熱電偶溫度傳感器

1、基本介紹

熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。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（二次儀表）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(Seebeck effect)。兩種不同成份的均質導體為熱電極，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。

2、熱電偶

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系。若測量時，冷端的（環境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。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。

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，即得溫度

3、特點

◆裝配簡單，更換方便

◆壓簧式感溫元件，抗震性能好

◆測量范圍大（－200℃～1300℃,特殊情況下－270℃～2800℃）

◆ 機械強度高，耐壓性能好

◆ 耐高溫可達2800度

4、構造

熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、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極的焊接必須牢固；

②兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；

③補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

④保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。

5、工作原理

兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當兩個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一定，這進熱電偶的熱電勢僅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。

6、分類

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國家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，主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC標準生產，并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。

常用熱電偶型號 熱電偶分度號熱電極材料 使用溫度（ ℃）

S 鉑銠合金（銠含量10 %） 純鉑 0-1600

R 鉑銠合金（銠含量13 %） 純鉑 0-1600

B 鉑銠合金（銠含量30%） 鉑銠合金（銠含量6% ） 0-1800

K 鎳鉻鎳硅 0-1300

T 純銅 銅鎳 0-350

J 鐵 銅鎳 0-+500

N 鎳鉻硅 鎳硅 0-+800

E 鎳鉻 銅鎳 0-600

熱電偶的種類: 裝配熱電偶，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，防腐熱電偶，耐磨熱電偶，高壓熱電偶，特殊熱電偶，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，單芯鎧裝熱電偶等等。

從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：（1）、在測溫范圍內，熱電性質穩定，不隨時間而變化，有足夠的物理化學穩定性，不易氧化或腐蝕；（2）、 電阻溫度系數小，導電率高，比熱小；（3）、測溫中產生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數關系；（4）、材料復制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。

7、選型標準

選擇熱電偶要根據使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測定對象的性能、響應時間和經濟效益等綜合考慮。

1、測量精度和溫度測量范圍的選擇

使用溫度在1300~1800℃，要求精度又比較高時，一般選用B型熱電偶；要求精度不高，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶；使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶；在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶，低于400℃一般用E型熱電偶；250℃下以及負溫測量一般用T型電偶，在低溫時T型熱電偶穩定而且精度高。

2、使用氣氛的選擇

S型、B型、K型熱電偶適合于強的氧化和弱的還原氣氛中使用，J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛，若使用氣密性比較好的保護管，對氣氛的要求就不太嚴格。

3、耐久性及熱響應性的選擇

線徑大的熱電偶耐久性好，但響應較慢一些，對于熱容量大的熱電偶，響應就慢，測量梯度大的溫度時，在溫度控制的情況下，控溫就差。要求響應時間快又要求有一定的耐久性，選擇鎧裝偶比較合適。

4、測量對象的性質和狀態對熱電偶的選擇

運動物體、振動物體、高壓容器的測溫要求機械強度高，有化學污染的氣氛要求有保護管，有電氣干擾的情況下要求絕緣比較高。

選型流程：型號--分度號—防爆等級—精度等級—安裝固定形式—保護管材質—長度或插入深度

產品選型及訂貨須知：

1、在選用及訂貨時，請注明：

2 產品型號

2 分度號

2 保護管材料及直徑

2 保護管總長L及置入深度I

2 固定裝置型式

2 產品實際測量范圍

2、螺紋式固定裝置型式在訂貨時不標注均為固定外螺紋M27×2，（其余螺紋固定型式均需注明）

3、因用戶特殊需要而與上述產品型號不符者，需要專門制造的產品，請注明您的特殊技術要求，來（或函）與我公司有關責任部門特殊訂貨。

熱電偶冷端的溫度補償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

熱電偶溫度傳感器