热电偶完整分

热电偶简介热电偶具有简单、可靠、测量精度较高等特点，是一种应用广泛的测温元件，工业生产中的许多仪器设备都要用热电偶测温、控温，在热加工中热电偶的应用更是必不可少，另外在汽车、家用电器中也经常使用热电偶。

热电偶图片热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶测量原理图测量原理将不同材料的导体A、B接成闭合回路（图1a），接触点的一端称测量端，一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0不同，则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t，t0)，因而在回路中形成一个电流，这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0而变，这种回路称为原型热电偶。在实际应用中（图1b），将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度t变化。热电偶的特点1、测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

2、测量范围广。常用的热电偶从-50~1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达2800℃（如钨-铼）。

3、构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶补偿导线由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。热电偶补偿导线热电偶回路的四个基本定则均质导体定则由同一种均质材料（导体或半导体）两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如何以及温度如何分布，将不产生接触电势，温差电势相抵消，回路中总电势为零。可见，热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀，由于温度梯存在，将会产生附加热电势。中间导体定则在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律。应用：依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值，在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律，是没有这个误差的！中间温度定则热电偶回路两接点（温度为T、T0）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。应用：由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系，当冷端温度不为0℃时，不能利用已知回路实际热电势E（t,t0）直接查表求取热端温度值；也不能利用已知回路实际热电势E（t,t0）直接查表求取的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值，需按中间温度定律进行修正。初学者经常不按中间温度定律参考电极定则这个定律是专业人士才研究、关注的，一般生产、使用环节的人士不太了解，简单说明就是：用高纯度铂丝做标准电极，假设镍铬-镍硅热电偶的正负极分别和标准电极配对，他们的值相加是等于这支镍铬-镍硅的值。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。

标准化热电偶中国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：热电偶的结构要求1、组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；

2、两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；

3、补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；

4、保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。热电偶的种类装配热电偶，铠装热电偶，端面热电偶，压簧固定热电偶，高温热电偶，铂铑热电偶，防腐热电偶，耐磨热电偶，高压热电偶，特殊热电偶，手持式热电偶，微型热电偶，贵金属热电偶，快速热电偶，钨铼热电偶，单芯铠装热电偶等等。

根据测温环境不同，以及使用方法等不同，将热电偶分为装配式热电偶和铠装热电偶两大类。工业用装配式热电偶作为测量温度的变送器通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从0℃到1800℃范围的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。铠装热电偶的优越性具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，它和工业用装配式热电偶一样,作为测量温度的变送器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用，同时亦可作铠装热电偶为装配式热电偶的.它可以直接测量名种生产过程中从0~800℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体表面的温度。冷端温度补偿方法热电偶的冷端温度补偿方法很多，主要有：冷端恒温法、补偿导线法、计算修正法、电桥补偿法、显示仪表零点调整法、集成温度传感器补偿法等。合理选择热电偶的冷端温度补偿方法是能否实现精确测温的关键。冷端恒温法冷端恒温法（冰浴法），即将热电偶的冷端置于冰水混合物内，使其保持为0℃，通过试用发现冰浴法使用极不方便，长时间使用时需要不断调整冰水，防止水温升高，另外需要保证浸入水中部分具有良好的密封性，因此此方法不适用于箱式炉自动控温系统，但在实验室使用较多。补偿导线法补偿导线法是利用0~150℃范围内与热电极热电特性相同的廉价金属材料，将热电偶的冷端延伸到温度更接近于0℃且稳定的地方，如图1所示。图中A、B为热电极，A′、B′为补偿导线，C为第三种导体。利用补偿导线，无论热电偶的实际冷端温度如何变化，消除了指示误差，完成了冷端温度补偿。导线补偿法花费较低，但仍需要一个接近于零度的恒温环境，所以此方法也不适用于箱式炉自动控温系统。

计算修正法在热电偶冷端温度恒定但不为零时，根据中间温度定律进行计算修正来减小测量误差。该方法计算比较繁琐，同时还需要恒定的热电偶冷端温度。电桥补偿法在热电偶的冷端接入一个电桥，当热电偶冷端温度变化引起回路的热电动势变化时，电桥产生一个大小相近、极性相反的电压加入其中，消除或消弱冷端温度的影响，如下图所示：电桥补偿法线路简单、成本较低、适用于环境温度在－25～80℃的范围内。其他补偿方法除了上述方法，还有二极管补偿法、集成温度传感器补偿法、恒温迁移补偿法、软件补偿法、最小二拟合法等等。二极管补偿法是利用二极管两端电压随温度变化特性对热电偶进行温度补偿。集成温度传感器补偿法是由温度传感器测得冷端温度，与热电偶所测温差叠加，再得到热端温度。恒温迁移补偿法是人为显示或记录仪表零点调到环境温度。热电偶的安装要求对热电偶的安装，应注意有利于测温准确，安全可靠及维修方便，而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要求，在选择对热电偶的安装部位和插入深度时要注意以下几点：1、为了使热电偶的测量端与被测介质之间有充分的热交换，应合理选择测点位置，尽量避免在阀门，弯头及管道和设备的死角附近装设热电偶.2、带有保护套管的热电偶有传热和散热损失，为了减少测量误差，热电偶应该有足够的插入深度：（1）对于测量管道中心流体温度的热电偶，一般都应将其测量端插入到管道中心处（垂直安装或倾斜安装）.如被测流体的管道直径是200毫米，那热电偶插入深度应选择100毫米；（2）对于高温高压和高速流体的温度测量（如主蒸汽温度），为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂，可采取保护管浅插方式或采用热套式热电偶.浅插式的热电偶保护套管，其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电偶的标准插入深度为100mm;（3）假如需要测量是烟道内烟气的温度，尽管烟道直径为4m，热电偶或热电阻插入深度1m即可.（4）当测量原件插入深度超过1m时，应尽可能垂直安装，或加装支撑架和保护套管.热电偶的正确使用正确使用热电偶不但可以准确得到温度的数值，保证产品合格，而且还可节省热电偶的材料消耗，既节省资金又能保证产品质量。安装不正确，热导率和时间滞后等误差，它们是热电偶在使用中的主要误差。1、安装不当引入的误差如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的真实温度等，换句话说，热电偶不应装在太靠近门和加热的地方，插入的深度至少应为保护管直径的8～10倍；热电偶不能安装在被测介质很少流动的区域内，当用热电偶测量管内气体温度时，必须使热电偶逆着流速方向安装，而且充分与气体接触。2、绝缘变差而引入的误差如热电偶绝缘了，保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良，在高温下更为严重，这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰，由此引起的误差有时可达上百度。3、热惰性引入的误差由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化，在进行快速测量时这种影响