熱電偶

熱^[1]電偶^[2]是一種感溫元件，是儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號, 通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材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電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體為熱電，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恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，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，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，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，可接入測量儀表， 測得熱電動勢后，即可知道被測介質的溫度。
　　熱電偶測量溫度時要求其冷端（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的比例關系。若測量時，冷端的（環境）溫度變化，將影響嚴重測量的準確性。在冷端采取措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償。
　　附：熱電偶冷端補償計算方法：從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對應毫伏值，與熱電偶的毫伏值相加，換算出溫度。 從溫度到毫伏：測量出實際溫度與冷端溫度，分別換算為毫伏值，相減後得出毫伏值
　　對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：
　　1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫[2]度函數的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數；
　　2 ：熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，

工作原理

　　兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電）兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質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生的熱電勢。
　　熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：
　　1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數；
　　2 ：熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；
　　3：當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持，這進熱電偶的熱電勢是工作端溫度的單值函數。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，如圖所示。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。

特點

　　◆裝配簡單，更換方便
　　◆壓簧式感溫元件，震性能好
　　◆測量范圍大
　　◆ 機械強度高，耐壓性能好
　　◆ 可達2400度

熱電偶 - 種類及結構形成

　　（1）熱電偶的種類
　　常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些場合的測量。標準化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻按IEC國際標準生產，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。
　　(2)熱電偶的結構形式為了熱電偶、穩定地工作，對它的結構要求如下：
　　①組成熱電偶的兩個熱電的焊接須牢固；
　　②兩個熱電彼此之間應很好地緣，以短路；
　　③補償導線與熱電偶自由端的連接要方便；
　　④保護套管應能熱電與有害介質充分隔離。

常用熱電偶材料

熱電偶分度號熱電材料 使用溫度范圍（℃）
　　正 負
　　S鉑銠合金（銠含量10 %） 純鉑 0-1400
　　R 鉑銠合金（銠含量13 %） 純鉑 0-1400
　　B 鉑銠合金（銠含量30%） 鉑銠合金（銠含量6% ） 0-1400
　　K 鎳鉻 鎳硅 -200-+1000
　　T 純銅 銅鎳 -200-+300
　　J 鐵 銅鎳 -200-+600
　　N 鎳鉻硅 鎳硅 -200-+1200
　　E 鎳鉻 銅鎳 -200-+700
熱電偶的種類:裝配熱電偶^[3]，鎧裝熱電偶，端面熱電偶，壓簧固定熱電偶，高溫熱電偶，鉑銠熱電偶，腐熱電偶，熱電偶，高壓熱電偶，熱電偶，手持式熱電偶，微型熱電偶，貴金屬熱電偶 ,快速熱電偶,鎢錸熱電偶 等等。

熱電偶的基本定律

　　1，均質導體定律
　　由同一種均質材料（導體或半導體）兩端焊接組成閉合回路，無論導體截面如何以及溫度如何分布，將不產生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為。
　　可見，熱電偶須由兩種不同的均質導體或半導體構成。若熱電材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產生附加熱電勢。
　　2，中間導體定律
　　在熱電偶回路中接入中間導體（第三導體），只要中間導體兩端溫度相同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響，這就是中間導體定律。
　　應用:依據中間導體定律，在熱電偶實際測溫應用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經連接導線與顯示儀表連接構成測溫系統。
　　有人擔心用銅導線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導線與熱電偶連接處產生的接觸電勢會使測量產生附加誤差。根據這個定律，是沒有這個誤差的！
　　3，中間溫度定律
　　熱電偶回路兩接點（溫度為T、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數和。Tn稱中間溫度。
　　應用:由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關系,當冷端溫度不為0℃時，不能利用已知回路實際熱電勢E（t,t0)直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實際熱電勢E（t,t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進行修正。初學者經常不按中間溫度定律

熱點偶原理圖

來修正!
　　4，參考電定律
　　這個定律是人士才研究、關注的，一般生產、使用環節的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標準電，假設鎳鉻-鎳硅熱電偶的正負分別和標準電配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。
　　熱電偶^[4]的安裝要求
　　對熱電偶與熱電阻的安裝,應注意有利于測溫準確,可考及維修方便,而且不影響設備運行和生產操作.要滿上要求,在選擇對熱電偶和熱電阻的安裝部位和深度時要注意以下幾點:
　　1、為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質之間有充分的熱交換,應合理選擇測點位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設備的角附近裝設熱電偶或熱電阻.
　　2、帶有保護套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測量誤差,熱電偶和熱電阻應該有的深度:
　　(1)對于測量管道中心流體溫度的熱電偶,一般都應將其測量端到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測流體的管道直徑是200毫米,那熱電偶或熱電阻深度應選擇100毫米;
　　(2)對于高溫高壓和流體的溫度測量(如主蒸汽溫度),為了減小保護套對流體的阻力和保護套在流體作用下發生斷裂,可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶.淺插式的熱電偶保護套管,其主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電偶的標準深度為100mm;
　　(3)假如需要測量是煙道內煙氣的溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電偶或熱電阻深度1 m即可.
　　(4)當測量原件深度過1m時,應盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護套管.

故障處理

　　熱電偶輸入產生故障判別法
　　按照儀表接線圖進行正確接線通電后，儀表先是顯示儀表的熱電偶分度號，接著顯示儀表量程范圍，再測儀表下排的數碼管顯示設定溫度，儀表上排數碼管顯示測量溫度。若儀表上排數碼管顯示不是發熱體的溫度，而顯示“OVER”、“0000”或“000”等狀況，說明儀表輸入部位產生故障,應作如下試驗：
　　A）把熱電偶從儀表熱電偶輸入端拆下，再用任何一根導線把儀表熱電偶輸入端短路。通電時，儀表上排數碼管顯示值約為室溫時，說明熱電偶內部連線開路，應更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要調換儀表。
　　B）把上述故障儀表的熱電偶拆去，換用旁邊運行正常的同種分度號儀表上接入的熱電偶，通電后，原故障儀表上排數碼管顯示發熱體溫度時，說明熱電偶內部連線開路，更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要更換儀表。
　　C）把有故障的熱電偶從儀表上拆下來，用萬用表放在測量歐姆（R）*1檔，用萬用表兩表棒去測熱電偶兩端，若萬用表上顯示的電阻值很大，說明熱電偶內部連接開路，更換同類型熱電偶。否則有阻值，說明儀表輸入端有問題，應更換儀表。
　　2）按照儀表接線圖接線正確，若儀表通電后，儀表上排數碼管顯示有負值等現象，說明接入儀表的熱電偶“+”與“—”接錯而造成的。只要重新調換一下即可。
　　3）接線正確儀表在運行時，儀表上排數碼管顯示的溫度與實際測量的溫度相差30ºC~60ºC。甚至相差更大，說明儀表的分度號與熱電偶的分度號搞錯。按熱電偶分度號B、S、K、E等熱電偶的溫度（ºC）與毫伏（MV）值的對應關系來看，同樣溫度（ºC）的情況下，產生的毫伏值（MV）B分度號小，S分度號次小，K分度號較大，E分度號，按照此原理來判別。