熱電偶測溫測量儀表綜述

王思佳

摘 要：在工業生產中測溫儀器有很多，而熱電偶測溫儀表是其中的一種。它是由兩種導體或半導體的兩端分別焊接或絞接在一起，形成一個閉合回路，利用兩點的溫度差來產生電動勢工作的。熱電偶的品種很多，各種分類方法也不盡相同，按照工業標準化的要求可以分為標準化熱電偶和非標準化熱電偶兩種。熱電偶是熱電效應理論的具體應用之一，在溫度測量中有廣泛的應用，具有結構簡單、性能穩定、容易構造等優點。熱電偶通過與顯示儀表配合使用，可以實現遠距離測量、自動記錄、溫度自動控制等。

關鍵詞：熱電偶；溫差；熱電動勢；熱電效應

1.測溫儀表及熱電偶測溫的種類

根據熱電偶的用途、安裝方法和結構形式的不同，熱電偶可以分為普通型熱電偶、鎧裝熱電偶兩大類。而常用熱電偶按熱電偶的分度號有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。S分度號的特點是抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用，長期使用溫度1400℃，短期1600℃。在所有熱電偶中，S分度號的精確度等級最高，通常用作標準熱電偶；R分度號與S分度號相比除熱電動勢大15%左右，其它性能幾乎完全相同；B分度號在室溫下熱電動勢極小，故在測量時一般不用補償導線。它的長期使用溫度為1600℃，短期1800℃?？稍谘趸曰蛑行詺夥罩惺褂茫部稍谡婵諚l件下短期使用。N分度號的特點是1300℃下高溫抗氧化能力強，熱電動勢的長期穩定性及短期熱循環的復現性好，耐核輻照及耐低溫性能也好，可以部分代替S分度號熱電偶。

2.熱電偶測溫的基本原理

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均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熱電動勢，其原理圖如圖1。

而之所以會產生熱電動勢是由于不同的導體材料的電子密度不同，即使相同的導體材料，溫度不同，其電子密度也不相同，當異質金屬A、B組成閉合回路，由于接點a、b的溫度不同，則同一導體溫度高的地方自由電子密度大，溫度低的地方自由電子密度小，所以在閉合回路中，自由電子密度大的要向自由電子密度小的區域擴散，這樣在回路中就產生了“凈”電荷流動，即回路中有電動勢eAB，這就是產生塞貝克電動勢原因。當熱電極材料一定后，則熱電動勢僅與兩接點的溫度有關。一對異質金屬A、B組成的閉合回路中，如果對接點a加熱，那么，a、b兩接點的溫度就會不同，溫度不同，就會有電流產生，使得接在電路中的電流表發生偏轉，它在熱電偶回路中產生的電流稱為熱電流。A、B稱為熱電極，接點a是用焊接的方法連接一起的，測溫時，將它置于被測溫度場中，稱為測量端或者工作端，接點b一般要求恒定在某一溫度稱為參考端或自由端。

熱電勢的大小與t和t0之差的大小有關.當熱電偶的兩個熱電極材料已知時，由熱電偶回路熱電勢的分布理論知熱電偶兩端的熱電勢差可以用下式表示：

EAB（t，t0）=EAB（t）-EAB（t0）

式中 EAB（t，t0）——熱電偶的熱電勢；

EAB（t）——溫度為t時工作端的熱電勢；

EAB（t0）——溫度為t0時冷端的熱電勢。

從上式可看出當工作端的被測介質溫度發生變化時，熱電勢隨之發生變化，因此，只要測出EAB（t，t0）和知道EAB（t0）就可得到EAB（t），將熱電勢送入顯示儀表進行指示或記錄，或送入微機進行處理，即可獲得測量端溫度t值。

圖1 熱電偶測溫原理圖

3.熱電偶測溫的主要優缺點

熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一，其優點有：

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℃均可連續測量，某些特殊電偶最低可測到-271--+2800℃如金鐵鎳鉻和鎢-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。

4.熱電偶測溫國內研究現狀及發展趨勢

熱電偶主要用于測量較高溫度，關于我國高溫熱電偶發展現狀，高溫熱電偶一般指1300度以上的，有鉑銠10-鉑熱電偶，鉑銠13-鉑熱電偶，碳化硅-石墨等等。 目前來講，接觸式測溫熱電偶是最可靠的測溫方式，除了真空、中頻、高頻區域不適合熱電偶測溫量而采用光學高溫計、紅外線測溫儀外，基本上沒有其他什么材料、技術可以替代它。

5.結論

熱電偶雖然廣泛應用于工業生產當中，但是也有它的不足，如果使用不當會帶來較大的誤差，因此如何正確使用熱電偶和最大程度的減小其誤差成為了關鍵問題。在實際使用熱電偶時，其冷端溫度（參考端） 不但不為0 ℃，而且往往是變化的，測溫儀表所測得的溫度值就會產生較大誤差，在這種情況下，我們通常采用熱電勢補正法、調儀表起始點法、補償導線、參考端溫度補償器來減小誤差。因此，使用好熱電偶時注意各個方面的影響并把它的主要誤差減小到最低程度，才能比較準確地測出符合工業現場的量值。

參考文獻：

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