熱電偶概述

在工業(yè)生產(chǎn)過程中,，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一,。在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛,，它具有結(jié)構(gòu)簡單,、制造方便、測量范圍廣,、精度高,、慣性小和輸出信號便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。另外,，由于熱電偶是一種無源傳感器,，測量時不需外加電源，使用十分方便,，所以常被用作測量爐子,、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

熱電偶工作原理

當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個回路,，其兩端相互連接時,，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T,，稱為工作端或熱端,，另一端溫度為T0 ，稱為自由端（也稱參考端）或冷端,，回路中將產(chǎn)生一個電動勢,，該電動勢的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”,，兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶”,，這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”，產(chǎn)生的電動勢則稱為“熱電動勢”,。

熱電動勢由兩部分電動勢組成,，一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動勢，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動勢,。

熱電偶回路中熱電動勢的大小,，只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺寸無關(guān),。當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后,，熱電動勢便是兩接點(diǎn)溫度t和t0。的函數(shù)差,。即

這一關(guān)系式在實(shí)際測溫中得到了廣泛應(yīng)用,。因?yàn)槔涠藅0恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢只隨熱端(測量端)溫度的變化而變化,，即一定的熱電動勢對應(yīng)著一定的溫度,。我們只要用測量熱電動勢的方法就可達(dá)到測溫的目的。

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,，

當(dāng)兩端存在溫度梯度時,，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect）,。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端,，溫度較低的一端為自由端,，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系,，制成熱電偶分度表,；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表,。

在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時,，只要該材料兩個接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變,，即不受第三種金屬接入回路中的影響,。因此，在熱電偶測溫時,，可接入測量儀表,，測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度,。熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端,，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系,。若測量時,，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性,。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常,。與測量儀表連接用補(bǔ)償導(dǎo)線,。

熱電偶冷端補(bǔ)償計(jì)算方法：

從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對應(yīng)毫伏值,，與熱電偶的毫伏值相加,，換算出溫度；

從溫度到毫伏：測量出實(shí)際溫度與冷端溫度,，分別換算為毫伏值,，相減後得出毫伏值，即得溫度,。

 主要特點(diǎn)

1,、裝配簡單，更換方便,；

2,、壓簧式感溫元件，抗震性能好,；

3,、測量精度高；

4,、測量范圍大（－200℃～1300℃,，特殊情況下－270℃～2800℃）；

5,、熱響應(yīng)時間快,；

6、機(jī)械強(qiáng)度高,，耐壓性能好,；

7、耐高溫可達(dá)2800度,；

8,、使用壽命長。

 結(jié)構(gòu)要求

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠,、

穩(wěn)定地工作,，對它的結(jié)構(gòu)要求如下：

1、組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固,；

2,、兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路,；

3,、補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

4、保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離,。

 常用熱電偶

可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類,。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差,、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶,，它有與其配套的顯示儀表可供選用,。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量,。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中國從1988年1月1日起,，熱電偶和熱電阻全部按IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并S,、B,、E、K,、R,、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶,。

從理論上講,，任何兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）都可以配制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測溫元件,，對它的要求是多方面的,。為了保證工程技術(shù)中的可靠性，以及足夠的測量精度,，并不是所有材料都能組成熱電偶,，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：

1,、在測溫范圍內(nèi),，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時間而變化,，有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性,，不易氧化或腐蝕；

2,、電阻溫度系數(shù)小,，導(dǎo)電率高，比熱??；

3、測溫中產(chǎn)生熱電勢要大,，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系,；

4,、材料復(fù)制性好，機(jī)械強(qiáng)度高,，制造工藝簡單,，價(jià)格便宜。