熱電偶的測量原理

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)體兩端連接成回路時(shí)，如果兩連接端溫度不同，則會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。
    熱電偶由兩根不同導(dǎo)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(zhì)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(chǎn)生的熱電動(dòng)勢。

熱電偶測溫的應(yīng)用原理

熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點(diǎn)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(zhì)的影響。
②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。
③構(gòu)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(hù)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(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，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,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)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(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合的測量。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(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測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對測溫的影響。
在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號相配，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℃。

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(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛，幫需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)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(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會(huì)破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)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(zhuǎn)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(yīng)。在由兩種不同材料的導(dǎo)體 A 和 B 所組成的閉合回路中 , 當(dāng) A 和 B 的兩個(gè)接點(diǎn)處于不同溫度 T 和 To時(shí), 在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢。這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。
導(dǎo)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(gè)恒定的溫度下〉。
根據(jù)熱電勢與溫度函數(shù)關(guān)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(shí), 只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)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(shí), 可接入測量儀表, 測得熱電勢后, 即可知道被測介質(zhì)的溫度。
從理論上講, 任何兩種導(dǎo)體都可以配制成熱電偶, 但實(shí)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(diǎn)：
(1) 熱電偶材料受溫度作用后能產(chǎn)生較高的熱電勢, 熱電勢和溫度之間的關(guān)系最好呈線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系；
(2)能測量較高的溫度, 并在較寬的溫度范國內(nèi)應(yīng)用, 經(jīng)長期使用后, 物理、化學(xué)性能及熱電特性保持穩(wěn)定；
(3) 要求材料的電阻溫度系數(shù)要小, 電阻率高, 導(dǎo)電性能好, 熱容量要小；
(4) 復(fù)現(xiàn)性要好, 便于大批生產(chǎn)和互換, 便于制定統(tǒng)一的分度表；
(5) 機(jī)械性能好, 材質(zhì)均勻；
(6)資源豐富, 價(jià)格便宜。

有幾個(gè)問題，請高手指點(diǎn)一下：
1.是不是電極越細(xì)響應(yīng)時(shí)間越短？  粗的話響應(yīng)時(shí)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(huán)境中普通的熱電偶極易損壞，有時(shí)甚至要把電極放在火上來測火的溫度，能達(dá)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(fā)表
請問一下，熱電偶的測量端的焊點(diǎn)（一般的焊材料）上是否會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻值，因此對測量值有一定的影響呢？
如果我只是將兩根導(dǎo)線很好地纏繞，不砮..

對于不是很精確測量來說,兩根導(dǎo)線很好地纏繞也是可以的,低溫時(shí)影響不大,但高溫和時(shí)間長后導(dǎo)線表面會(huì)產(chǎn)生一層氧化層,使造成測量失準(zhǔn).

原帖由 shiding 于 2006-4-7 16:42 發(fā)表
在火場環(huán)境中普通的熱電偶極易損壞，有時(shí)甚至要把電極放在火上來測火的溫度，能達(dá)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(hù)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(shí)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.