熱電偶的測量原理

熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應,即兩種不同成分的導體兩端連接成回路時，如果兩連接端溫度不同，則會在回路內產生熱電流的物理現象。
    熱電偶由兩根不同導線(熱電極)組成，它們的一端是互相焊接的，形成熱電偶的測量端，(也稱工作端)。將它插入待測溫度的介質中；而熱電偶的另一端 (參比端或自由端)則與顯示儀表相連。如果熱電偶的測量端與參比端存在溫度差，則顯示儀表將指出熱電偶產生的熱電動勢。

熱電偶測溫的應用原理

熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一。其優點是：
①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。
②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。
③構造簡單，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，外有保護套管，用起來非常方便。
1．熱電偶測溫基本原理
將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2-1-1所示。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。
2．熱電偶的種類及結構形成
（1）熱電偶的種類
常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統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量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶 我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。
(2)熱電偶的結構形式 為了保證熱電偶可靠、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。
3．熱電偶冷端的溫度補償
由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴 金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱 電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到 儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，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時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

溫度測量儀表的分類   
溫度測量儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來說接觸式測溫儀表測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交金剛，幫需要一定的時間才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現象，同時受耐高溫材料的限制，不能應用于很高的溫度測量。非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測介質接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快；但受到物體的發射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。


熱電偶測量原理
熱電偶是一種感溫元件, 它能將溫度信號轉換成熱電勢信號, 通過電氣測量儀表的配合, 就能測量出被測的溫度。
熱電偶測溫的基本原理是熱電效應。在由兩種不同材料的導體 A 和 B 所組成的閉合回路中 , 當 A 和 B 的兩個接點處于不同溫度 T 和 To時, 在回路中就會產生熱電勢。這就是所謂的塞貝克效應。
導體 A 和 B 稱為熱電極。溫度較高的一 端 (T 〉叫工作端 ( 通常焊接在一起 )；溫度較低的一端 (To 〉叫自由端 ( 通常處于某個恒定的溫度下〉。
根據熱電勢與溫度函數關系。可制成熱電偶分度表。分度表是在自由端溫度 To=00C 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, 測得熱電勢后, 即可知道被測介質的溫度。
從理論上講, 任何兩種導體都可以配制成熱電偶, 但實際上并不是所有材料都能制作熱電偶, 故對熱電極材料必須滿足以下幾 點：
(1) 熱電偶材料受溫度作用后能產生較高的熱電勢, 熱電勢和溫度之間的關系最好呈線性或近似線性的單值函數關系；
(2)能測量較高的溫度, 并在較寬的溫度范國內應用, 經長期使用后, 物理、化學性能及熱電特性保持穩定；
(3) 要求材料的電阻溫度系數要小, 電阻率高, 導電性能好, 熱容量要小；
(4) 復現性要好, 便于大批生產和互換, 便于制定統一的分度表；
(5) 機械性能好, 材質均勻；
(6)資源豐富, 價格便宜。

有幾個問題，請高手指點一下：
1.是不是電極越細響應時間越短？  粗的話響應時間長但更耐用？
2.電極的長度對熱電偶有什么影響？
3.如何使用簡便的方法檢測熱電偶的好壞，即能不能工作？
謝謝！

在火場環境中普通的熱電偶極易損壞，有時甚至要把電極放在火上來測火的溫度，能達到800攝氏度，在這種情況下，加粗電極是不是有利于延長熱電偶的壽命？

原帖由 notebook 于 2006-4-4 10:29 發表
請問一下，熱電偶的測量端的焊點（一般的焊材料）上是否會產生一個阻值，因此對測量值有一定的影響呢？
如果我只是將兩根導線很好地纏繞，不砮..

對于不是很精確測量來說,兩根導線很好地纏繞也是可以的,低溫時影響不大,但高溫和時間長后導線表面會產生一層氧化層,使造成測量失準.

原帖由 shiding 于 2006-4-7 16:42 發表
在火場環境中普通的熱電偶極易損壞，有時甚至要把電極放在火上來測火的溫度，能達到800攝氏度，在這種情況下，加粗電極是不是有利于延長熱電偶 ...

建議購買帶保護管的熱電偶,可以延長使用壽命.也有直徑較小的,測量很方便.
如果熱電偶長時間在高溫下且露在空氣中,容易使其材料不純,測量誤差增大.