熱電偶是常見(jiàn)的溫度測量元件，熱電偶原理比較簡(jiǎn)單，它直接把溫度信號轉換成熱電動(dòng)勢信號，通過(guò)電氣儀表轉換成被測介質(zhì)的溫度，雖然原理簡(jiǎn)單，但測量并不簡(jiǎn)單。

一熱電偶測溫原理

　　熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。

　　接觸電勢：兩種不同材料的導體，其電子密度是不同的。當兩種不同材料的導體兩端接合在一起時(shí)，在連接處，會(huì )發(fā)生電子擴散，電子擴散的速率與自由電子的密度以及導體的溫度成正比。于是就在連接處形成電位差，即接觸電勢。

　　溫差電勢：當一根導體的兩端溫度不同時(shí)，在導體內部?jì)啥说淖杂呻娮酉嗷U散的速率不同，這個(gè)在高低溫端之間一個(gè)靜電場(chǎng)。此時(shí)導體上產(chǎn)生一個(gè)相應的電位差，稱(chēng)為溫差電勢。此電勢只與導體的性質(zhì)和導體兩端的溫度有關(guān)，與導體的長(cháng)度、截面大小、沿導體長(cháng)度上的溫度分布無(wú)關(guān)。

圖1 熱電偶的示意圖

圖2 熱電偶的測量電路圖

　　直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱(chēng)為測量端），另一端叫做冷端（也稱(chēng)為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì )指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。

　　在實(shí)際熱電偶的測量中，熱電偶的測量電路一般由熱電偶（A、B兩種導體）、連接導線(xiàn)C和測量?jì)x器組成。測量時(shí)將熱電偶置于被測環(huán)境中，如圖2所示，形成有J1、J2、J3三個(gè)接觸電勢，以及兩個(gè)溫差電勢，整個(gè)熱電偶的電勢由這幾部分構成。

　　為了更好的理解這幾部分的電勢，我們需要了解一個(gè)定律：中間導體定律。

　　中間導體定律：在熱電偶回路中接入中間導體（第三導體），只要中間導體兩端溫度相同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒(méi)有影響。

　　由中間導體定義推導出：

　　1、組成熱電偶回路的兩種導體材料相同時(shí)，無(wú)論兩接點(diǎn)溫度如何，回路總熱電勢等于零。

　　2、如果熱電偶兩接點(diǎn)的溫度相同，則盡管導體A，B材料不同，熱電偶回路的總電勢亦為零。

　　所以J2和J3處于同一溫度點(diǎn)，接觸電勢等于零。同時(shí)，在測量時(shí)，為了消除溫差電勢對測量影響，我們對連接導線(xiàn)C會(huì )有比較嚴格的要求，連接導線(xiàn)C我們稱(chēng)之為補償導線(xiàn)，補償導線(xiàn)實(shí)際上是同分度熱電偶是同材質(zhì)的導線(xiàn)，這樣回路中溫差電勢也為零。這樣整個(gè)回路的電勢只與J1的電勢有關(guān)。由于熱電偶技術(shù)條件都是指冷端（非工作端）處在0℃時(shí)的電動(dòng)勢，要求工作時(shí)，保持0℃，這樣熱電勢才能正確反映熱端溫度大小，否則就會(huì )產(chǎn)生誤差。為了修正在室溫下的測量誤差，熱電偶一般進(jìn)行溫度補償。

二熱電偶的溫度補償

　　熱電偶冷端溫度補償的方法主要有：

01冷端恒溫法

　　這種方法將熱電偶的冷端放在恒溫場(chǎng)合，有0℃恒溫器和其他恒溫器兩種。

02電橋補償法

　　熱電偶經(jīng)補償導線(xiàn)接至補償電橋，熱電偶冷端與電橋處于同一環(huán)境溫度中，利用不平衡電壓來(lái)自動(dòng)補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。

03計算修正法

　　由于熱電偶E-T之間通常呈非線(xiàn)性關(guān)系,當冷端溫度不為0攝氏度時(shí)，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢E（t，t0）直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢E（t，t0）直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。

　　中間溫度定律：熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為T(mén)、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T(mén)、Tn時(shí)的熱電勢與在溫度為T(mén)n、T0時(shí)的熱電勢的代數和。Tn稱(chēng)中間溫度。

三熱電偶的測量?jì)?yōu)點(diǎn)

　　熱電偶的測量相對熱電阻來(lái)說(shuō)要復雜得多，但是以其獨特的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應用。

　　1、測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

　　2、測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均連續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。

　　3、構造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小的限制，外有保護套管，用起來(lái)非常方便。

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