熱電偶的主要原理和用途是什么

各種規(guī)格熱電偶

熱電偶參數(shù)

• 中文名稱

  熱電偶

• 外文名稱

  thermocouple

  

• 所屬

  溫度測量儀表中常用的測溫元件

• 常見種類

  標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶

熱電偶基本介紹

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會有電流通過，此時(shí)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(yīng)(Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)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(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時(shí)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，測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測量溫度時(shí)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(guān)系。若測量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測量儀表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線。

熱電偶冷端補(bǔ)償計(jì)算方法：

從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對應(yīng)毫伏值，與熱電偶的毫伏值相加，換算出溫度；

從溫度到毫伏：測量出實(shí)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。
熱電偶測溫條件

是一種感溫元件，是一種一次儀表，熱電偶直接丈量溫度。由2種不同成分材質(zhì)的導(dǎo)體組成的閉合回路，由于材質(zhì)不同，不同的電子密度產(chǎn)生電子擴(kuò)散，穩(wěn)定均衡后就產(chǎn)生 了電勢。當(dāng)兩端存在梯度溫度時(shí)，回路中就會有電流產(chǎn)生，產(chǎn)生熱電動勢，溫度差越大，電流就會越大。測得熱電動勢之后即可曉得溫度值。熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，將熱能轉(zhuǎn)換成電能。

熱電偶的技術(shù)優(yōu)勢：熱電偶測溫范圍寬，性能比較穩(wěn)定；丈量精度高，熱電偶與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響；熱響應(yīng)時(shí)間快，熱電偶對溫度變化反響靈活；丈量范圍大，熱電偶從-40~ 1600℃ 均可連續(xù)測溫；熱電偶性能牢靠， 機(jī)械強(qiáng)度好。使用壽命長，裝置便當(dāng)。

電偶必需是由兩種性質(zhì)不同但契合一定請求的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）資料構(gòu)成回路。熱電偶丈量端和參考端之間必需有溫差。

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。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)生電動勢,因此在回路中構(gòu)成一個(gè)大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是應(yīng)用這一效應(yīng)來工作的。
熱電偶的特點(diǎn)

1、裝配簡單，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(yīng)時(shí)間快；

6、機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；

7、耐高溫可達(dá)2800度；

8、使用壽命長。
熱電偶的工作原理

兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)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(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。

熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題：

1、熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)；

2、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；

3、當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。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)生熱量，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。

熱電偶的結(jié)構(gòu)
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。
 

熱電偶的分類
1、按固定裝置型式分類

熱電偶作為主要測溫手段，用途十分廣泛，因而對固定裝置和技術(shù)性能有多種要求，因此熱電偶的固定裝置分為六種：無固定裝置式、螺紋式、固定法蘭式、活動法蘭式、活動法蘭角尺形式、錐形保護(hù)管式六種。

2、按裝配及結(jié)構(gòu)方式分類

根據(jù)熱電偶的性能結(jié)構(gòu)方式可分為：可拆卸式熱電偶、隔爆式熱電偶、鎧裝熱電偶和壓彈簧固定式熱電偶等特殊用途的熱電偶。
 

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。所謂標(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)化熱電偶中國從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)化熱電偶為中國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。

從理論上講，任何兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）都可以配制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術(shù)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熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：

1、在測溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而變化，有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；

2、電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高，比熱小；

3、測溫中產(chǎn)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(shù)關(guān)系；

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