熱電偶概述

在工業(yè)生產(chǎn)過程中,，溫度是需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一,。在溫度測(cè)量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛,，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、制造方便、測(cè)量范圍廣,、精度高,、慣性小和輸出信號(hào)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(cè)量時(shí)不需外加電源，使用十分方便,，所以常被用作測(cè)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(gè)回路,，其兩端相互連接時(shí),，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(gè)電動(dòng)勢(shì),，該電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)則稱為“熱電動(dòng)勢(shì)”,。

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

熱電偶回路中熱電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(cè)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(dòng)勢(shì)只隨熱端(測(cè)量端)溫度的變化而變化，即一定的熱電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)著一定的溫度,。我們只要用測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)的方法就可達(dá)到測(cè)溫的目的,。

熱電偶測(cè)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(shí),，回路中就會(huì)有電流通過,，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，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(gè)恒定的溫度下,。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)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(shí)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(shí),，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)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(cè)溫時(shí),，可接入測(cè)量?jī)x表,，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度,。熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端（測(cè)量端為熱端,，通過引線與測(cè)量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系,。若測(cè)量時(shí),，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測(cè)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(cè)量?jī)x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(cè)量冷端溫度，換算為對(duì)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(cè)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(jiǎn)單，更換方便,；

2,、壓簧式感溫元件，抗震性能好,；

3,、測(cè)量精度高；

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

5,、熱響應(yīng)時(shí)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(zhǎng)。

 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(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下：

1、組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固,；

2,、兩個(gè)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(shì)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(jí)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(chǎng)合的測(cè)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(cè)溫元件，對(duì)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(cè)量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶,，一般對(duì)熱電偶的電極材料,，基本要求是：

1、在測(cè)溫范圍內(nèi),，熱電性質(zhì)穩(wěn)定,，不隨時(shí)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(cè)溫中產(chǎn)生熱電勢(shì)要大,，并且熱電勢(shì)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(jiǎn)單,，價(jià)格便宜。