热电偶的测量原理

兑水

热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路时，如果两连接端温度不同，则会在回路内产生热电流的物理现象。
    热电偶由两根不同导线(热电极)组成，它们的一端是互相焊接的，形成热电偶的测量端，(也称工作端)。将它插入待测温度的介质中；而热电偶的另一端 (参比端或自由端)则与显示仪表相连。如果热电偶的测量端与参比端存在温度差，则显示仪表将指出热电偶产生的热电动势。

热电偶测温的应用原理

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
1．热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2-1-1所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶 我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3．热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵 金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热 电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到 仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

温度测量仪表的分类   
温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。


热电偶测量原理
热电偶是一种感温元件, 它能将温度信号转换成热电势信号, 通过电气测量仪表的配合, 就能测量出被测的温度。
热电偶测温的基本原理是热电效应。在由两种不同材料的导体 A 和 B 所组成的闭合回路中 , 当 A 和 B 的两个接点处于不同温度 T 和 To时, 在回路中就会产生热电势。这就是所谓的塞贝克效应。
导体 A 和 B 称为热电极。温度较高的一 端 (T 〉叫工作端 ( 通常焊接在一起 )；温度较低的一端 (To 〉叫自由端 ( 通常处于某个恒定的温度下〉。
根据热电势与温度函数关系。可制成热电偶分度表。分度表是在自由端温度 To=00C 的条件下得到的。不同的热电偶具有不同的分度表。
在热电偶回路中接入第三种金属材料时, 只要该材料两个接点的温度相同, 热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此, 在热电偶测温时, 可接入测量仪表, 测得热电势后, 即可知道被测介质的温度。
从理论上讲, 任何两种导体都可以配制成热电偶, 但实际上并不是所有材料都能制作热电偶, 故对热电极材料必须满足以下几 点：
(1) 热电偶材料受温度作用后能产生较高的热电势, 热电势和温度之间的关系最好呈线性或近似线性的单值函数关系；
(2)能测量较高的温度, 并在较宽的温度范国内应用, 经长期使用后, 物理、化学性能及热电特性保持稳定；
(3) 要求材料的电阻温度系数要小, 电阻率高, 导电性能好, 热容量要小；
(4) 复现性要好, 便于大批生产和互换, 便于制定统一的分度表；
(5) 机械性能好, 材质均匀；
(6)资源丰富, 价格便宜。

请问一下，热电偶的测量端的焊点（一般的焊材料）上是否会产生一个阻值，因此对测量值有一定的影响呢？
如果我只是将两根导线很好地缠绕，不焊，是否也有一样的测量结果？
我是个新人，麻烦指点。谢谢~

原帖由 notebook 于 2006-4-4 10:29 发表
请问一下，热电偶的测量端的焊点（一般的焊材料）上是否会产生一个阻值，因此对测量值有一定的影响呢？
如果我只是将两根导线很好地缠绕，不砮..

测量端的焊接质量影响测温的可靠性，要求测量端焊接牢固，具有金属光泽，表面圆滑，无沾污变质，夹渣和裂纹等，焊点尺寸尽量小些，通常焊点的直径为热电极直径的两倍。
焊接的方式：
1.电弧焊
2.其它焊接方式：如盐浴焊、盐水焊、水银焊、对焊等等

shiding

有几个问题，请高手指点一下：
1.是不是电极越细响应时间越短？  粗的话响应时间长但更耐用？
2.电极的长度对热电偶有什么影响？
3.如何使用简便的方法检测热电偶的好坏，即能不能工作？
谢谢！

原帖由 shiding 于 2006-4-5 10:48 发表
有几个问题，请高手指点一下：
1.是不是电极越细响应时间越短？  粗的话响应时间长但更耐用？
2.电极的长度对热电偶有什么影响？
3.如何使用箠...

首先要理解热电效应
1.2.没任何关系。。可以从汤姆逊电势的公式中看出
3.热电偶好坏光看是看不出来的，必须上设备

shiding

在火场环境中普通的热电偶极易损坏，有时甚至要把电极放在火上来测火的温度，能达到800摄氏度，在这种情况下，加粗电极是不是有利于延长热电偶的寿命？

原帖由 shiding 于 2006-4-7 16:42 发表
在火场环境中普通的热电偶极易损坏，有时甚至要把电极放在火上来测火的温度，能达到800摄氏度，在这种情况下，加粗电极是不是有利于延长热电偶 ...

个人认为影响不大

大器晚成

原帖由 notebook 于 2006-4-4 10:29 发表
请问一下，热电偶的测量端的焊点（一般的焊材料）上是否会产生一个阻值，因此对测量值有一定的影响呢？
如果我只是将两根导线很好地缠绕，不砮..

对于不是很精确测量来说,两根导线很好地缠绕也是可以的,低温时影响不大,但高温和时间长后导线表面会产生一层氧化层,使造成测量失准.

大器晚成

原帖由 shiding 于 2006-4-7 16:42 发表
在火场环境中普通的热电偶极易损坏，有时甚至要把电极放在火上来测火的温度，能达到800摄氏度，在这种情况下，加粗电极是不是有利于延长热电偶 ...

建议购买带保护管的热电偶,可以延长使用寿命.也有直径较小的,测量很方便.
如果热电偶长时间在高温下且露在空气中,容易使其材料不纯,测量误差增大.

影响热电偶寿命的主要原因是氧化，用密封的保护管是一个很好的降低偶丝氧化速度的方法，但是会损失一些响应时间。偶丝的粗细基本不影响响应时间，但是影响使用寿命。