编辑本段基本介绍

概述

　　热电偶是一种感温元件，是一种仪表。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组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，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（Seebeck effect）。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，温度较低的一端为自由端，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。热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿正常。　　附：热电偶冷端补偿计算方法：从毫伏到温度：测量冷端温度，换算为对应毫伏值，与热电偶的毫伏值相加，换算出温度。从温度到毫伏：测量出实际温度与冷端温度，分别换算为毫伏值，相减後得出毫伏值，即得温度

特点

　　◆装配简单，更换方便　◆压簧式感温元件，抗震性能好　　◆测量范围大（－200℃～1300℃，特殊情况下－270℃～2800℃）　　◆ 机械强度高，耐压性能好　　◆ 耐高温可达2800度

结构

　　热电偶的结构形式为了热电偶、稳定地工作，对它的结构要求如下：　　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；　　④保护套管应能热电极与有害介质充分隔离。

工作原理

　　两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。　　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工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，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。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

编辑本段种类

　　常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用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标准生产，并S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。

常用热电偶材料

　　热电偶分度号热电极材料 使用温度范围（℃）正极 负极　　S 铂铑合金（铑含量10 %） 纯铂 0-1400　　R 铂铑合金（铑含量13 %） 纯铂 0-1400　　B 铂铑合金（铑含量30%） 铂铑合金（铑含量6% ） 0-1400　　K 镍铬镍硅 -200-+1000　　T 纯铜 铜镍 -200-+300　　J 铁 铜镍 -200-+600　　N 镍铬硅镍硅 -200-+1200　　E 镍铬 铜镍 -200-+700　　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。　　从理论上讲，任何两种不同导体（或半导体）都可以配制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求是多方面的。为了工程技术中的性，以及足够的测量精度，并不是所有材料都能组成热电偶，一般对热电偶的电极材料，基本要求是：（1）、在测温范围内，热电性质稳定，不随时间而变化，有足够的物理化学稳定性，不易氧化或腐蚀；（2）、 电阻温度系数小，导电率高，比热小；（3）、测温中产生热电势要大，并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系；（4）、材料复制性好，机械强度高，制造工艺简单，价格便宜。

类别

　　

热电偶类别	代号	分度号	测温范围	允许偏差限
铂铑30－铂铑6	WRR	B	0－1800℃	±0.25%t
铂铑10－铂	WRP	S	0－1600℃	±0.25%t
镍铬－镍硅	WRN	K	0－1300℃	±0.75%t
镍铬－康铜	WRE	E	0－800℃	±0.75%t
铂铑13-铂	WRB	R	0-1600℃	±0.25%t

　热电偶公称压力：一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而破裂。热电偶*小插入深度：应不小于其保护套管外径的8－10倍（特列产品例外）绝缘电阻：当周围空气温度为15－35℃，相对湿度<80%时绝缘电阻≥5兆欧（电压100V）。具有防溅式接线盒的热电偶，当相对温度为93±3℃时，绝缘电阻≥0.5兆欧（电压100V）高温下的绝缘电阻，热电偶在高温下，其热电极（包括双支式）与保护管以及双支热电极之间的绝缘电阻（按每米计）应大于下表规定的值。

编辑本段相关介绍

热电偶的基本定律

　　1，均质导体定律　　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。　　2，中间导体定律　　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！　　3，中间温度定律　　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来修正！　　4，参考电极定律　　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。

热电偶的安装要求

　　对热电偶与热电阻的安装，应注意有利于测温，安全可考及维修方便，而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要求，在选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点：　　1、为了使热电偶和热电阻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附近装设热电偶或热电阻.　　2、带有保护套管的热电偶和热电阻有传热和散热损失，为了减少测量误差，热电偶和热电阻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，那热电偶或热电阻插入深度应选择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1 m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得到温度的数值，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；热电偶的保护套管与壁间的间隔未填绝热物质致使炉内热溢出或冷空气侵入，因此热电偶保护管和炉壁孔之间的空隙应用耐火泥或石棉绳等绝热物质堵塞以免冷热空气对流而影响测温的性；热电偶冷端太靠近炉体使温度超过100℃；热电偶的安装应尽可能避开强磁场和强电场，所以不应把热电偶和动力电缆线装在同一根导管内以免引入干扰造成误差；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尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时，甚至可将保护管取去。由于存在测量滞后，用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大，热电偶波动的振幅就越小，与实际炉温的差别也就越大。当用时间常数大的热电偶测温或控温时，仪表显示的温度虽然波动很小，但实际炉温的波动可能很大。为了的测量温度，应当选择时间常数小的热电偶。时间常数与传热系数成反比，与热电偶热端的直径、材料的密度及比热成正比，如要减小时间常数，除增加传热系数以外，*的办法是尽量减小热端的尺寸。使用中，通常采用导热性能好的材料，管壁薄、内径小的保护套管。在较精密的温度测量中，使用无保护套管的裸丝热电偶，但热电偶容易损坏，应及时校正及更换。　　4、热阻误差　　高温时，如保护管上有一层煤灰，尘埃附在上面，则热阻增加，阻碍热的传导，这时温度示值比被测温度的真值低。因此，应保持热电偶保护管外部的清洁，以减小误差。

故障处理案例

　　热电偶输入产生故障判别法　　按照仪表接线图进行正确接线通电后，仪表先是显示仪表的热电偶分度号，接着显示仪表量程范围，再测仪表下排的数码管显示设定温度，仪表上排数码管显示测量温度。若仪表上排数码管显示不是发热体的温度，而显示“OVER”、“0000”或“000”等状况，说明仪表输入部位产生故障，应作如下试验：　　A）把热电偶从仪表热电偶输入端拆下，再用任何一根导线把仪表热电偶输入端短路。通电时，仪表上排数码管显示值约为室温时，说明热电偶内部连线开路，应更换同类型热电偶。若还是以上所说的状况，说明仪表在运输过程中，仪表的输入端被损坏，要调换仪表。　　B）把上述故障仪表的热电偶拆去，换用旁边运行正常的同种分度号仪表上接入的热电偶，通电后，原故障仪表上排数码管显示发热体温度时，说明热电偶内部连线开路，更换同类型热电偶。若还是以上所说的状况，说明仪表在运输过程中，仪表的输入端被损坏，要更换仪表。　　C）把有故障的热电偶从仪表上拆下来，用万用表放在测量欧姆（R）*1档，用万用表两表棒去测热电偶两端，若万用表上显示的电阻值很大，说明热电偶内部连接开路，更换同类型热电偶。否则有一定阻值，说明仪表输入端有问题，应更换仪表。　　D）按照仪表接线图接线正确，若仪表通电后，仪表上排数码管显示有负值等现象，说明接入仪表的热电偶“+”与“—”接错而造成的。只要重新调换一下即可。　　E）接线正确仪表在运行时，仪表上排数码管显示的温度与实际测量的温度相差40&ordm;C~70&ordm;C。甚至相差更大，说明仪表的分度号与热电偶的分度号搞错。按热电偶分度号B、S、K、E等热电偶的温度（&ordm;C）与毫伏（MV）值的对应关系来看，同样温度（&ordm;C）的情况下，产生的毫伏值（MV）B分度号*小，S分度号次小，K分度号较大，E分度号，按照此原理来判别。

温度补偿

　　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差不能超过100℃。

和热电阻区别

　　、信号的性质，热电阻本身是电阻，温度的变化，使电阻产生正的或者是负的阻值变化；而热电偶是产生感应电压的变化，他随温度的改变而改变..虽然都是接触式测温仪表，但它们的测温范围不同，热电偶使用在温度较高的环境，如铂铑30－－-铂铑6（B型）测量范围为300度~~1600度，短期可测1800度。S型测一20~~1300（短期1600）,K型测一50~~1000，短期1200）.XK型一50~~600（800）,E型一40~~800（900）.还有J型，T型等。这类仪表一般用于500度以上的较高温度，低温区时输出热电势很，当电势小时，对抗干扰措施和二次表和要求很高，否则测量不准，还有，在较低的温度区域，冷端温度的变化和环境温度的变化所引起的相对误差就显得很突出，不易得到全补偿。这时在中低温度时，一般使用热电阻测温范围为一200~~500，甚至还可测更低的温度（如用碳电阻可测到1K左右的低温）.现在正常使用铂热电阻Pt100，（也有Pt50、100和50代表热电阻在0度时的阻值。在旧分度号中用BA1,BA2来表示，BA1在0度时阻值为46欧姆，在工业上也有用铜电阻，分度号为CU50和CU100，但测温范围较小，在一50~~150之间，在一些特殊场合还有铟电阻、锰电阻等）。　　第二、两种传感器检测的温度范围不一样，热阻一般检测0-150度温度范围（当然可以检测负温度），热电偶可检测0-1000度的温度范围（甚至更高）所以，前者是低温检测，后者是高温检测。　　第三、从材料上分，热阻是一种金属材料，具有温度敏感变化的金属材料，热电偶是双金属材料，既两种不同的金属，由于温度的变化，在两个不同金属丝的两端产生电势差。　　第四、工作中的现场判断　　热电偶有正负极、补偿导线也有正负之分，首先连接，配置确.在运行中。常见的有短路，断路，接触不良（有万用表可判断）和变质（根据表面颜色来鉴别）。检查时，要使热电偶与二次表分开，用工具短接二次表上的补偿线，表指示室温再短接热电偶接线端子，表批示热电偶所在的环境温度（不是，补偿线有故障），再用万用表mv档大体估量热电偶的热电势（如正常，请检查工艺）。　　热电阻短路和断路用万用表可判断，在运行中，怀疑短路，只要将电阻端拆下一个线头看显示仪表，如到，热电阻短路回零，导线短路，正常连接和配置时，表值显示低或不稳，保护管可能性进水了显示，热电阻断路显示*小短路。

常见问题

　　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工作端与冷端两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，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，　　3：当热电偶的两个热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。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。