熱電偶的驗溫原理

　　熱電偶高溫計是一種接觸式的測溫儀表。使用時熱電偶測溫部分直接與被測物體接觸，進行測溫。熱電偶高溫計包括熱電偶，顯示儀表與補償導(dǎo)線等。

　　熱電偶測溫原理是當(dāng)兩種不同的金屬，如鉑及鉑銠合金、鎳及鉻、鎳、鋁等金屬組成通路時，由于兩接觸點溫度不同，回路內(nèi)便產(chǎn)生溫差電勢，通過顯示儀表(如毫伏計、電位差計等)把溫度顯示出來。注意:制成電熱偶的兩電極材料不同，測溫范圍也不同，鉑鍺-鉑熱電偶可做高溫測量(1300°C以上)，而鎳鉻-鎳鋁熱電偶，一般作為低溫測量，如900°C以下的溫度測量計。

　　熱電偶(thermocouple)是溫度測量儀表中常用的測溫元件，直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優(yōu)點。另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

　　熱電偶是熱電效應(yīng)的具體應(yīng)用之一，在溫度測量中得到了廣泛的應(yīng)用，熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、使用方便和測量精度高等優(yōu)點。可用于快速測溫、點溫測量和表面測量等，但是熱電偶也存在著不足的地方，如使用的參考端溫度必須恒定，否則將歪曲測量結(jié)果;在高溫或長期使用中，因受被測介質(zhì)或氣氛的作用(如氧化、還原等))而發(fā)生劣化，降低使用壽命。盡管如此，熱電偶仍在工業(yè)生產(chǎn)和科研活動中起著舉足輕重的作用。下面我們從三個熱電效應(yīng)的i闡述中來討論熱電偶的測溫原理。

　　對于一定的熱電偶，當(dāng)其參考端溫度TO恒定時,eAB (TO)為一常數(shù)，則熱電勢EAB(T，TO)僅是測量端溫度的函數(shù)，即:EAB (T，TO) =eAB (T)-常數(shù)=fAB(T)-C(1-5)

　　人們正是利用這種EAB(T，TO)與T-一對應(yīng)的關(guān)系來達到測溫的目的。而熱電偶測量的并不是測量端的溫度T，而是測量溫度差T-TO。在熱電偶分度表上，均規(guī)定熱電偶E-T特性曲線以及配熱電偶顯示儀表的參考端溫度為OOC，如果熱電偶在實際應(yīng)用中參考端溫度不在0OC時，應(yīng)對參考端溫度進行補償或修正，否則將帶入很大的測量誤差。

　　熱電偶測溫是通過測定熱電勢來實現(xiàn)的，所以說熱電偶測溫的原理是熱電效應(yīng)。塞貝克電勢實質(zhì)上就是熱電偶將熱能轉(zhuǎn)換成電能來實現(xiàn)測溫目的，而這個電能，實際上是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的，也就是將要討論的珀爾帖電勢和湯姆遜電勢。

　　工作原理

　　當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0 ，稱為自由端(也稱參考端)或冷端，回路中將產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”，兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶”，這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”，產(chǎn)生的電動勢則稱為“熱電動勢” 。

　　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。

　　熱電偶回路中熱電動勢的大小，只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和連接點的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺寸無關(guān)。當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動勢便是連接點溫度t和t0的函數(shù)差 。

　　即這一關(guān)系式在實際測溫中得到了廣泛應(yīng)用。因為冷端t0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，即一定的熱電動勢對應(yīng)著一定的溫度。我們只要用測量熱電動勢的方法就可達到測溫的目的。

　　熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成分的材，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，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)。兩種不同成分的均質(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(chǎn)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(zhì)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一定的比例關(guān)系。若測量時，冷端的(環(huán)境)溫度變化，將嚴重影響測量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定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正常。與測量儀表連接用專用補償導(dǎo)線。

　　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(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：測量出實際溫度與冷端溫度，分別換算為毫伏值，相減后得出毫伏值，即得溫度。