熱電偶

熱電偶是工業(yè)上zui常用的溫度檢測(cè)元件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。其優(yōu)點(diǎn)是： 
①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 
②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶zui低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），zui高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。 
③構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。

1．熱電偶測(cè)溫基本原理 
將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖2-1-1所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。 
2．熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成 
（1）熱電偶的種類 
常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。 
標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。 
(2)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： 
①組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； 
②兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； 
③補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 
④保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 
3．熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償 
由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)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。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)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(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。 
在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。 
熱電阻 
熱電阻是中低溫區(qū)zui常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測(cè)量度是zui高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 
1、熱電阻測(cè)溫原理及材料 
熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用zui多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。 
2、熱電阻的類型 
1）普通型熱電阻 
從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。 
2）鎧裝熱電阻 
鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，zui小可達(dá)φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后??；②機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④使用壽命長(zhǎng)。 
3）端面熱電阻 
端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。 
4）隔爆型熱電阻 
隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。

熱電偶測(cè)溫原理及幾個(gè)基本定律

兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接成閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)分別放在不同的溫度T和T0時(shí)，則在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成回路電流。這稱賽貝克效應(yīng)，也換稱熱電效應(yīng)。產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。熱電偶就是基于熱電效應(yīng)而工作的。

1.    均質(zhì)導(dǎo)體定律

由同一種均質(zhì)材料（導(dǎo)體或半導(dǎo)體）兩端焊接組成閉合回路，無(wú)論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)相抵消，回路中總電勢(shì)為零。
可見，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會(huì)產(chǎn)生附加熱電勢(shì)。

2.    中間溫度定律

熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為T、T0）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為T、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Tn稱中間溫度

應(yīng)用:由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系,當(dāng)冷端溫度不為0攝氏度時(shí)，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t,t0)直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)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(cè)溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。初學(xué)者經(jīng)常不按中間溫度定律來(lái)修正!

3.    中間導(dǎo)體定律

在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒有影響，這就是中間導(dǎo)體定律。
應(yīng)用:依據(jù)中間導(dǎo)體定律，在熱電偶實(shí)際測(cè)溫應(yīng)用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經(jīng)連接導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)。
有人擔(dān)心用銅導(dǎo)線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導(dǎo)線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢(shì)會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個(gè)定律，是沒有這個(gè)誤差的！