热电偶温度传感器的基本原理(热电偶的验温原理)

Posted 2023-06-02

篇首语：当生活如同炼狱，必须自己创造阳光。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了热电偶温度传感器的基本原理(热电偶的验温原理)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

热电偶温度传感器的基本原理(热电偶的验温原理)

　　热电偶高温计是一种接触式的测温仪表。使用时热电偶测温部分直接与被测物体接触，进行测温。热电偶高温计包括热电偶，显示仪表与补偿导线等。

热电偶测温原理是当两种不同的金属，如铂及铂铑合金、镍及铬、镍、铝等金属组成通路时，由于两接触点温度不同，回路内便产生温差电势，通过显示仪表(如毫伏计、电位差计等)把温度显示出来。注意:制成电热偶的两电极材料不同，测温范围也不同，铂锗-铂热电偶可做高温测量(1300°C以上)，而镍铬-镍铝热电偶，一般作为低温测量，如900°C以下的温度测量计。

JY-DAM-TC16

　　热电偶(thermocouple)是温度测量仪表中常用的测温元件，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。

　　在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。

热电偶是热电效应的具体应用之一，在温度测量中得到了广泛的应用，热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。可用于快速测温、点温测量和表面测量等，但是热电偶也存在着不足的地方，如使用的参考端温度必须恒定，否则将歪曲测量结果;在高温或长期使用中，因受被测介质或气氛的作用(如氧化、还原等))而发生劣化，降低使用寿命。尽管如此，热电偶仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。下面我们从三个热电效应的i阐述中来讨论热电偶的测温原理。

热电偶测温示意图

　　对于一定的热电偶，当其参考端温度TO恒定时,eAB (TO)为一常数，则热电势EAB(T，TO)仅是测量端温度的函数，即:EAB (T，TO) =eAB (T)-常数=fAB(T)-C(1-5)

　　人们正是利用这种EAB(T，TO)与T-一对应的关系来达到测温的目的。而热电偶测量的并不是测量端的温度T，而是测量温度差T-TO。在热电偶分度表上，均规定热电偶E-T特性曲线以及配热电偶显示仪表的参考端温度为OOC，如果热电偶在实际应用中参考端温度不在0OC时，应对参考端温度进行补偿或修正，否则将带入很大的测量误差。

热电偶测温是通过测定热电势来实现的，所以说热电偶测温的原理是热电效应。塞贝克电势实质上就是热电偶将热能转换成电能来实现测温目的，而这个电能，实际上是由接触电势和温差电势两部分组成的，也就是将要讨论的珀尔帖电势和汤姆逊电势。

热点效应

　　工作原理

　　当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0 ，称为自由端(也称参考端)或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势” 。

　　热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。

热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和连接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是连接点温度t和t0的函数差。

即这一关系式在实际测温中得到了广泛应用。因为冷端t0恒定，热电偶产生的热电动势只随热端(测量端)温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的。

　　热电偶测温的基本原理是两种不同成分的材，质导体组成闭合回路。

　　当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect)。两种不同成分的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表。分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，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，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。热电偶测量温度时要求其冷端(测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端)的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的(环境)温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿正常。与测量仪表连接用专用补偿导线。

　　热电偶冷端补偿计算方法：

　　从毫伏到温度：测量冷端温度，换算为对应毫伏值，与热电偶的毫伏值相加，换算出温度;

　　从温度到毫伏：测量出实际温度与冷端温度，分别换算为毫伏值，相减后得出毫伏值，即得温度。