熱電偶定義:
   中文名稱：熱電偶

   英文名稱：thermocouple 
      
       熱電偶是(shì)溫度測量儀表中常用的測溫元件，是(shì)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，就會在回路内産生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時，顯示儀表将會指示出熱電偶産生的熱電勢所對應的溫度值。熱電偶的熱電動熱将随着測量端溫度升高而增長，它的大小隻與熱電偶材料和兩端的溫度有關，與熱電極的長度、直徑無關。各種熱電偶的外形常因需要而極不相(xiàng)同，但(dàn)是(shì)它們的基本結構卻大緻相(xiàng)同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線(xiàn)盒等主要部分組成，通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調節器配套使用。

概述:
　　熱電偶是(shì)一種感溫元件，是(shì)一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信号轉換成熱電動勢信号，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是(shì)兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，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(shì)所謂的塞貝克效應(Seebeck effect）。兩種不同成份的均質導體爲熱電極，溫度較高的一端爲工作端，溫度較低的一端爲自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制成熱電偶分度表； 分度表是(shì)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，隻要該材料兩個接點的溫度相(xiàng)同，熱電偶所産生的熱電勢将保持不變，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， 測得熱電動勢後，即可知(zhī)道被測介質的溫度。  铠裝熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端爲熱端，通過引線(xiàn)與測量電路連接的端稱爲冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時，冷端的（環境）溫度變化，将嚴重影響測量的準确性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱爲熱電偶的冷端補償正常。

主要技術參數

      測量範圍及基本誤差限

     注：t爲感溫元件實測溫度值（℃）

     熱電偶時間常數

    ◆熱電偶公稱壓力：一般是(shì)指在工作溫度下保護管所能承受的靜态外壓而破裂。 
    ◆熱電偶*小插入深度：應不小于其保護套管外徑的8－10倍（特列産品例外） 
    ◆絕緣電阻：當周圍空氣溫度爲15－35℃，相(xiàng)對濕度＜80％時絕緣電阻≥5兆歐（電壓100V）。具有防濺式接線(xiàn)盒的熱電偶，當相(xiàng)對溫度爲93± 3℃ 時，絕緣電阻≥0.5兆歐（電壓100V） 
    ◆高溫下的絕緣電阻：熱電偶在高溫下，其熱電極（包括雙支式）與保護管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻（按每米計）應大于下表規定的值。

特點:
1,裝配簡單，更換方便　
2,壓簧式感溫元件，抗震性能好 　　
3,測量精度高 　　
4,測量範圍大（－200℃～1300℃，特殊情況下－270℃～2800℃） 　　
5,熱響應時間快 　　
6,機械強度高，耐壓性能好 　　
7,耐高溫可達2800度 　　
8,使用壽命長

結構:
　　熱電偶的結構形式爲了保證熱電偶可靠、穩定地工作，對它的結構要求如下： 　　
①組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固； 　　
②兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路； 　　
③補償導線(xiàn)與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 　　
④保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離(lí)。

工作原理:
　　兩種不同成份的導體（稱爲熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會産生電動勢，這種現(xiàn)象稱爲熱電效應，而這種電動勢稱爲熱電勢。熱電偶就  熱電偶是(shì)利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱爲測量端），另一端叫做冷端（也稱爲補償端）；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産生的熱電勢。熱電偶實際上是(shì)一種能量轉換器，它将熱能轉換爲電能，用所産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(shì)熱電偶工作端的兩端溫度函數的差，而不是(shì)熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數； 　　
2 ：熱電偶所産生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是(shì)均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，隻與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；   
3：當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份确定後，熱電偶熱電勢的大小，隻與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是(shì)工作端溫度的單值函數。将兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，如圖所示。當導體A和B的兩個執着點1和2之間存在溫差時，兩者之間便産生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流，這種現(xiàn)象稱爲熱電效應。熱電偶就是(shì)利用這一效應來工作的。

種類:
　　常用熱電偶可分爲标準熱電偶和非标準熱電偶兩大類。所調用标準熱電偶是(shì)指國家标準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的标準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非标準化熱電偶在使用範圍或數量級上均不及标準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。标準化熱電偶中國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際标準生産，并指定S、B、E、K、R、J、T七種标準化熱電偶爲中國統一設計型熱電偶。

常用熱電偶材料:
　　熱電偶分度号熱電極材料        使用溫度範圍（℃） 正極 負極 　　
       S 鉑铑合金（铑含量10 %）    純鉑               0-1600 　　
       R 鉑铑合金（铑含量13 %）    純鉑               0-1600 　　
       B 鉑铑合金（铑含量30%）     鉑铑（铑含量6% ） 0-1800 　　
       K 鎳鉻鎳矽                                 -200-+1100 　　
       T 純銅 銅鎳                                -200-+300 　　
       J 鐵 銅鎳                                    -200-+600 　　
       N 鎳鉻矽鎳矽                              -200-+1200 　　
       E 鎳鉻 銅鎳                                -200-+700 　　

熱電偶的種類：
   裝配熱電偶，铠裝熱電偶，端面熱電偶，壓簧固定熱電偶，高溫熱電偶，鉑铑熱電偶，防腐熱電偶，耐磨熱電偶，高壓熱電偶，特殊熱電偶，手持式熱電偶，微型熱電偶，貴金屬熱電偶，快速熱電偶，鎢铼熱電偶，單芯铠裝熱電偶等等。 　　
   從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成熱電偶，但(dàn)是(shì)作爲實用的測溫元件，對它的要求是(shì)多方面的。爲了保證工程技術中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是(shì)所有材料都能組成熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是(shì)：
（1）、在測溫範圍内，熱電性質穩定，不随時間而變化，有足夠的物理化學穩定性，不易氧化或腐蝕；
（2）、電阻溫度系數小，導電率高，比熱小；
（3）、測溫中産生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線(xiàn)性或接近線(xiàn)性的單值函數關系；
（4）、材料複制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。

　
熱電偶公稱壓力：
   一般是(shì)指在工作溫度下保護管所能承受的靜态外壓而破裂。熱電偶*小插入深度：應不小于其保護套管外徑的8－10倍（特列産品例外）絕緣電阻：當周圍空氣溫度爲15－35℃，相(xiàng)對濕度<80%時絕緣電阻≥5兆歐（電壓100V）。具有防濺式接線(xiàn)盒的熱電偶，當相(xiàng)對溫度爲93±3℃時，絕緣電阻≥0.5兆歐（電壓100V）高溫下的絕緣電阻，熱電偶在高溫下，其熱電極（包括雙支式）與保護管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻（按每米計）應大于下表規定的值。

相(xiàng)關介紹:
熱電偶的基本定律
1，均質導體定律由同一種均質材料（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，将不産生接觸電勢，溫差電勢相(xiàng)抵消，回路中總電勢爲零。可見(jiàn)，熱電偶必須由兩種不同的均質導體或半導體構成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，将會産生附加熱電勢。 　　
2，中間導體定律在熱電偶回路中接入中間導體（第三導體），隻要中間導體兩端溫度相(xiàng)同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響，這就是(shì)中間導體定律。應用：依據中間導體定律，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，冷端經連接導線(xiàn)與顯示儀表連接構成測溫系統。有人擔心用銅導線(xiàn)連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導線(xiàn)與熱電偶連接處産生的接觸電勢會使測量産生附加誤差。根據這個定律，是(shì)沒有這個誤差的！ 　　
3，中間溫度定律熱電偶回路兩接點（溫度爲T、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度爲T、Tn時的熱電勢與在溫度爲Tn、T0時的熱電勢的代數和。Tn稱中間溫度,應用：由于熱電偶E-T之間通常呈非線(xiàn)性關系，當冷端溫度不爲0℃時，不能利用已知(zhī)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(zhī)回路實際熱電勢E（t,t0）直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度确定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進行修正。
4，參考電極定律這個定律是(shì)專業人士才研究、關注的，一般生産、使用環節的人士不太了解，簡單說明就是(shì)：用高純度鉑絲做标準電極，假設鎳鉻-鎳矽熱電偶的正負極分别和标準電極配對，他們的值相(xiàng)加是(shì)等于這支鎳鉻-鎳矽的值。 

國際溫标：
　　目前國際上用得較多的溫标有華氏溫标、攝氏溫标、熱力學溫标和國際實用溫标。攝氏溫标（℃）規定：在标準大氣壓下，冰的熔點爲0度，水的沸點爲100度，中間劃分100等份，每等分爲攝氏1度，符号爲℃。華氏溫标（℉）規定：在标準大氣壓下，冰的熔點爲32度，水的沸點爲212度，中間劃分180等份每等份爲華氏1度符号爲℉。熱力學溫标（符号T）又(yòu)稱開爾文溫标（符号K），或絕對溫标，它規定分子運動停止時的溫度爲絕對零度。國際實用溫标是(shì)一個國際協議(yì)性溫标，它與熱力學溫标相(xiàng)接近，而且複現(xiàn)精度高，使用方便。目前國際通用的溫标是(shì)1975年第15屆國際權度大會通過的《1968年國際實用溫标-1975年修訂版》，記爲：IPTS-68（REV-75）。但(dàn)由于IPTS-68溫度存在一定的不捉，國際計量委員(yuán)會在18屆國際計量大會第七号決議(yì)授權予1989年會議(yì)通過1990年國際ITS-90，ITS-90溫标替代IPS-68。我國自1994年1月1日起全面實施ITS-90國際溫标。

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确，安全可考及維修方便，而且不影響設備運行和生産操作.要滿足以上要求，在選擇對熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點： 　　
1、爲了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質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死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，爲了減少測量誤差，熱電偶和熱電阻應該有足夠的插入深度： 　　
（1）對于測量管道中心流體溫度的熱電偶，一般都應将其測量端插入到管道中心處（垂直安裝或傾斜安裝）.如被測流體的管道直徑是(shì)200毫米，那熱電偶或熱電阻插入深度應選擇100毫米； 　　
（2）對于高溫高壓和高速流體的溫度測量（如主蒸汽溫度），爲了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發生斷裂，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，其插入主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電偶的标準插入深度爲100mm; 　　
（3）假如需要測量是(shì)煙道内煙氣的溫度，盡管煙道直徑爲4m，熱電偶或熱電阻插入深度1 m即可. 
（4）當測量原件插入深度超過1m時，應盡可能垂直安裝，或加裝支撐架和保護套管.

熱電偶的正确使用:
　　正确使用熱電偶不但(dàn)可以準确得到溫度的數值，保證産品合格，而且還可節省熱電偶的材料消耗，既節省資金又(yòu)能保證産品質量。安裝不正确，熱導率和時間滞後等誤差，它們是(shì)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插入深度不能反映爐膛的真實溫度等，換句話(huà)說，熱電偶不應裝在太靠近門和加熱的地方，插入的深度至少應爲保護管直徑的8～10倍；熱電偶的保護套管與壁間的間隔未填絕熱物質緻使爐内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(huǒ)泥或石棉繩等絕熱物質堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的準确性；熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過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(xiàn)裝在同一根導管内以免引入幹擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測介質很少流動的區域内，當用熱電偶測量管内氣體溫度時，必須使熱電偶逆着流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。 　　
2、絕緣變差而引入的誤差如熱電偶絕緣了，保護管和拉線(xiàn)闆污垢或鹽渣過多緻使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更爲嚴重，這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入幹擾，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後于被測溫度的變化，在進行快速測量時這種影響尤爲突出。所以應盡可能采用熱電極較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環境許可時，甚至可将保護管取去(qù)。由于存在測量滞後，用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滞後越大，熱電偶波動的振幅就越小，與實際爐溫的差别也就越大。當用時間常數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(dàn)實際爐溫的波動可能很大。爲了準确的測量溫度，應當選擇時間常數小的熱電偶。時間常數與傳熱系數成反比，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，除增加傳熱系數以外，*有效的辦法是(shì)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、内徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中，使用無保護套管的裸絲熱電偶，但(dàn)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。

故障處理案例:
　　熱電偶輸入産生故障判别法 　　按照儀表接線(xiàn)圖進行正确接線(xiàn)通電後，儀表先是(shì)顯示儀表的熱電偶分度号，接着顯示儀表量程範圍，再測儀表下排的數碼管顯示設定溫度，儀表上排數碼管顯示測量溫度。若儀表上排數碼管顯示不是(shì)發熱體的溫度，而顯示“OVER”、“0000”或“000”等狀況，說明儀表輸入部位産生故障，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(xiàn)把儀表熱電偶輸入端短路。通電時，儀表上排數碼管顯示值約爲室溫時，說明熱電偶内部連線(xiàn)開路，應更換同類型熱電偶。若還是(shì)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，要調換儀表。 　　

B）把上述故障儀表的熱電偶拆去(qù)，換用旁邊運行正常的同種分度号儀表上接入的熱電偶，通電後，原故障儀表上排數碼管顯示發熱體溫度時，說明熱電偶内部連線(xiàn)開路，更換同類型熱電偶。若還是(shì)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(fàng)在測量歐姆（R）*1檔，用萬用表兩表棒去(qù)測熱電偶兩端，若萬用表上顯示的電阻值很大，說明熱電偶内部連接開路，更換同類型熱電偶。否則有一定阻值，說明儀表輸入端有問題，應更換儀表。 　　D）按照儀表接線(xiàn)圖接線(xiàn)正确，若儀表通電後，儀表上排數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。隻要重新調換一下即可。 　　

E）接線(xiàn)正确儀表在運行時，儀表上排數碼管顯示的溫度與實際測量的溫度相(xiàng)差40&ordm;C~70&ordm;C。甚至相(xiàng)差更大，說明儀表的分度号與熱電偶的分度号搞錯。按熱電偶分度号B、S、K、E等熱電偶的溫度（&ordm;C）與毫伏（MV）值的對應關系來看，同樣溫度（&ordm;C）的情況下，産生的毫伏值（MV）B分度号*小，S分度号次小，K分度号較大，E分度号*大，按照此原理來判别。

溫度補償:
　　由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特别是(shì)采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離(lí)都很遠，爲了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線(xiàn)把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室内，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線(xiàn)的作用隻起延伸熱電極，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(xiàn)時必須注意型号相(xiàng)配，極性不能接錯，補償導線(xiàn)與熱電偶連接端的溫度差不能超過100℃。

常見(jiàn)問題:
　　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(shì)熱電偶工作端與冷端兩端溫度函數的差，而不是(shì)熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數； 　　
2 ：熱電偶所産生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是(shì)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确定後，熱電偶熱電勢的大小，隻與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是(shì)工作端溫度的單值函數。