熱電偶

熱電偶（thermocouple）是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調節器配套使

　熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，

  

（圖1）

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導體為熱電極，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。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制成分度表；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的具有不同的分度表。

　　在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，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，即可知道被測介質的溫度。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一定的比例關系。若測量時，冷端的（環境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。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為的冷端補償正常。與測量儀表連接用補償導線。

　　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

編輯本段主要特點

　　1、裝配簡單，

  

（圖2）

更換方便；

　　2、壓簧式感溫元件，抗震性能好；

　　3、測量精度高；

　　4、測量范圍大（－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。

結構要求

　　的結構形式為了保證可靠、

  

（圖3）

穩定地工作，對它的結構要求如下：

　　1、組成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。

工作原理

　　兩種不同成份的導體（稱為絲材或熱電極）兩端接合成回路，

  

（圖4）

當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。就是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，顯示儀表會指出所產生的熱電勢。

　　實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對于的熱電勢，應注意如下幾個問題：

　　1、的熱電勢是工作端的兩端溫度函數的差，而不是冷端與工作端，兩端溫度差的函數；

　　2、所產生的熱電勢的大小，當的材料是均勻時，與的長度和直徑無關，只與材料的成份和兩端的溫差有關；

　　3、當的兩個絲材料成份確定后，熱電勢的大小，只與的溫度差有關；若冷端的溫度保持一定，這進的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。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。就是利用這一效應來工作的。^[1]

常見種類

　　常用可分為標準和非標準兩大類。所謂標準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，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化在使用范圍或數量級上均不及標準化，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標準化中國從1988年1月1日起，和熱電阻全部按IEC標準生產，并S、B、E、K、R、J、T七種標準化為中國統一設計型。

　　從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成，一般對的電極材料，基本要求是：

　　1、在測溫范圍內，熱電性質穩定，不隨時間而變化，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、測溫中產生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數關系；

　　4、材料復制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。