深入解析熱電偶的原理與應(yīng)用

一、熱電偶的簡介

熱電偶是一種常用的測溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小、輸出信號便于遠(yuǎn)傳等多種優(yōu)點。在溫度測量中應(yīng)用極為廣泛，它能直接用于溫度測量，并將溫度信號轉(zhuǎn)換為熱電動勢信號，再通過二次儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。

二、熱電偶的工作原理

熱電偶的工作原理基于熱電效應(yīng)，即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，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢。熱電動勢由兩部分電動勢組成，一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動勢，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動勢。當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動勢便是兩接點溫度的函數(shù)差。因為冷端溫度恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢只隨熱端（測量端）溫度的變化而變化，通過測量熱電動勢的方法即可達(dá)到測溫的目的。

熱電偶的分度號常見的熱電偶分度號有：

1. 鉑銠10－鉑熱電偶（分度號S），其測溫范圍為0～1600℃。

2. 鉑銠30－鉑銠6熱電偶（分度號為B），其測溫范圍為0～1700℃。

3. 鎳鉻－鎳硅熱電偶（分度號為K），其測溫范圍為—200～+1200℃。

4. 鎳鉻－康銅熱電偶（分度號為E），其測溫范圍為—200～+900℃。

熱電偶的測溫參數(shù)

1. 溫差與輸出關(guān)系國際標(biāo)準(zhǔn)如IEC60584定義了熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)組合，規(guī)定了溫差（℃）與輸出（mV）的關(guān)系。

2. 測溫范圍IEC60584中包括的8種常用熱電偶具有不同的測溫范圍，如T型、E型、J型、N型、K型、S型、R型、B型。此外，還有可測更高溫度的如WRe3-WRe25、WRe5-WRe26兩種鎢錸熱電偶，可測2310℃。

三、熱電偶的結(jié)構(gòu)

熱電偶的外形因需要不同具有相當(dāng)大的差別，但其基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管、接線盒等部分構(gòu)成，并且經(jīng)常和顯示儀表、記錄儀表、電子調(diào)節(jié)器等儀器配套使用。按照固定裝置型式可分為無固定裝置式、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。按性能結(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四種。

四、熱電偶的分類

常用的熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶指國家標(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，且具有與其配套的顯示儀表可供選用。而非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶則不滿足標(biāo)準(zhǔn)熱電偶條件，在使用范圍和數(shù)量級上不及標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，沒有統(tǒng)一分度表，主要用于某些特殊場合的測量。

五、熱電偶的優(yōu)點

1. 屬于自發(fā)電傳感器，測量時可以不需要外加電源而自身驅(qū)動。
2. 測量精度高，因直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
3. 測量范圍廣，常用的熱電偶從零下 50 度至 1600 度均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269 度，最高可達(dá) 2800 度。
4. 構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常由兩種不同的金屬絲組成，不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管。
5. 穩(wěn)定性好，因其材料是用較貴的金屬材質(zhì)制成。

六、熱電偶的應(yīng)用

熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用廣泛，常被用于測量爐子、管道內(nèi)氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。由于其具有眾多優(yōu)點，還可以配置在熱流傳感器上，結(jié)合數(shù)據(jù)采集儀，完整地描述溫度的整個變化過程和結(jié)果。