热电偶

热电偶是最常用的温度传感器类型。它们用于工业、汽车和消费应用。热电偶是自供电的，可以在很宽的温度范围内工作，并且具有快速的响应时间。

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热电偶是通过将两条不同的金属线连接在一起制成的。这会导致塞贝克效应。塞贝克效应是两种不同导体的温差在两种物质之间产生电压差的现象。正是这种电压差可以测量并用于计算温度。

热电偶（thermocouple）它是温度测量仪器中常见的测温元件它直接测量温度，并将温度信号转换成热电动力信号，通过电气仪表传递（二次仪表）转换成被测介质的温度。由于需要，各种热电偶的形状往往差别很大，但其基本结构基本相同，通常由热电极组成、绝缘套管保护管接线盒等主要部件，通常带有显示仪表、记录仪和电子调节器一起使用。

在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。热电偶广泛应用于温度测量，具有结构简单的优点、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小，便于输出信号的远程传输。另外，由于热电偶是一种有源传感器，使用起来非常方便，不需要外接电源，所以常被用作测量炉、管道中气体或液体的温度以及固体的表面温度。

两种不同成分的导体（称为热电偶丝或热电极）当两端接合成电路时，当两个连接点的温度不同时，电路中就会产生电动势这种现象叫做热电效应，这个电动势叫做热电势。热电偶就是利用这个原理来测量温度的，其中直接用来测量介质温度的一端称为工作端（也称为测量端）另一端叫做冷端（也称为补偿端）冷端连接显示仪表或配套仪表，显示仪表会指出热电偶产生的热电势。

热电偶实际上是一种能量转换器，将热能转化为电能，利用产生的热电势来测量温度对于热电偶的热电势，要注意以下几个问题：

1、热电偶的热电势是热电偶工作端两端温度函数之差，而不是热电偶冷端与工作端温差的函数；

2、当热电偶材料均匀时，热电偶产生的热电势与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成分和两端的温差有关； www.qwbaike.cn

3、当两根热电偶丝的材料成分确定后，热电偶的热电势只与热电偶的温差有关；如果热电偶冷端温度保持不变，则热电偶的热电势只是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个连接点1和2之间存在温差时，它们之间产生电动势，从而在回路中形成大电流。热电偶就是利用这种效应工作的。

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当两个不同的导体或半导体A和B形成一个回路，回路的两端相互连接，只要两个节点处的温度不同，一端称为工作端或热端，另一端称为自由端（也称参考端）或者冷端，回路中会产生电动势，电动势的方向和大小与导体的材质和两个触点的温度有关。这种现象称为“热电效应”由两个导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体被称为“热电极”，电动势叫做“热电动势”

热电动势由两部分组成，一部分是两个导体的接触电动势，另一部分是单个导体的热电电动势。

热电偶电路中热电动势的大小只与导体材料和两个触点的温度有关，而与热电偶的形状和大小无关。当热电偶的两个电极的材料固定时，热电动势是两个接触温度T和t0。的函数差。 www.qwbaike.cn

也就是说，这种关系已经被广泛应用于实际的温度测量中。由于冷端t0不变，热电偶产生的热电动势只跟随热端(测量端)温度变化，即一定的热电势对应一定的温度。只要测量热电动势，就可以测量温度。 www.qwbaike.cn

热电偶测温的基本原理是两种不同成分的材料导体形成一个闭合回路当两端有温度梯度时，回路中就会有电流流动此时，两端之间有一个——的电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeckeffect）两种成分不同的同质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，通常处于恒温状态。根据温差电动势与温度的函数关系，制作了热电偶分度表；自由端温度为0℃时得到分度表，不同的热电偶有不同的分度表。 www.qwbaike.cn

热电偶冷端补偿的计算方法： www.qwbaike.cn

从毫伏到温度：测量冷端温度，换算成相应的毫伏值，与热电偶的毫伏值相加，换算成温度； www.qwbaike.cn

从温度到毫伏：测量实际温度和冷端温度，分别换算成毫伏，相减后得到毫伏，得到温度。 www.qwbaike.cn

1、抗震性能好的压簧式感温元件；

2、测量精度高；

3、测量范围大（200℃ ~ 1300℃，特殊情况下－270摄氏度~2800摄氏度）

4、热响应时间快； www.qwbaike.cn

5、机械强度高，耐压性好； www.qwbaike.cn

6、耐高温可达2800度；

7、使用寿命长。

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1、测量精度高。由于热电偶与被测对象直接接触，所以不受中间介质的影响。

2、测量范围广。常用热电偶从零下50度-可连续测量1600度，最低可测量一些特殊热电偶-269度（如金铁镍铬），高达2800度（如钨-铼 www.qwbaike.cn

3、结构简单，使用方便。热电偶通常由两种不同的金属线组成，而且不受尺寸和开头的限制，外面有保护套使用起来非常方便。

它是感温元件，是一次仪表，热电偶直接测量温度。在两种不同成分的导体组成的闭合回路中，由于材料不同，不同的电子密度产生电子扩散，稳定平衡后产生电势。当两端有梯度温度时，回路中就会有电流，产生热电电动势温差越大，电流就越大。测量热电动势后就可以知道温度值。热电偶实际上是一种能量转换器，可以将热能转化为电能。 www.qwbaike.cn

热电偶的技术优势：热电偶测温范围宽，性能稳定；测量精度高，热电偶与被测物体直接接触，不受中间介质影响；热响应时间快，热电偶对温度变化响应灵活；大测量范围，热电偶来自-温度可在40~ 1600℃连续测量；热电偶性能可靠，机械强度好。使用寿命长，安装方便。

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热电偶必须由两种性质不同但满足特定要求的导体组成（或半导体）材料构成回路。热电偶的测量端和参考端之间必须有温差。

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焊接两个导体或不同材料的半导体A和B，形成一个闭合回路。当导体A和B的两个持续点1和2之间存在温差时，它们之间产生电动势，因此在回路中形成一定量级的电流这种现象被称为热电效应。热电偶就是利用这种效应工作的。

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热响应时间比较复杂，不同的测试条件会有不同的测量结果，因为它受热电偶与周围介质热交换速率的影响热交换率越高，热响应时间越短。为了使热电偶产品的热响应时间具有可比性，国家标准规定：热响应时间应在专用水流测试装置上进行。设备的水流速度应保持在0.4±0.05m/s，初始温度为5-在45℃范围内，温度阶跃值为40-50℃。测试过程中，水的温度变化不应大于温度阶跃值的1%被测热电偶的插入深度为150mm或设计插入深度（选择较小的值，并在测试报告中注明） www.qwbaike.cn

由于装置复杂，目前只有少数单位有这套设备，所以国标规定允许厂家与用户协商，也可以采用其他测试方法，但给出的数据必须注明测试条件。 www.qwbaike.cn

由于B型热电偶在室温附近的热电势很小，热响应时间不容易测量，所以国家标准规定可以用同规格的S型热电偶的热电极组件代替其自带的热电极组件，然后进行测试。 www.qwbaike.cn

测试期间，热电偶的输出变化应记录为相当于50°的温度阶跃变化%的时间T0.5如有必要，可以记录更改10%热响应时间T0.1和变化90%热响应时间T0.9。记录的热响应时间应为同一试验的至少三个试验结果的平均值，每个试验结果与平均值的偏差应在10°以内%以内。此外，形成温度阶跃变化所需的时间不应超过待测热电偶的T0.5的十分之一。记录仪器或仪表的响应时间不应超过被测热电偶的T0.5的十分之一。 www.qwbaike.cn

有几种类型的热电偶由各种不同的材料制成，允许不同的温度范围和不同的灵敏度。不同的类型由指定的字母区分。最常用的是K型。

热电偶的一些缺点包括测量温度可能具有挑战性，因为它们的输出电压小，需要精确放大，对长导线上的外部噪声的敏感性以及冷端。冷端是热电偶线与信号电路的铜迹线相遇的地方。这会产生另一个需要补偿的塞贝克效应，称为冷端补偿。

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