热电偶

热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，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。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、记录仪表及电子调节器配套使

　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，

  

（图1）

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，不同的具有不同的分度表。

　　在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，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。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，将严重影响测量的准确性。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的冷端补偿正常。与测量仪表连接用补偿导线。

　　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

编辑本段主要特点

　　1、装配简单，

  

（图2）

更换方便；

　　2、压簧式感温元件，抗震性能好；

　　3、测量精度高；

　　4、测量范围大（－200℃～1300℃，特殊情况下－270℃～2800℃）；

　　5、热响应时间快；

　　6、机械强度高，耐压性能好；

　　7、耐高温可达2800度；

　　8、使用寿命长。

结构要求

　　的结构形式为了保证可靠、

  

（图3）

稳定地工作，对它的结构要求如下：

　　1、组成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。

工作原理

　　两种不同成份的导体（称为丝材或热电极）两端接合成回路，

  

（图4）

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。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，显示仪表会指出所产生的热电势。

　　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，对于的热电势，应注意如下几个问题：

　　1、的热电势是工作端的两端温度函数的差，而不是冷端与工作端，两端温度差的函数；

　　2、所产生的热电势的大小，当的材料是均匀时，与的长度和直径无关，只与材料的成份和两端的温差有关；

　　3、当的两个丝材料成份确定后，热电势的大小，只与的温度差有关；若冷端的温度保持一定，这进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。就是利用这一效应来工作的。^[1]

常见种类

　　常用可分为标准和非标准两大类。所谓标准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，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化在使用范围或数量级上均不及标准化，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化中国从1988年1月1日起，和热电阻全部按IEC标准生产，并S、B、E、K、R、J、T七种标准化为中国统一设计型。

　　从理论上讲，任何两种不同导体（或半导体）都可以配制成，但是作为实用的测温元件，对它的要求是多方面的。为了保证工程技术中的可靠性，以及足够的测量精度，并不是所有材料都能组成，一般对的电极材料，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。