熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，是由兩種不同成分的導體兩端接合成回路時，當兩接合點 熱電偶溫度不同時，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時，顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應的溫度值。熱電偶的熱電動熱將隨著測量端溫度升高而，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關，與熱電的長度、直徑無關。各種熱電偶的外形常因需要而不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電、緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。
目錄
基本介紹
- 概述
- 特點
- 結(jié)構(gòu)
- 工作原理
種類
- 常用熱電偶材料
- 類別
相關介紹
- 熱電偶的基本定律
- 熱電偶的安裝要求
- 熱電偶的正確使用
- 故障處理
- 溫度補償
- 和熱電阻區(qū)別
- 常見問題
基本介紹
- 概述
- 特點
- 結(jié)構(gòu)
- 工作原理
種類
- 常用熱電偶材料
- 類別
相關介紹
- 熱電偶的基本定律
- 熱電偶的安裝要求
- 熱電偶的正確使用
- 故障處理
- 溫度補償
- 和熱電阻區(qū)別
- 常見問題
基本介紹
概述
熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)熱電偶
換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電，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恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關系，制成熱電偶分度表； 分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，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，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表， 測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。鎧裝熱電偶
熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈的比例關系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。 附：熱電偶冷端補償計算方法：從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對應毫伏值，與熱電偶的毫伏值相加，換算出溫度。從溫度到毫伏：測量出實際溫度與冷端溫度，分別換算為毫伏值，相減後得出毫伏值，即得溫度特點
◆裝配簡單，更換方便 ◆壓簧式感溫元件，震性能好 ◆測量范圍大（－200℃～1300℃，情況下－270℃～2800℃） ◆ 機械強度高，耐壓性能好 ◆ 可達2800度結(jié)構(gòu)
熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了熱電偶、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)熱電偶
構(gòu)要求如下： ?、俳M成熱電偶的兩個熱電的焊接須牢固； ?、趦蓚€熱電彼此之間應很好地緣，以短路； ?、垩a償導線與熱電偶自由端的連接要方便； ?、鼙Ｗo套管應能熱電與有害介質(zhì)充分隔離。工作原理
兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電）兩端接合成回路，當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就熱電偶
是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。 熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題： 1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)； 2 ：熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；熱電偶
3：當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持，這進熱電偶的熱電勢是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，如圖所示。當導體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。 種類 常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調(diào)用標準熱電偶是指標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些場合的測量。標準化熱電偶中國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻按IEC國際標準生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為中國統(tǒng)一設計型熱電偶。常用熱電偶材料
熱電偶分度號熱電材料 使用溫度范圍（℃）熱電偶
正 負 S鉑銠合金（銠含量10 %） 純鉑 0-1400 R 鉑銠合金（銠含量13 %） 純鉑 0-1400 B 鉑銠合金（銠含量30%） 鉑銠合金（銠含量6% ） 0-1400 K鎳鉻鎳硅 -200-+1000 T 純銅 銅鎳 -200-+300 J 鐵 銅鎳 -200-+600 N 鎳鉻硅鎳硅 -200-+1200 E 鎳鉻 銅鎳 -200-+700 熱電偶的種類：裝配熱電偶，鎧裝熱電偶，端面熱電偶，壓簧固定熱電偶，高溫熱電偶，鉑銠熱電偶，腐熱電偶，熱電偶，高壓熱電偶，熱電偶，手持式熱電偶，微型熱電偶，貴金屬熱電偶，快速熱電偶，鎢錸熱電偶，單芯鎧裝熱電偶等等。 從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成熱電熱電偶
偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了工程技術中的性，以及的測量，并不是材料組成熱電偶，一般對熱電偶的電材料，基本要求是：（1）、在測溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不間而變化，有的物理化學穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；（2）、電阻溫度系數(shù)小，導電率高，比熱小；（3）、測溫中產(chǎn)生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關系；（4）、材料復制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。類別
| 熱電偶類別 | 代號 | 分度號 | 測溫范圍 | 允許偏差限 |
| 鉑銠30－鉑銠6 | WRR | B | 0－1800℃ | &plun;0.25%t |
| 鉑銠10－鉑 | WRP | S | 0－1600℃ | &plun;0.25%t |
| 鎳鉻－鎳硅 | WRN | K | 0－1300℃ | &plun;0.75%t |
| 鎳鉻－康銅 | WRE | E | 0－800℃ | &plun;0.75%t |
| 鉑銠13-鉑 | WRB | R | 0-1600℃ | &plun;0.25%t |
熱電偶的基本定律
1，均質(zhì)導體定律 由同一種均質(zhì)材料（導體或半導體）兩端焊接組成閉合回路，無論導體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為。 可見，熱電偶須由兩種不同的均質(zhì)導體或半導體構(gòu)成。若熱電材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產(chǎn)生附加熱電勢。 2，中間導體定律 在熱電偶回路中接入中間導體（第三導體），只要中間導體兩端溫度相同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響，這就是中間導體定律。 應用：依據(jù)中間導體定律，在熱電偶實際測溫應用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經(jīng)連接導線與顯示儀表連接構(gòu)成測溫系統(tǒng)。 有人擔心用銅導線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢會使測量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個定律，是沒有這個誤差的！ 3，中間溫度定律 熱電偶回路兩接點（溫度為T、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。 應用：由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關系，當冷端溫度不為0℃時，不能利用已知回路實際熱電勢E（t,t0）直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實際熱電勢E（t,t0）直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進行修正。初學者經(jīng)常不按中間溫度定律熱點偶原理圖
來修正！ 4，參考電定律 這個定律是人士才研究、關注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標準電，假設鎳鉻-鎳硅熱電偶的正負分別和標準電配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。
熱電偶的安裝要求
對熱電偶與熱電阻的安裝，應注意有利于測溫準確，可考及維修方便，而且不影響設備運行和生產(chǎn)操作.要滿上要求，在選擇對熱電偶和熱電阻的安裝部位和深度時要注意以下幾點： 1、為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質(zhì)之間有充分的熱交換，應合理選擇測點位置，盡量避免在閥門，彎頭及管道和設備的角附近裝設熱電偶或熱電阻. 2、帶有保護套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失，為了減少測量誤差，熱電偶和熱電阻應該有的深度： （1）對于測量管道中心流體溫度的熱電偶，一般都應將其測量端到管道中心處（垂直安裝或傾斜安裝）.如被測流體的管道直徑是200毫米，那熱電偶或熱電阻深度應選擇100毫米； （2）對于高溫高壓和流體的溫度測量（如主蒸汽溫度），為了減小保護套對流體的阻力和保護套在流體作用下發(fā)生斷裂，可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶.淺插式的熱電偶保護套管，其主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電偶的標準深度為100mm; （3）假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的溫度，盡管煙道直徑為4m，熱電偶或熱電阻深度1 m即可. ?。?）當測量原件深度過1m時，應盡可能垂直安裝，或加裝支撐架和保護套管.熱電偶的正確使用
正確使用熱電偶不但可以準確得到溫度的數(shù)值，產(chǎn)品合格，而且還可節(jié)省熱電偶的材料消耗，既節(jié)省資金又能產(chǎn)品質(zhì)量。安裝不正確，熱導率和時間滯后等誤差，它們是熱電偶在使用中的主要誤差。 1、安裝不當引入的誤差 如熱電偶安裝的位置及深度不能反映爐膛的真實溫度等，換句話說，熱電偶不應裝在太靠近門和加熱的地方，的深度至少應為保護管直徑的8～10倍；熱電偶的保護套管與壁間的間隔未填熱物質(zhì)致使爐內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護管和爐壁孔之間的空隙應用耐火泥或石棉繩等熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的準確性；熱電偶冷端太靠近爐體使溫度過100℃；熱電偶的安裝應盡可能避開強磁場和強電場，所以不應把熱電偶和動力電纜線裝在同一根導管內(nèi)以免引入干擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測介質(zhì)很少流動的區(qū)域內(nèi)，當用熱電偶測量管內(nèi)氣體溫度時，須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。 2、緣變差而引入的誤差 如熱電偶緣了，保護管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶間與爐壁間緣不良，在高溫下更為嚴重，這不會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾，由此引起的誤差有時可達上百度。 3、熱惰性引入的誤差 由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化，在進行快速測量時這種影響尤為突出。所以應盡可能采用熱電較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時，甚至可將保護管取去。由于存在測量滯后，用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大，熱電偶波動的振幅就越小，與實際爐溫的差別也就越大。當用時間常數(shù)大的熱電偶測溫或控溫時，儀表顯示的溫度雖然波動很小，但實際爐溫的波動可能很大。為了準確的測量溫度，應當選擇時間常數(shù)小的熱電偶。時間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減小時間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導熱性能好的材料，管壁薄、內(nèi)徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中，使用無保護套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應及時校正及更換。 4、熱阻誤差 高溫時，如保護管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導，這時溫度示值比被測溫度的真值低。因此，應保持熱電偶保護管外部的清潔，以減小誤差。故障處理
熱電偶輸入產(chǎn)生故障判別法 按照儀表接線圖進行正確接線通電后，儀表先是顯示儀表的熱電偶分度號，接著顯示儀表量程范圍，再測儀表下排的數(shù)碼管顯示設定溫度，儀表上排數(shù)碼管顯示測量溫度。若儀表上排數(shù)碼管顯示不是發(fā)熱體的溫度，而顯示“OVER”、“0000”或“000”等狀況，說明儀表輸入部位產(chǎn)生故障，應作如下試驗： A）把熱電偶從儀表熱電偶輸入端拆下，再用任何一根導線把儀表熱電偶輸入端短路。通電時，儀表上排數(shù)碼管顯示值約為室溫時，說明熱電偶內(nèi)部連線開路，應更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要調(diào)換儀表。 B）把上述故障儀表的熱電偶拆去，換用旁邊運行正常的同種分度號儀表上接入的熱電偶，通電后，原故障儀表上排數(shù)碼管顯示發(fā)熱體溫度時，說明熱電偶內(nèi)部連線開路，更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要更換儀表。 C）把有故障的熱電偶從儀表上拆下來，用萬用表放在測量歐姆（R）*1檔，用萬用表兩表棒去測熱電偶兩端，若萬用表上顯示的電阻值很大，說明熱電偶內(nèi)部連接開路，更換同類型熱電偶。否則有阻值，說明儀表輸入端有問題，應更換儀表。 D）按照儀表接線圖接線正確，若儀表通電后，儀表上排數(shù)碼管顯示有負值等現(xiàn)象，說明接入儀表的熱電偶“+”與“—”接錯而造成的。只要重新調(diào)換一下即可。 E）接線正確儀表在運行時，儀表上排數(shù)碼管顯示的溫度與實際測量的溫度相差40ºC~70ºC。甚至相差更大，說明儀表的分度號與熱電偶的分度號搞錯。按熱電偶分度號B、S、K、E等熱電偶的溫度（ºC）與毫伏（MV）值的對應關系來看，同樣溫度（ºC）的情況下，產(chǎn)生的毫伏值（MV）B分度號小，S分度號次小，K分度號較大，E分度號，按照此原理來判別。溫度補償
由于熱電偶的材料一般都比較貴重（是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導線時須注意型號相配，性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度差不能過100℃。和熱電阻區(qū)別
、信號的性質(zhì)，熱電阻本身是電阻，溫度的變化，使電阻產(chǎn)生正的或者是負的阻值變化；而熱電偶是產(chǎn)生感應電壓的變化，他隨溫度的改變而改變..雖然都是接觸式測溫儀表，但它們的測溫范圍不同，熱電偶使用在溫度較高的環(huán)境，如鉑銠30---鉑銠6(B型）測量范圍為300度~~1600度，短期可測1800度。S型測一20~~1300（短期1600),K型測一50~~1000，短期1200).XK型一50~~600（800),E型一40~~800（900).還有J型，T型等。這類儀表一般用于500度以上的較高溫度，低溫區(qū)時輸出熱電勢很，當電勢小時，對干擾措施和二次表和要求很高，否則測量不準，還有，在較低的溫度區(qū)域，冷端溫度的變化和環(huán)境溫度的變化所引起的相對誤差就顯得很突出，不易得到全補償。這時在中低溫度時，一般使用熱電阻測溫范圍為一200~~500，甚至還可測更低的溫度（如用碳電阻可測到1K左右的低溫）.現(xiàn)在正常使用鉑熱電阻Pt100，（也有Pt50、100和50代表熱電阻在0度時的阻值。在舊分度號中用BA1,BA2來表示，BA1在0度時阻值為46歐姆，在工業(yè)上也有用銅電阻，分度號為CU50和CU100，但測溫范圍較小，在一50~~150之間，在一些場合還有銦電阻、錳電阻等）。 第二、兩種傳感器檢測的溫度范圍不一樣，熱阻一般檢測0-150度溫度范圍（當然可以檢測負溫度），熱電偶可檢測0-1000度的溫度范圍（甚至更高）所以，前者是低溫檢測，后者是高溫檢測。 第三、從材料上分，熱阻是一種金屬材料，具有溫度敏感變化的金屬材料，熱電偶是雙金屬材料，既兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個不同金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢差。 第四、工作中的現(xiàn)場判斷 熱電偶有正負、補償導線也有正負之分，先連接，配置確.在運行中。常見的有短路，斷路，接觸不良（有萬用表可判斷）和變質(zhì)（根據(jù)表面顏色來鑒別）。檢查時，要使熱電偶與二次表分開，用工具短接二次表上的補償線，表指示室溫再短接熱電偶接線端子，表批示熱電偶所在的環(huán)境溫度（不是，補償線有故障），再用萬用表mv檔大體估量熱電偶的熱電勢（如正常，請檢查工藝）。 熱電阻短路和斷路用萬用表可判斷，在運行中，懷疑短路，只要將電阻端拆下一個線頭看顯示儀表，如到，熱電阻短路回，導線短路，正常連接和配置時，表值顯示低或不穩(wěn)，保護管可能性進水了顯示，熱電阻斷路顯示小短路。常見問題
對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：裝配熱電偶
1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端與冷端兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)； 2 ：熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關， 3：當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持，這進熱電偶的熱電勢是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，如圖所示。當導體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。
