电偶均质导体定律[7]
由一种均匀导体组成的闭合回路，不论导体的截面和长度如何，以及各处的温都不能产生热电势。
(a) (b)
图2－1 热电偶均质导体定律
2．均质导体定律引出的结论
如果热电偶两电极材料相同，则两端温度不同，但总输出电势仍为零。因此，必须由两种不同的材料才能构成热电偶。
第3章 实验内容和具体步骤
测量工件的平均温度可以，利用埋装在工件内部的若干标准热电偶测得，也可以用温涂料测试工件内部的温度。最近出现了用红外光导纤文测量磨削温度方面的研究，并且已经取得了一定的成果和突破，但是热电偶测温法仍然是能够进入磨削区直接测量的唯一有效的方法[8]。
3.1 热电偶的标定
在实际应用中，如果保持自由端温度T。不变，就可以根据热电势E来确定热端温度T配大小，这就是热电偶测温的工作原理[9]。
热电偶标定指的是确定热电偶的热电特性。热电偶种类很多，常用的不下几十种，不同材料组成的热电偶其测温范围、适用条件、灵敏度等也不同，实际应用中应有所选择。已被国际上公认的性能优良的和用量最大的热电偶有：铂铑-铂热电偶（ 分度号）、铂铑-铂铑热电偶（ 分度号）、镍铬-镍硅热电偶（ 分度号）、铜-康铜热电偶（ 分度号）和镍铬-康铜热电偶（ 分度号）。根据本研究的测试要求，本测试中采用的测温元件是的镍铬-镍硅热电偶。
镍铬-镍硅热电偶是一种碱金属热电偶，金属丝直径范围较大，工业应用一般为0.5-3mm。实验研究使用时，根据需要可以拉延至更细的直径。这种热电偶的特点是价格低廉、灵敏度高、复现性好、高温下抗氧化能力强，是工业中和实验室里大量采用的一种热电偶。但在还原性介质或硫化物气氛中易被侵蚀。
镍铬-镍硅热电偶的技术标准如下表3所示。
表3－1 镍铬-镍硅热电偶的技术标准
3.1.1 试验目的
温度标定指的是确定热电偶的热电特性，也就是确定热电偶结的温度-电势曲线。此项试验是我们即将开展的陶瓷材料的高效深磨温度测试的一个组成部分。我们准备对高效深磨试验中用到的镍铬-镍硅丝进行标定，以得到这种材料的第一手资料，为以后的试验奠定一个坚实的基础。
3.1.2 实验方法及装置
1、温度标定方法简图
温度标定的方法的简图如下：管式电炉的炉温可调。炉温可调，与在该炉温下测得的标定热电偶的热电势相对应就可以画出待标定热电偶的热电特性曲线。
热电偶标定装置如下图所示：
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