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热电偶工作原理

热电偶工作原理

两种不同成份的导体两端接合成回路时，当两接合点温度不同时，就会在回路内产生热电势。如果热电偶的测量端（感受被测温度的端叫测量端）与参比端（处于已知温度的端叫参比端或叫冷端）存有温差时，显示仪表将会显示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。

热电偶的热电势将随着测量端温度的升高而增加，热电势的大小只和热电偶导体材质和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。

热电偶测温是基于热电效应这一物理现象实现的。用两种不同的金属导线

a、b焊接而成的闭合回路称为“热电偶”。当它的两个接点1、2的温度t1、t2不同时，回路中将产生热电动势，简称热电势，这种现象称为“热点效应”。热电势的大小与两接点的温度差（t2—t1）和组成回路的导线材料有关。对于给定的热电偶，则只与两接点的温差有关。如果保持t1不变（t1=0℃），那么热电势只与t2有关。t2越大，热电势越大，且有确定的关系。只要用电位差计g测出回路中的热电势，就可以通过热电势与温度的关系球出被测温度t2。

理论上，任何两种不同的金属导线均可组成热电偶，但实际上为了使热电偶回路有较大的热电势，能耐高温，而且热电势与温度基本上呈线性关系，通常采用下列金属或合金导线配对组成热电偶（见表1—1）

表1—1

材料名称

使用温度范围

热电势（mv/100℃）

极性

铜—康铜

—20—400℃

4.15

+――

镍铬—考铜

—20—400℃

6.95

镍铬—镍铝

—50—900℃

4.10

+――

铂铑—铂

—20—1300℃

0.64

+――

热电偶的电极a、b两接点通常用电弧焊、电熔焊、锡焊等焊接在一起。焊点要求圆滑、直径小、接触好、牢固，增强热电偶的灵敏度和耐用性。测温时，接点1放在盛有冰水混合物的冰瓶中，维持接点1的温度恒为零摄氏度，称为参比端（或冷端）。接点2置于待测温度场中，或焊接在被测物体的表面上，称为测量端（或热端）。回路中接入测量热电势的仪表g（通常使用电位差计或数字电压表），测出电路中的热电势，再由热电势与温度的关系曲线或表格查出被测温度。

热电偶测温线路有两种接法，如图1—2所示。t1为冷端，t2为热端，a、b为热电偶的正负极，热电偶电极的极性由每种热电偶电极的材料决定，表1—1中给出了每种热电偶电极的极性。c为第三种仪表导线，测温度时要求仪表导线与热电偶电极的两接点温度相同，否则会影响热电势的数值。

热电偶回路的几个性质：

（1）用两种相同材料组成的热电偶，无论两个接点温度如何，热电偶回路中电势均为零。

（2）热电偶两接点温度相同时，无论热电偶电极材料是否相同，热电偶回路中电势均为零。

（3）热电偶所产生的热电势的大小与热电偶电极的几何形状（如长短、粗细等）无关，与热电极中间温度分布无关。

四、热电偶测温线路

热电偶测温线路可根据需要做多种设计。这里介绍几种常用的测温线路。

1.单点测温线路

单点测温线路由一个热电偶组成（如图1—2所示），冷端放在冰瓶里，保持t1为0摄氏度，热端置于被测介质中或物体表面上，测出的热电势即反映了物体的实际温度。

2.差测温线路

如图1—2所示，若把热电偶的冷端和热端分别置于两种不同温度的介质中，测出的热电势反映了两种介质的温差。

3.点测温线路

用切换开关可实现一台电位差计测量多点的温度。测试方法是，通过切换开关把每一个热电偶的热端与公用的冰点热偶线连接起来，组成一个单点测温线路，这样用一个冰点可以组成多个测温线路，既节省了热偶线和测温仪表，又提高了测试速度，是一种经常使用的测温线路。（如图1—4所示）图中t0为冷端温度，

t1、t2为待测温度。

4.它测温线路

工程中常用的测温线路还有串联和并联测温线路（如图1—5，图1—6所示）。

串联测温线路是把n个热电偶的正极-正极相接，负极-负极相接。串联测温线路测出的热电势是n个热电偶的电势之和。若n个热电偶的热端均放在待测的同一温度的物质中，冷端均放在冰瓶内，则测出的热电势是单个热电偶所测电势的n倍。因此，串联测温线路可以起到放大电势的作用，常在温差较小的场合中使用，以减少测量误差。并联测温线路测得的电势是n个热电偶所测电势的平均值，常在测量一个区域的平均温度时使用。

串联测温线路测出的热电势应先除以热电偶的个数n后，再由温度—电势表查出温度。热电偶技术指标

1、热电偶公称压力

一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而不破裂。允许的工作压力不仅与保护管材料、直径、壁厚有关，还与其结构形式、安装方法、插入深度以及被测介质的流速与种类有关。

2、热电偶最小插入深度

热电偶的最小插入深度应不小于其保护管外径的8～10倍（特殊产品例外）。

3、热电偶绝缘电阻

常温绝缘电阻的试验电压为直流500v±50v，测量常温绝缘电阻的大气条