热电偶的工作原理

1、热电偶工作原理什么叫热电偶？这就要从热电偶测温原理说起，热电偶是一种感温元件，是一次仪表，它直 接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质 的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体（称为热电偶丝材或热电极）组成闭合回路，当接合点两端的温度不同，存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端（也称为测量端），温度较低的一端为自由端（也称为补偿端），自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温

2、度在 0时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热 电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测 量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：1:热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；2:热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；3:当热电偶的两个热

3、电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有 关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。常用的热电偶材料有：热电偶分度号热电极材料正极负极S铂铑 10纯铂R铂铑 13纯铂B铂铑 30铂铑 6K镍铬镍硅T纯铜铜镍J铁铜镍N镍铬硅镍硅E镍铬铜镍热电偶的故障与修理热电势比实际应有的热电势小（仪表指示值小）。（1） 热电偶内部电极漏电（短路）。解决办法：将热电偶电极取出，检查漏电原因。若是因潮湿引起，应将电极用火烤干；若是因瓷管绝缘不良引起，应将坏瓷管取下，换上好的瓷管。（2） 热电偶内部潮湿。解决办法：将热电偶电极取出干燥之；并检查热电偶的保护管是

4、否漏气、漏水等等，使管内保持干燥。（3） 热电偶端子被铁屑短路。解决办法：将热电偶端子上的铁屑刷掉，并将端子盖严。（4） 补偿掉线因绝缘烧坏而短路或因潮湿短路。解决办法：将短路处绝缘或更换补偿掉线。（5） 在修理或焊接电极时产生两个以上热节点。解决办法：将多热节点的电极更换为同种电极。（6） 热电偶的种类与补偿导线种类配置不当（补偿导线配错）。解决办法：换成与热电偶同种类的补偿导线。（7） 热电偶的端子极性与补偿导线极性接错（补偿导线起负的补偿作用）。解决办法：将补偿导线极性改接，使之热电偶极性相同。（8） 热电偶安装位置或方法不当。解决办法：改变安装位置或者方法及深度。（9） 热电偶冷端温度

5、过高。解决办法：将热电偶的导线改成补偿导线，并准确的进行冷端补正。（10） 热电偶种类与仪表要求的种类不符。解决办法：更换热电偶及补偿导线，使之与仪表种类相同。热电势比实际应起的热电势大（仪表指示值大）。（1） 热电偶或补偿导线接地。此种情况的产生是由于热接点与保护管连接或冷点与地保护管连接。解决办法：检查出接地点加以处理。（2） 热电偶种类用错，与仪表不符。解决办法：更换热电偶及补偿导线，使之与仪表种类相同。（3） 热电偶与补偿导线种类不符。解决办法：换成与热电偶种类相同的补偿导线。（4） 热电偶安装位置或方法、深度不恰当。解决办法：改变热电偶的安装位置或方法及深度。热电势时有时无，时多时少

6、（仪表指示值表动）。（1） 热电偶端子接触不良。解决办法：将接触不良处严密接好。（2） 热电偶电极线与电子接触不良。解决办法：将接触不良处严密接好 。（3） 热电偶有断续短路现象。解决办法：将热电偶的电极从保护管中取出，找出断续短路点，用瓷管绝缘。（4） 热电偶电极已断，当有断续链接现象。解决办法：重新焊接断开的电极，但必须是未变质的电极才可进行。（5） 热电偶有断续接地现象。找出接地处消除之。（6） 热电偶安装不牢，发生摆动。解决办法：将热电偶牢固安装。（7） 热电偶的保护管破坏（铂热电偶出现此种情况较多）。解决办法：重新制作新的保护管。（8） 补偿导线有断续短路或断路现象。解决办法：找出断

7、续处加以修理，并将可能被风吹摆动处固定起来。（9） 热电偶热接点将断而断。解决办法：将已坏热接点剪去，重新制新热接点。（10） 补偿导线有断续接地现象。解决办法：找出断续接地处消除之。热电偶的热电势变化不灵敏。（1） 热电偶电极变质。解决办法：更换新电极（若是铂热电偶变质可以重新淬火，但须经试验合格后方可再用）。（2） 热电偶安装位置或方法不当。解决办法：改变安装方法或位置。（3） 热电偶保护管外皮灰太多。解决办法：将热电偶拆下，除掉保护管外皮上的灰。    【注】发现以上诸现象时，应将补偿导线与热电偶端子分开，再在端子上检查热电偶的电势情况，查明是热电偶的故障还

8、是补偿导线的故障，再进行处理。热电偶的安装与检修校验测温元件的安装应确保安全、可靠为避免测温元件损坏，应保证其有足够的机械强度；为保护感温元 件不受磨损应加保护屏或保护管等，为确保安全、可靠，测温元件的安装方法应视具体情况（如待测介质的温度、压力、测温元件的长度及其安装位置、形式等）而定。下面仅举几例以引起注意：(1) 凡安装承受压力的测温元件，都必须保证其密封性。(2) 高温下工作的热电偶，为防止保护管在 高温下产生变形，一般应垂直安装，若必须水平安装则不宜过长，并用支架保护热电偶。(3) 若测温元件安装于介质流速较大的管道中，则其应倾斜安装。为防止测温元件受到过大的冲蚀，最好安装在管道的弯

9、曲处。(4) 当介质压力超过10MPa时，必须在测温元件上加保护外套。测温元件的安装应便于仪表工作人员的维修和校验测温元件的安装部位应考虑其拆装、维修、校验的足够空间和场地，具有较长保护套管的测温元件应能方便地拆装。对于重要的测温点，若在高空时，须装有平台和梯子等。连接导线与补偿导线的安装在工业生产中，热电偶与热电阻是应用得最多的感温元件，它们与显示仪表间的连接导线与补偿导线在导线穿管安装中有如下的要求：(1)连接导线与补偿导线必须防止机械损伤，并应尽量避免高温，潮湿，腐蚀性及爆炸 性气体与灰尘的作用，不准敷设在炉壁、烟道及热管道上。导线周围的最高允许温度与导线的 绝缘材料有关：(2) 为防止

10、连接导线和补偿导线受到机械损伤，并削弱外界电磁场对电子式显示仪表的干扰，导线应加以屏蔽，可把连接导线或补偿导线穿入钢管内。钢管最好只有一个接地点，以 避免地电位干扰的引入。(3) 一般可采用普通的焊接钢管作为导线的保护管。钢管必须经过防锈处理，管壁厚度不应小于1mm。装于潮湿、腐蚀场合时，应采用壁厚不小于2. 5mm的钢管。管径应根据管内导线（包括绝缘层）的总面积决定，一般后者不应超过管子截面积的2/3。(4) 当确定保护钢管内导线的芯数时，必须考虑备用的导线的数量。备用芯线数大致为： (5) 导线保护管的连接，一般宜采用丝扣连接，不准使用对焊方法连接管子，因为焊接 时管内总难免要流

11、入溶化的铁水。同时在穿线前应把管内的铁锈、砂子及碎末等清除干净，管 口毛刺必须锉掉，以免导线穿管时绝缘层被破坏。管子内、外都应该刷油，通常刷沥青。但是埋设在楼板、墙壁及混凝土内的管子，管子外壁可以不刷漆。如果管内已镀锌，则内壁也无需刷漆。(6) 在向管内穿配导线前，应详细检査导线的绝缘或外层保护皮有无破损。在管内导线不得有接头，如需中间连接要加装接线盒。补偿导线不应有中间接头，若必须有接头时，应用气焊的方法连接，焊条应使用同极性的补偿导线。(7) 在穿线时，管内及导线上都必须撒上滑石粉，而当穿铅皮电缆时，则应抹上干黄油。 导线在管内不得拉得过紧，穿线工作必须按顺序进行。同一管内的导线，不论多少

12、根，必须一 次穿入。(8) 在穿补偿导线前，一定要在试验室里试验，并标注补偿导线的型号、极性、安装号 等，以免弄错。补偿导线在引向仪表或热电偶时，也应注意不要把极性接错。(9) 补偿导线最好与其他导线分别敷设，尤其必须注意不得与强电电线并排敷设。在有爆炸危险的场合，管子必须用管卡子固定在角钢支架上，并妥善接地。(10) 配线与穿线工作结束后，必须进行校线与绝缘试验。管内各导线之间，以及每根芯 线与地之间都应进行绝缘试验。在进行绝缘试验时，导线必须与仪表断开。热电偶的选择、使用和安装北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/4/5 17:17:

13、28     所属频道:  火力发电    关键词:  热电偶 被测介质 温度 热电偶的选择在实际测温时，被测对象极其复杂，应在熟悉被测对象、掌握各种热电偶特性的基础上，根据测量要求、使用环境、温度的高低等正确地选择热电偶。A按使用温度选择当t< 1000时，多选用廉金属热电偶，如K型热电偶。它的特点是使用温度范围宽，高温下性能较稳定。当t=一200-300时，最好选用T型热电偶.它是廉金属热电偶中准确度最高的;也可选择E型热电偶，它是廉金属中热电势变化率最大、灵敏度最高的。当t = 10

14、00 -1400时，多选用R, s型热电偶。当t<1300时，可选用N型或者K型热电偶。当 t=1400 -1800时.多选用B型热电偶。当t< 1600时，短期可用S型或R型热电偶。当t> 1800时，常选用钨铼热电偶。B根据被测介质选择a 氧化性气氛当t<1300时，多选用N型或K型热电偶，因为它们是廉金属热电偶中抗氧化性最强的;当t>1300时，选用铂铭系热电偶。b 真空、还原性气氛当t< 950时，可选用J型热电偶，它既可以在氧化性气氛下工作，又可以在还原性气氛下工作;当t>1600时，应选用钨锌热电偶，C恨据冷端温度的影响选择当t< 1

15、000时，可选用镍钻一镍铝热电偶.其冷端温度在0-300时，可忽略其影响。它常被用于飞机尾喷口排气温度的测址;当t> 1000时，常选用B型热电偶，一般可忽略冷端温度的影响。D根据热电极的直径与长度选择热电极直径和长度的选择是由热电极材料的价格、比电阻、测温范围及机械强度决定的。对于快速反应，必须选用细直径的电极丝:测ht端越小，越灵敏，响应速度越快，但电阻也越大。如果热电极直径选择过细，会使测最线路的电阻值增大。若选择粗直径的热电极丝，虽然可以提高热电偶的测温范围和寿命.但要延长响应时间。热电极丝长度的选择是由安装条件. 主要是由插入深度决定的。综上所述，热电偶丝的直径与长度，虽不影响

16、热电势的大小，但是它却直接与热电偶的使用寿命、动态响应特性及线路电阻有关，所以它的正确选择也是很重要的。热电偶的安装热电偶的安装应遵循如下原则:A安装方向安装热电偶时，应尽可能保持垂直，以防保护管在高温下产生变形。若水平安装热电偶，则在高温下会因自重的影响而向下弯曲，可用耐火砖或耐热金属支架来支撑，以防止弯曲。 测流体温度时，热电偶应与被测介质形成逆流.亦即安装时热电偶应迎着被测介质的流向插人，至少须与被测介质成正交。B安装位置热电偶的测M端应处于能够真正代表被测介质温度的地方。如侧虽管道中流体的温度，热电偶工作端应处于管道中流速最大的地方，热电偶保护什的末端应越过管道中心线约5- 10mmC

17、.插入深度热电偶应有足够的插入深度。在实际测温过程中，如热电偶的插人深度不够，将会受到与保护管接触的侧壁或周围环境的影响而引起测虽误差。对金属保护管热电偶，插人深度应为直径的15一20倍;对非金属保护管热电偶，插人深度应为直径的10一15倍。增加热电偶插入深度的方法如图2-43所示。此外，热电偶保护管露在设备外的部分应尽可能短，最好加保温层，以减少热损失。D细管道内流体温度的测量在细管道(直径小于80mm)内测温，往往因插人深度不够而引起测量误差，安装时应接扩大管，如图1(a)所示;或按图1(a)所示的方法，选择适宜部位安装，以减小或消除此项误差。E 含大量粉尘气体的温度测是由于气体内含大献粉

18、尘，对保护管的磨损严重，因此应按图2所示，采用端部切开的保护筒。如采用恺装热电偶，不仅响应快，而且寿命长F负压管道中流体温度的测量热电偶安装在负压管道中，必须保证其密封性，以防外界冷空气吸人，使测量值偏低。G接线盒安装导线及电绩等在穿管前应检查其有无断头和绝缘性能是否达到要求.管内导线不得有接头，否则应加接线盒。热电偶接线盒的盖子应朝上，以免雨水或其他液体的侵人，影响测量的准确度。H如果被测物体很小，在安装时应注意不要改变原来的热传导及对流条件图1 细管道内流体温度的测量（a）安装扩大管；（b）选择适宜安装部位图2 含大量粉尘气体的温度测量1-流体流动方向；2-端部切开的保护筒；3-恺装热电偶热电偶的使用(1)为减小测最误差.热电偶应与被测对象充分接触，使两者处于相同温度。(2)保护管应有足够的机械强度，并可承受被测介质的腐蚀。保护管的外径越粗，耐热、耐腐蚀性越好，但热情性也越大。(3)当保护管表面附着灰尘等物质时，将因热阻增加，使指示温度