热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
1．热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
常用的热电偶材料有：
热电偶分度号热电极材料
正极负极
S 铂铑10 纯铂
R 铂铑13 纯铂
B 铂铑30 铂铑6
K 镍铬镍硅
T 纯铜铜镍
J 铁铜镍
N 镍铬硅镍硅
E 镍铬铜镍
2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3．热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
热电偶冷端补偿原理
热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。
热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。
热电偶温度表是目前应用最广泛的一种温度表，热电偶温度表是一种温度电测仪表，它通常由热电偶、热电偶冷端温度补偿装置(或元件)和显示仪表三部分组成，三者之间用导线连接起来。
热电偶测温原理
热电偶是通过把两根不同的导体或半导体线状材料A和B的一端焊接起来而形成的，A、B就称为热电极(或热电偶丝)。焊接起来的一端置于被测温度t处，称为热电偶的热端(或称测量端、工作端);非焊接端称为冷端(或参考端、自由端)，冷端则置于被测对象之外温度为t0的环境中。
如把热电偶的两个冷端也连接起来则形成一个闭合回路，如图2-1所示，则当热端温度和冷端温度不相等，即t≠to时，回路中有电流流过，这说明在回路中产生了电动势，由于热电偶两个接点处的温度不同而产生的电动势称为热电(动)势，上述理象称为热电效应，或称塞贝克效应。热电偶就是利用热电效应来测量温度的。进一步的研究表明，热电势是由接触电势和温差电组成的。
1.接触电势
两种均质导体A和B接触时，由于A和B中自由电子密度不同（设自由电子密度NA>NB)，导体A 将通过接点向导体B进行自由电子扩散，则A失电子，B积累电子，从而使接点两侧产生电位差，建立了静电场E，如图2-2所示，静电场E的存左将阻止自由电子继续扩散。当扩散力和电场力的作用相互平衡时。电子的扩散就相对停止，最终在接点两侧之间产生电势，此电势称为接触电势，用符号eAB(t)表示，其中t为接点处的温度，接触电势的大小与接触面温度t和两种导体的性质有关，方向如图2-2所示，由电子密度小的电极指向电子密度大的电极。
2.温差电势
因导体的自由电子密度会随温度升高而增大，因此当同一导体两端温度不同时(如图2-3所示)，温度高的一端自由电子密度将高于温度低的一端，因此在两端之间也会出现与接触电势中相似的自由电子扩散过程，最终在导体的两端间产生电位差，建立起电势，这种电势被称为温差电势，用符号eA(t，to)表示，其大小与导体两端温度t、to及导体性质有关，如图2-3所示由低温端指向高温端。为了便于分析问题，温差电势有时也写成下面的形式，即eA(t，to)=eA(t)-eA(to)。
3.热电势
综上所述，在图2-1所示的热电偶回路中，当t＞t0，NA＞NB时，回路内将产生两个接触电势eAB(t)和ｅAB(to)，两个温差电势eA(t，to)和eB(t，to)。各电势的方向如图中所示。
这时，回路的总电势，即热电势EAB(t，to)是这些接触电势和温差电势的代数和，即
EAB(t，to)= eAB(t) - eA(，to) - eAB(to) + eB(t，to)
= eAB(t)-[eA(t) - eA(to)] - eAB(to) + [eB(t) - eB(to)]
= [eAB(t) - eA(t) + eB(t)] - [eAB(tO) - eA(to) + eB(to)]
= fAB(t) –fAB(to)
由于温差电势比接触电势小，又t>tO，所以在总电势EAB(t，tO)中，接触电势eAB(t)所占百分比最大，故总电势EAB(t，to)的方向取决于eAB(t)的方向。又因A的电子密度大，所以A为正极，B为负极，在正热电极里，电势的方向由热端指向冷端。
上式表明，当两个热电极的材料选定后，热电势就是两个分别与接点温度有关的函数之差。如果冷端温度to保持不变，则fAB(to) = C(常数)，那么，EAB(t，to)=fAB(t) –C，热电势就与热端温度t成一一对应关系。因此，测得热电势EAB(t，to)，就可以确定被测温度t的数值，这就是热电偶测量温度的原理。
为了使用方便，标准化热电偶的热端温度与热电势之间的对应关系都有函数表可查。这种函数表是在冷端温度为0℃条件下，通过实验方法制定出来的，称为热电偶分度表。热电偶分度表可用于表达热电偶的热电特性。几种常用热电偶的分度表见附表1～附表5。应注意to不等于0℃时不能使用分度表由t直接查EAB(t，to)值，也不能直接由EAB(t，to)查t
附表1：铂铑10-铂热电偶分度表（分度号为S；参考端温度为0℃；mV)
附表2：铂铑13-铂热电偶分度表（分度号为R；参考端温度为0℃；mV)
附表3：铂铑30-铂铑6热电偶分度表(分度号为B；冷端温度为0℃；mV)
附表4：镍铬-镍硅热电偶分度表(分度号为K；冷端温度为0℃；mV)
附表5：镍铬-铜镍(康铜)热电偶分度表(分度号为E；冷端温度为0℃；mV)
（S型热电偶）铂铑10-铂热电偶
铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10%，含铂为90%，负极（SN）为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。
S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。
S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。
（R型热电偶）铂铑13-铂热电偶
铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。
R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当，在我国一直难于推广，除在进口设备上的测温有所应用外，国内测温很少采用。1967年至1971年间，英国NPL，美国NBS和加拿大NRC三大研究机构进行了一项合作研究，其结果表明，R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶均好，我国目前尚未开展这方面的研究。
R型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。
（B型热电偶）铂铑30-铂铑6热电偶
铂铑30-铂铑6热电偶（B型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（BP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为30%，含铂为70%，负极（BN）为铂铑合金，含铑为量6%，故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃。B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。
B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。
（K型热电偶）镍铬-镍硅热电偶
镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90：10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=97：3，其使用温度为-200~1300℃。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用。
K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。
（N型热电偶）镍铬硅-镍硅热电偶
镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶，是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了K型热电偶的两个重要缺点：K型热电偶在300~500℃间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定；在800℃左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。正极（NP）的名义化学成分为：Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，负极（NN）的名义化学成分为：Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1，其使用温度为-200~1300℃。
N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶.
N型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。
（E型热电偶）镍铬-铜镍热电偶
镍铬-铜镍热电偶（E型热电偶）又称镍铬-康铜热电偶，也是一种廉金属的热电偶，正极（EP）为：镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为：55%的铜，45%的镍以及少量的锰，钴，铁等元素。该热电偶的使用温度为-200~900℃。
E型热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制成热电堆，测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度较高的环境。E热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中，广泛为用户采用。
E型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性气氛中，热电势均匀性较差。
（J型热电偶）铁-铜镍热电偶
铁-铜镍热电偶（J型热电偶）又称铁-康铜热电偶，也是一种价格低廉的廉金属的热电偶。它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁，负极（JN）为铜镍合金，常被含糊地称之为康铜，其名义化学成分为：55%的铜和45%的镍以及少量却十分重要的锰，钴，铁等元素，尽管它叫康铜，但不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜，故不能用EN和TN来替换。铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-200~1200℃，但通常使用的温度范围为0~750℃
J型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,广为用户所采用。
J型热电偶可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中。
（T型热电偶）铜-铜镍热电偶
铜-铜镍热电偶（T型热电偶）又称铜-康铜热电偶，也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用，尽管它们都叫康铜，铜-铜镍热电偶的盖测量温区为-200~350℃。
T型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,特别在-200~0℃温区内使用，稳定性更好，年稳定性可小于±3μV，经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递。
T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差，故使用温度上限受到限制。
热电偶的基本知识—热电偶常见故障原因及其处理方法
四、热电偶常见故障原因及其处理方法
热电偶常见故障原因及处理方法见表4-1
表4-1热电偶常见故障原因及处理方法
。
1. 热电偶测温原理
两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应,该电动势称为热电势。这两种不同材料的导体或半导体的组合称为热电偶，导体A、B称为热电极。两个接点，一个称热端，又称测量端或工作端，测温时将它置于被测介质中;另一个称冷端，又称参考端或自由端，它
通过导线与显示仪表相连。
接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。两种导体接触时，自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散，在接触处失去电子一侧带正电，得到电子一侧带负电，扩散达到动平衡时，在接触面的两侧就形成稳定的接触电势。接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。两接点的接触电势e AB(T)和e AB（T0）可表示为
式中：K——波尔兹曼常数； e——单位电荷电量；NAT、NBT和N AT0、N BT0——温度分别为T和T0时，A、B两种材料的电子密度。
温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形成接触电势，其大小由下面公式给出：
式中, NAt和NBt分别为A导体和B导体的电子密度，是温度的函数。
热电偶回路中产生的总热电势为
eAB(T, T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0)
在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为：eAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)
对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即eAB(T,T0)=eAB(T)-c=f(T)
这一关系式在实际测量中是很有用的，即只要测出eAB（T，T0）的大小，就能得到被测
温度T，这就是利用热电偶测温的原理。
二、热电偶基本定律
1、均质导体定律:由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。即如材料不均匀，当导体上存在温度梯度时，将会有附加电动势产生。这条定理说明，热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。
2、中间导体定律：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢？中间导体定律说明，在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。
3、中间温度定律：在热电偶测温回路中，t c为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t, t0)等于热电偶AB在接点温度t、t c和tc、t0时的热电势eAB(t, t c)和eAB(tc, t0)的代数和，即eAB(t,t0)=eAB(t,t c)+eAB(tc,t0
该定律是参考端温度计算修正法的理论依据，在实际热电偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。
三、热电偶的结构形式
为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。
1、普通型热电偶：普通型结构热电偶工业上使用最多，它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。
2、铠装型热电偶：铠装热电偶又称套管热电偶。它是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体，铠装热电偶的主要优点是测温端热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上，因此被广泛用在许多工业部门中。
3、薄膜热电偶：薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料用真空蒸镀、化学涂层等办法蒸镀到
绝缘基板上而制成的一种特殊热电偶，薄膜热电偶的热接点可以做得很小（可薄到0.01～0.1μm），具有热容量小、反应速度快等特点，热响应时间达到微秒级，适用于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度测量。
四、热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法
当热电偶材料选定以后，热电动势只与热端和冷端温度有关。因此只有当冷端温度恒定时，热电偶的热电势和热端温度才有单值的函数关系。热电偶的分度表是以冷端温度0℃作为基准进行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往往不为0℃，所以必须对冷端温度进行处理，消除冷端温度的影响。
那么热端温度为t时，分度表所对应的热电势eAB(t, 0)与热电偶实际产生的热电势eAB(t,t0)之间的关系可根据中间温度定律得到下式：eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0)
由此可见，eAB(t0，0)是冷端温度t0的函数，因此需要对热电偶冷端温度进行处理。
1、热电偶补偿导线：在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样, 冷端温度t0比较稳定。热电偶一般做得较短，一般为350～2000mm，需要用导线将热电偶的冷端延伸出来。工程中采用一种补偿导线，它通常由两种不同性质的廉价金属导线制成，而且在0～100℃温度范围内，要求补偿导线和所配热电偶具有相同的热电特性。
2、冷端温度修正法：采用补偿导线可使热电偶的冷端延伸到温度比较稳定的地方，但只要冷端温度t0不等于0℃，需要对热电偶回路的测量电势值eAB（t，t0）加以修正。当工作端温度为t时，分度表所对应的热电势eAB(t,0)与热电偶实际产生的热电势eAB(t,t0)之间的关系可根据中间温度定律得到下式：eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0)
由此可见，测量电势值eAB(t, t0)的修正值为eAB(t0, 0)。eAB(t0，0)是参考端温度t0的函数，经修正后的热电势为eAB（t，0），可由分度表中查出被测实际温度值t。
例如，用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势eAB（t，t0）为33.29mV, 求加热炉温度。
解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得eAB（30，0）1.203 mV。由式（15-13）可得eAB （t，0）= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV，由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.5℃ 。
3、冷端0℃恒温法：在实验室及精密测量中，通常把冷端放入0℃恒温器或装满冰水混合物的容器中，以便冷端温度保持0℃，这种方法又称冰浴法。这是一种理想的补偿方法，但工业中使用极为不便。
4、冷端温度自动补偿法（补偿电桥法）：补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压Uab作为补偿信号，来自动补偿热电偶测量过程中因冷端温度不为0℃或变化而引起热电势的变化值。补偿电桥由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制的电阻r1、r2、r3及电阻温度系数较大的铜丝绕制的电阻r cu和稳压电源组成。补偿电桥与热电偶冷端处在同一环境温度，当冷端温度变化引起的热电势eAB(t,t0)变化时，由于r cu的阻值随冷端温度变化而变化，适当选择桥臂电阻和桥路电流，就可以使电桥产生的不平衡电压U ab补偿由于冷端温度t0变化引起的热电势变化量，从而达到自动补偿的目的。
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1.热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 2.热电偶的种类及结构形成 (1)热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时)，而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线
《自动检测技术及仪表》课程设计报告 热电偶温度计的测温原理、选型及其应用 学院： 班级： 姓名： 学号：
目录 一摘要 (3) 二热电偶温度计的测温原理 (3) 2.1 热电偶的测温原理 (3) 2.2 接触电势 (4) 2.3 温差电势 (4) 2.4 热电偶温度计闭合回路的总热电势 (4) 三热电偶温度计的组成结构及其作用和特 (5) 3.1 热电偶温度计的组成结构 (5) 3.2 热电偶温度计的作用及特点 (6) 四热电偶温度计测温技术中涉及到的定则 (7) 4.1 均质导体定则 (7) 4.2 中间导体定则 (7) 4.3 连接导体和中间温度定则 (8) 五热电偶温度计的误差分析及选型 (8) 5.1 影响测量误差的主要因素 (8) 5.1.1插入深度 (8) 5.1.2响应时间 (9) 5.1.3热辐射 (10) 5.1.4冷端温度 (11) 5.2 热电偶温度计的选型 (11) 六现场安装及其注意事项 (13) 七总结 (13) 八参考文献 (15)
一、摘要 热电偶温度计是一种最简单﹑最普通，测温范围最广的温度传感器，是科研﹑生产最常用的温度传感器。在使用时不注意，也会引起较大测量误差。针对当前存在的问题，详细探讨影响测量误差的主要因素：热电偶插入深度﹑响应时间﹑热辐射及冷端温度等因素对测量的影响；在使用时应该怎样选择热电偶温度计，以及使用时的一些安装注意事项，这对提高测量精度，延长热电偶寿命，都有一定的意义。 二、热电偶温度计的测温原理 热电偶温度计是一种感温元件 , 把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气仪表转换成被测介质的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路 , 当两端温度不同时 , 回路中就会产生电势，这种现象称为热电效应（或者塞贝克效应）。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系 , 制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在 0°C 时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时 , 只要该材料两个接点的温度相同 , 热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此 , 在热电偶测温时 , 可接入测量仪表 , 测得热电动势后 , 即可知道被测介质的温度。 热电偶温度计测温原理图如图所示： 其中，T是热端、工作端或者测量端， T
热电偶的原理及现象 一、实验目的：了解热电偶测温原理。 二、基本原理：1821年德国物理学家赛贝克（T?J?Seebeck）发现和证明了两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。这种物理现象称为热电效应（塞贝克效应）。 热电偶测温原理是利用热电效应。如图21—1所示，热电偶就是将A和B二种不同金属材料的一端焊接而成。A和B称为热电极，焊接 的一端是接触热场的T端称为工作端或测量端， 也称热端；未焊接的一端处在温度T0称为自由端 或参考端，也称冷端(接引线用来连接测量仪表的图21—1热电偶 两根导线C是同样的材料，可以与A和B不同种材料)。T与T0的温差愈大，热电偶的输出电动势愈大；温差为0时，热电偶的输出电动势为0；因此，可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上，将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号，并且有相应的分度表即参考端温度为0℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表；可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。热电偶一般用来测量较高的温度，应用在冶金、化工和炼油行业，用于测量、控制较高的温度。 本实验只是定性了解热电偶的热电势现象，实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它们封装在悬臂双平行梁上、下梁的上、下表面中，二个热电偶串联在一起，产生热电势为二者之和。 三、需用器件与单元：机头平行梁中的热电偶、加热器；显示面板中的F/V表(或电压表)、-15V电源；调理电路面板中传感器输出单元中的热电偶、加热器；调理电路单元中的差动放大器；室温温度计（自备）。 四、实验步骤： 1、热电偶无温差时差动放大器调零：将电压表量程切换到2V档，按图21—2示意接线，检查接线无误后合上主、副电源开关。将差动放大器的增益电位器顺时针方向缓慢转到底（增益为101倍），再逆时针回转一点点（防电位器的可调触点在极限端点位置接触不良）；再调节差动放大器的调零旋钮，使电压表显示0V左右，再将电压表量程切换到200mV档继续调零，使电压表显示0V。并记录下自备温度计所测的室温tn。
1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B 的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 A,B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)
在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定 律) (2) 从式(2)我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补偿导线的原因， 2．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 常用的热电偶材料有： 热电偶分度号热电极材料 正极负极 S 铂铑10 纯铂 R 铂铑13 纯铂 B 铂铑30 铂铑6 K 镍铬镍硅 T 纯铜铜镍 J 铁铜镍 N 镍铬硅镍硅 E 镍铬铜镍 2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。
热电偶测量原理 摘要：温度，无论是在工业还是农业生产过程中都属于很普遍又很重要的指标。测量温度信号使用各种类型的温度传感器实现，如热电偶（TC）、热电阻（RTD）、热敏电阻（NTC）等。本文主要介绍热电偶测量原理及其类型，以及对热电偶选取的简单介绍。 一、何为热电偶 两种不同材料的导体或半导体（通常称为热点极）两端接合（接合点A与B）形成回路时候，当两端的接合点T A≠T B时，在回路中就会产生电动势，通过温度差变化引起电动势的变化称为热电效应，该电动势又被称为热电势，如图 1所示。由于该热电势是由两种不同的导体材料产生的，又称之为热电偶。由热电偶的定义可以发现，热电偶可将温度直接转化电信号，使得测量可以很容易简单的进行。 图 1 热电效应原理 二、热电偶类型 对于热电偶热电势的产生需要达到如下条件： 1.两种不同材料的导体或半导体； 2.温度差的产生，即TA≠TB； 改变T A（称之为测量端，也叫热端）结点温度时，保持T B（称之为参考端，也叫冷端）处于一恒温状态，就能通过热电势与温度关系得出该两种材料所形成的热电偶分度表，由于热电势指的是E AB（T A，T B），两端接合点温度差所对应的电势差有关，而温度差相同但温度段不同时对应的信号大小也是不一致的，例如0~50℃和50~100℃的温度差相同，但信号大小却是不相同，为了准确测量温度信号就必须把其中一头的温度固定下来，通常分度表的T B一般为0℃。所以从理论上讲，任何两种导体都可以配制为热电偶，但得到的并不全是满足测量需求的，如测温精度、测温范围、测温瞬变程度等。在多年的时间测试了许多种热电材料组合的热电特性，经过百多年的发展已经对产品的规格及性能都已标准化。目前常用的热电偶类型有8种，S、R、B、E、T、J、K、N。其中S、R、B属于贵金属材料热电偶；E、T、J、K、N属于廉金属材料热电偶。对于热电偶类型所选用的材料均可在网上找到对应资料。 对于不同型号类型热电偶拥有自己所测量的最优温度区间，将在后续选取中进一步介绍。 三、热电偶测量原理 四个热电偶基本经验定律： 1.均质导体定律：由同一种均质材料两端焊接组成闭合回路时，无论导体两端及其截面温度如何分布，均不产生接触电势，而温差电势相互抵消，总电势为零； 2.中间导体定律：在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响；
热电偶的测温原理 摘要：通过对金属的接触电动势和温差电动势来进行简化的数学推导，从根源来阐述热电偶的工作原理，并通过实验来简化。从而系统地解释了热电偶的输入量（温度）和输出量（电流，电压）的线性关系。以及热电偶的选型要求，和材料性能。 关键词：热电效应、电动势、选型、材料； 0 引言 温度测量是通过某些测温物质的各种物理性能变化，例如固体的尺寸,密度,硬度 粘度,电导率,热辐射等的变化来判断被测物体的温度。在许多测量方法中，热电偶测温的应用为最广泛之一。主要优点：①接触式测温，准确度较高；②结构简单，体积小，安装方便；③测量范围广：-150oC----1600oC，采用特殊材料时可达2800oC。④热容量小，响应速度快，热电极不受形状限制 1热电偶传感器的工作原理 1.1 热电效应 如图1所示，由两种导体A,B 构成一个闭合回路，使两端结点处于不同温度下。回路中便产生热电势和电流。这种物理现象称为热电效应。 图 1 定义：导体A，B为热电极；测温结点处在T温度场下为测量端，或工作端，热端。结点处在To温度场下为参考端，或自由端，冷端。 1.2 热电偶中的电势 1.2.1接触电势（伯尔帖电势） 互相接触的两种金属导体内部因自由电子密度不同，当接触时两种导体在接触界面上会发生电子扩散。电子扩散的速率与自由电子的密度及金属所
处的温度呈正比。假定,金属A 的自由电子的密度为NA,金属B 的自由电子的密度为NB. 自由电子的密度大的向自由电子的密度小的方向扩散。 失去电子一方带正电，得到电子一方带负电。 这种扩散运动逐渐在界面上建立电势，类似于势垒，它又阻碍自由电子进一步扩散，产生了一个动态平衡。 图 2 接触电势的关系式： 图 3 K:波尔兹曼常数 J/K T:接触界面处的温度 e:电子电荷量 C NA,NB 分别为金属A,B 的自由电子密度. 对于To 结点有: 回路总接触电势: B A AB N N e kT T e ln )( =
热电偶测温原理 教育知识 热电偶测温原理与检定 前言 热电偶是热电效应理论的具体应用，它在温度测量中得到了广泛的应用。热电偶具有结构简单，容易制造，使用方便和测量精度高等优点。 本论文阐述了热电偶的测温原理、热电偶的安装使用方法以及热电偶检定等方面，特别重点讨论了热电偶的测温原理和检定方法，以便能重点突出本论文的写作目的及观点。通过撰写此论文，使自己能更进一步地掌握和熟悉这些关于热电偶的知识点，为以后在工作岗位上的实践和对热电偶进一步的讨论中打下坚实而有力的基础。 撰写人：王彭 2006年1月12日 摘要：热电偶的测温原理是将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 关键词：原理，使用，检定，实例 热电偶测温原理与检定 第一章热电偶测温原理及正确使用 第一节热电偶的测温原理 在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效应以来，经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文等科学家的大量研究，热电效应理论得到了不断的发展，并日趋完善。热电偶是热电效应的具体应用之一，它在温度测量中得到了广泛的应用，热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。可用于快速测温、点温测量和表面测量等，但是热电偶也存在着不足的地方，如使用的参考端温度必须恒定，否则将歪曲测量结果；在高温或长期使用中，因受被测介质或气氛的作用（如氧化、还原等）而发生劣化，降低使用寿命。尽管如此，热电偶
仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。下面我们从三个热电效应的阐述中来讨论热电偶的测温原理。 一、塞贝克效应和塞贝克电势 热电偶为什么能用来测量温度呢？这就是从热能和电能的相互转化的热电现象说起。在1821年，塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的闭合回路（如图1—1）中，如果对接点a加热，那么，a,b两接点的温度就会不同，温度不同，就会有电流产生，使得接在电路中的电流表发生偏转。这一现象现今称为温差电效应或塞贝克效应，相应的电势称为温差热电势或塞贝克电势，它在热电偶回路中产生的电流称为热电流。Ａ、Ｂ称为热电极，接点a是用焊接的方法连接一起的，测温时，将它置于被测温度场中，称为测量端或者工作端，接点b一般要求恒定在某一温度称为参考端或自由端。 A A T a b T0 图１—１塞贝克效应示意图 不同的导体材料的电子密度不同，即使相同的导体材料，温度不同，其电子密度也不相同，当异质金属Ａ、Ｂ组成闭合回路，由于接点a、b的温度不同（设Ｔ>Ｔ０），则同一导体温度高的地方自由电子密度大，温度低的地方自由电子密度小，即ＮＡ,Ｔ>ＮＡ,T0；ＮＢ,T>ＮＢ,T0。由于两金属导体的自由电子密度不同（设ＮＡ，T>NB，T；ＮＡ，T0>NB，T0）,所以在闭合回路中，自由电子密度大的要向自由电子密度小的区域扩散，这样在回路中就产生了“净”电荷流动，即回路中有电动势eＡB，这就是产生塞贝克电动势原因。实验证明，当热电极材料一定后，则热电势仅与两接点的温度有关，即： dEＡB(T,T0)=SＡBdT (1—1) 式中：SＡB——热电势率或塞贝克系数，其随热电极材料和两接点温度而定。 当两接点的温度分别为T，T0时，回路的热电势为： EＡB（T，T0）= SＡBdT=eＡB (T)- eＡB (T0) （1—2） 式中：eＡB (T)，eＡB (T0)——接点a,b的分热电势或分塞贝克电势 式（1—2）中角标A、B表示不同的热电极材料，按正极写在前，负极写在后的顺序排列。当温度T>T0时，eＡB(T)与总电动势的方向一致，eＡB (T0)与总热电动势的方向相反。如果接点的分热电势角标颠倒，它不会改变分热电势的大小，而改变热电势的方向，即： eＡB (T0)=- eBＡ(T0) （1—3） 代入式（1—2）得： EＡB（T，T0）= eＡB (T)+ eBＡ(T0) （1—4） 由此可知，热电偶回路的总热电动势的大小仅与热电极的材料和两接点的温度有关，与热电极中间温度分布无关。 对于已定的热电偶，当其参考端温度T0恒定时，eＡB（T0）为一常数，则热电势EＡB（T，T0）仅是测量端温度的函数，即：
A,B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1) 在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3 ) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补
热电偶测温原理及其应用 重点 1、掌握热电偶测温原理 2、了解热电偶测量电路及其补偿方法 3、了解热电偶应用 一、热电偶简介 热电温度记录仪常以热电偶作为测温元件. 它广泛用来测量 -200 ℃ ~1300 ℃范围内的温度，特殊情况下，可测至2800 ℃的高温或 4K 的低温。 它具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范围广等特点。 由于热电偶将温度转化成电量进行检测，使温度的测量、控制、以及对温度信号的放大变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。 在接触式测温法中，热电温度计的应用最普遍。 二、热电偶测温原理
1.定义: 由两种导体组合而成,将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶。2. 测温原理 : 热电偶的测温原理基于热电效应。 将两种不同材料的导体 A 和 B 串接成一个闭合回路，当两个接点 1 和 2 的温度不同时，如果 T ＞ T0（如上图 12-1热电效应），在回路中就会产生热电动势，在回路中产生一定大小的电流，此种现象称为热电效应。 热电动势记为 E AB，导体 A 、 B 称为热电极。接点 1 通常是焊接在一起的，测量时将它置于测温场所感受被测温度，故称为测量端（或工作端，热端）。 接点 2 要求温度恒定，称为参考端（或冷端）。 3.热电效应 导体 A 和 B 组成的热电偶闭合电路在两个接点处分别由e AB (T) 与e AB (T0 )两个接触电势，又因为 T ＞ T0，在导体 A 和 B 中还各有一个温差电势。所以闭合回路总热电动势 E AB (T,T0 ) 应为接触电动势和温差电势的代数和，即： 4.闭合回路总热电动势
对于已选定的热电偶，当参考温度恒定时，总热电动势就变成测量端温度T 的单值函数，即E AB( Ｔ, T 0 )= f ( T ) 。这就是热电偶测量温度的基本原理。 在实际测温时，必须在热电偶闭合回路中引入连接导线和仪表。 三、有关热电偶测温的基本原则 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积，长度以及温度分布如何均不产生热电动势。 如果热电偶的两根热电极由两种均质导体组成，那么，热电偶的热电动势仅与两接点的温度有关，与热电偶的温度分布无关； 如果热电极为非均质电极，并处于具有温度梯度的温场时，将产生附加电势，如果仅从热电偶的热电动势大小来判断温度的高低就会引起误差。 1、均质导体定则 : 2、中间导体定则: 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要两端的温度相等，该导体接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。
热电阻及其测温原理 在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。 1、热电阻的测温原理 与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 R t=R t0[1+α（t-t0）] 式中，R t为温度t时的阻值；R t0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 R t=Ae B/t 式中R t为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。 相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 2、工业上常用金属热电阻 从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu5 0的应用最为广泛。 3、热电阻的信号连接方式
1 ?热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B 的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 A,B两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为TO, 形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 gl. 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为TO。 我们可以把总回路的总电动势E分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动 势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即: E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律)(1)
在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A , D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定 律)(2) 从式⑵我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式⑵和式⑴。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式⑶的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果 与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补偿导线 的原因， 2 ?热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时)，而测温点到仪表的距离 都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端) 延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只 起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变 化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度tO工0时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100 C。
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 Rt=Rt0[1+α（t-t0）] 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 Rt=AeB/t 式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。 相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 热电阻材料 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻种类（1）精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。 （2）铠装热电阻：铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点： ①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小； ②机械性能好、耐振，抗冲击； ③能弯曲，便于安装； ④使用寿命长。 （3）端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 （4）隔爆型热电阻：隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 工业上常用金属热电阻
热电偶一般用于中高温的测量，而热电阻主要是低温的测量。采用何种，具体看看下面的介绍： 热电偶 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 2．热电偶的种类及结构形成 （1）热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
热电偶测温控制显示系统 指导书 项目成员: 周海云
刘叶 李勇 项目班级：工业控制091班 项目指导老师：陈勇宏老师 2011年4月28日 目录 第一章：实验的目的及原理 1.1 实验目的 (01) 1.2 实验原理 (01) 1.3 实验计划 (01) 第二章：实验重要元件介绍 2.1 热电偶原理及应用 (02) 2.1.1 热电偶简 (02) 2.1.2 热电偶测温原理 (02) 2.1.3 有关热电偶测温的基本原则 (03) 2.1.4 常用热电偶 (04) 2.2 ICL7107 A/D数模转换器 (04) 2.2.1 ICL7107 的简介 (04) 2.2.2 辨认引脚 (04) 2.2.3 牢记关键点的电压 (05) 2.2.4 注意芯片 (05) 2.2.5 注意接地引脚 (06) 2.3 LM324 运算放大器 (06)
2.3.1 LM324 的简介 (06) 2.3.2 LM324 引脚图 (06) 第三章：热电偶测温系统的调试 3.1 调试的方法 (07) 3.2 注意事项 (07) 3.3 实验数据 (07) 3.3.1 温度上升时的数据 (07) 3.3.2 问的下降时的数据 (08) 实训总结 (09) 附录 (10) 第一章 实验的目的及原理 1.1 实验目的 1）了解热电偶测温的原理、方法及应用，注意事项。 2）了解热电偶测温系统的焊接方法及注意事项。 3）了解热电偶测温系统的调试方法及注意事项。 4）了解一些A/D转换芯片（ICL7107、DH7107GP、ICL7106、DH7106）。 1.2 实验原理 由热电偶热电效应产生的电流经电路处理转变成电压信号，并经过二级放大，放大至正比与温度的电压，送至ICL7107 31#脚，最后由数码管显示热电偶测量到的温度值。
热电偶工作原理及结构 检修岗位 1.懂工作原理 1.1热电偶测温原理 两种电子密度不同的导体构成闭合回路,如果两接头的温度不同,回路中就有电流产生,这种现象成为热电现象,相应的电动势成为温差电势或热电势,它与温度有一定的函数关系,利用此关系就可测量温度。 这种现象包含的原理有: 帕尔帖定理----不同材料结合在一起,在其结合面产生电势。 汤姆逊定理---由温差引起的电势。 当组成热电偶的导体材料均匀时,其热电势的大小与导体本身的长度和直径大小无关,只与导体材料的成分及两端的温度有关。因此,用各种不同的导体或半导体可做成各种用途的热电偶,以满足不同温度对象测量的需要。 1.2热电偶三大定律 均质导体定律
由单一均质金属所形成之封闭回路，沿回路上每一点即使改变温度也不会有电流产生。亦即，E = 0。 由2种均质金属材料A与B所形成的热电偶回路中，热电势E与接点处温度t1、t2的相关函数关系，不受A与B 之中间温度t3与t4之影响。 中间金属定律 在由A与B所形成之热电偶回路两接合点以外的任意点插入均质的第三金属C，C之两端接合点之温度t3若为相同的话，E 不受
C插入之影响。 在由A与B所形成之热电偶回路，将A与B的接合点打开并插入均质的金属C时，A与C 接合点的温度与打开前接合点的温度相等的话，E不受C 插入的影响。 如右图所示，对由A与B所形成之热电偶插入第3之中间金属C，形成由A与C、C与B 之2组热电偶。接合点温度保持t1与t2的情况下，E AC + E CB = E AB。 中间温度定律
如右图所示任意数的异种金属A、B、C???G所形成的封闭回路，封闭回路之全体或是全部的接合点保持在相等的温度时，此回路的E=0。 如右图所示，A 与B所形成之热电偶，两接合点之温度为t1与t2时之E 为E12，t2与t3时之E为E13的话，E12 + E23 = E13。此时，称t2为中间温度。 以中间温度t2选择如0℃这样的标准温度，求得相对0℃任意的温度t1、
热电偶工作原理 什么叫热电偶这就要从热电偶测温原理说起，热电偶是一种感温元件，是一次仪表，它直 接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质 的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体（称为热电偶丝材或热电极）组成闭合 回路，当接合点两端的温度不同，存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就 存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温 度较高的一端为工作端（也称为测量端），温度较低的一端为自由端（也称为补偿端），自由 端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表 是自由端温度在 0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生 的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入 测量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。 热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对 于热电偶的热电势，应注意如下几个问题： 1:热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数； 2:热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关， 只与热电偶材料的成份和两端的温差有关； 3:当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有 关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。常用的热 电偶材料有： 热电偶的故障与修理 热电势比实际应有的热电势小（仪表指示值小）。 （1）热电偶内部电极漏电（短路）。 解决办法：将热电偶电极取出，检查漏电原因。若是因潮湿引起，应将电极用火烤干；若是因瓷管绝缘不良引起，应将坏瓷管取下，换上好的瓷管。 （2）热电偶内部潮湿。 解决办法：将热电偶电极取出干燥之；并检查热电偶的保护管是否漏气、漏水等等，使管内保持干燥。 （3）热电偶端子被铁屑短路。 解决办法：将热电偶端子上的铁屑刷掉，并将端子盖严。 （4）补偿掉线因绝缘烧坏而短路或因潮湿短路。 解决办法：将短路处绝缘或更换补偿掉线。 （5）在修理或焊接电极时产生两个以上热节点。 解决办法：将多热节点的电极更换为同种电极。 （6）热电偶的种类与补偿导线种类配置不当（补偿导线配错）。