第一章 熱電偶的基礎(chǔ)知識

1、什么是熱電偶

所謂熱電偶是指由兩種不同材質(zhì)的金屬導(dǎo)體構(gòu)成的溫度傳感器。與其他溫度計（水銀溫度計、熱敏電阻等）相比較，主要用于工業(yè)行業(yè)的熱電偶具有其特點：

①響應(yīng)速度快。

②可進(jìn)行-200℃到+1700℃之間大范圍的溫度測量。

③可對特定點和小空間進(jìn)行溫度測量。

④由于溫度信息可檢測為電信號（熱電動勢），信息的處理和分析非常便利。

⑤價格低廉，易購買。

2、熱電偶的原理

1821年德國科學(xué)家塞貝克（T.J Seebeck）發(fā)現(xiàn)：當(dāng)連接兩種不同金屬，并對兩端的接點施加不同溫度時，金屬之間會產(chǎn)生電壓并有電流通過。這一現(xiàn)象以發(fā)現(xiàn)者的名字命名為“塞貝克效應(yīng)”。該回路中生成電流的電力被稱為熱電動勢（Thermoelectromotive force），其極性和大小僅由兩種導(dǎo)體的材質(zhì)和兩端之間的溫度差決定。

利用前面所說的塞貝克效應(yīng)，熱電偶工作原理為其憑借2種不同金屬的接合處（測溫接點）T1與熱電偶顯示儀表接點（基準(zhǔn)接點）T0之間的溫度差T，從而產(chǎn)生電壓。使用熱電偶測量溫度時，顯示儀表會測量該電壓。

熱電偶顯示儀表的測量方式有以下2種:

1、將基準(zhǔn)接點設(shè)為 0℃（冷端補償），直接讀取溫度。

2、測量基準(zhǔn)接點的氣溫（基準(zhǔn)接點補償），計入溫度差△T。

測量時，將冷端維持在0℃非常困難。通過測量端子周圍的溫度，將其與以0℃為基準(zhǔn)的熱電動勢相加，可以獲得測溫接點的溫度。我們稱之為基準(zhǔn)接點補償。

3、熱電偶的感溫部分位于何處？

下圖是將熱電偶插入裝有熱液體的杯中的示意圖。假設(shè)液體內(nèi)溫度為均勻100℃（無溫度梯度）。此時，液體內(nèi)的熱電偶部分不會產(chǎn)生熱電動勢。熱電動勢只產(chǎn)生于存在溫度梯度的部分。由于熱電偶的感溫部位會產(chǎn)生熱電動勢，因此該溫度梯度部位即為熱電偶的感溫部位。

第二章 熱電偶的選擇

1、根據(jù)測量溫度選擇

熱電偶按照兩種金屬導(dǎo)體的組合方式可分為以下8大種類。

B型熱電偶、R型熱電偶、S型熱電偶被稱為貴金屬熱電偶，而N型熱電偶、K型熱電偶、E型熱電偶、J型熱電偶、T型熱電偶被稱為廉金屬熱電偶。含有鉑、銠等熔點較高金屬的貴金屬熱電偶被用來測量+1000℃以上的溫度，而廉金屬熱電偶則常用于測量+1000℃以下的溫度。

下面描述了各類熱電偶的特征。

2、根據(jù)環(huán)境性和響應(yīng)性選擇

為了使熱電偶引線在氧化和腐蝕環(huán)境下具有耐久性，通常將其與外界空氣隔絕。為了與外界空氣隔絕，會在金屬套管和一對熱電偶引線之間充填和封入粉末狀的無機絕緣物質(zhì)，我們將這種加工而成的熱電偶稱為“鎧裝熱電偶”。

以下為鎧裝熱電偶的特點：憑借這些特點，自十多年前投入到實際應(yīng)用中以來，鎧裝熱電偶的使用變得越來越廣泛。

鎧裝熱電偶的測溫接點有3種類型。根據(jù)使用用途選擇最合適的接點類型。

熱電偶選用非三言兩語可以說清楚，如果您想深入了解這樣方面問題，可通過《在測溫過程中如何選用熱電偶》參閱更多技術(shù)資料。

第三章 熱電偶與補償導(dǎo)線

1、什么是補償導(dǎo)線

所謂補償導(dǎo)線是指用于連接熱電偶與溫度顯示儀表之間的導(dǎo)線。在使用溫度范圍（0℃到+60℃）內(nèi)具有與熱電偶幾乎相同的熱電動勢，因此它主要用于延長熱電偶。
出于對下圖所示的溫度梯度考慮。

由于感溫部位存在溫度梯度，補償導(dǎo)線上也會產(chǎn)生與該溫度差相當(dāng)?shù)臒犭妱觿?。熱電偶顯示儀表計算產(chǎn)生的熱電動勢的合計值，并顯示為溫度。

2、溫度儀表通過測量熱電偶電勢值而顯示溫度

如果按上圖所示不使用補償導(dǎo)線而使用銅導(dǎo)線，那么即使存在溫度梯度的部分也不會產(chǎn)生熱電動勢。由此導(dǎo)致溫度的測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。

3、熱電偶與補償導(dǎo)線的連接

連接部位不存在溫度梯度時，使用普通接線板連接熱電偶與補償導(dǎo)線不會有任何問題。

假使連接部位產(chǎn)生溫度差異，則無法進(jìn)行正確測量。此時，應(yīng)使用與所用熱電偶具有相同熱電動勢的專用連接器。

4、熱電偶的最大延長

熱電偶本身延長至1km以上也可以使用。但是，測量器上一般都規(guī)定了可配線的最大輸入信號電阻值和“輸入信號電阻”。需要注意的是，如果熱電偶的總電阻值超出該值，則無法實現(xiàn)正確測量。

第四章 熱電偶校準(zhǔn)

按照國家頒布的熱電偶檢定和校驗技術(shù)規(guī)范，熱電偶校驗一般用定點法或比較法進(jìn)行校驗，下面對比較法和定點法做相關(guān)介紹。

1、定點法和比較法

所謂熱電偶校驗，是指決定所用熱電偶顯示的值與實際溫度之間關(guān)系的一項操作。校驗通常每半年進(jìn)行1次。校驗方法大致可分為定點法和比較法。

【定點法】

所謂定點法，是指使用溫度定點給出正確溫度值，然后進(jìn)行校驗的方法。

如上圖所示測量定點溫度后進(jìn)行校驗。

由于溫度定點為物質(zhì)的相平衡狀態(tài)，無論何時復(fù)現(xiàn)溫度均恒定不變。

【常用定點】

所謂水的三相點，是指液體、氣體、固體這三種形態(tài)共存的溫度，通?？梢栽诒环Q為水三相點瓶的玻璃瓶中實現(xiàn)?！?.001℃可獲得最佳精度，常在定點法中使用。

【比較法】

所謂比較法，是指利用二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶WRPB-2測量任意規(guī)定的恒溫槽溫度，同時獲得它與已測被校驗熱電偶之間的誤差后進(jìn)行校驗的一種方法。

相較于定點法，其精度下降，可使用任意溫度進(jìn)行校驗是其特點所在。

2、熱電偶的使用壽命

熱電偶也具有使用壽命。雖然其使用溫度和環(huán)境千差萬別，但一般來說，如果在低于常用溫度以下的氧化環(huán)境中使用，貴金屬熱電偶使用壽命約為2000小時，廉金屬熱電偶的使用壽命約為10000小時。如果在極限溫度下使用，則它的使用壽命會大幅縮短，約為50到250小時。當(dāng)熱電偶接近使用壽命時，它將無法顯示正常溫度，最終會斷線。為了進(jìn)行正確測量，請定期對熱電偶進(jìn)行維護(hù)和更換。

第五章 熱電偶測量故障排查

使用熱電偶測量溫度時，有時會無法獲得正確的測量值。下面匯總了熱電偶測量時容易發(fā)生的故障實例。

上圖是進(jìn)行正常熱電偶測量的狀態(tài)

按照總體的熱電動勢為1.00mV+3.00mV+10.00mV=14.00mV，測量值為100℃。（以熱電動勢的各數(shù)值作為參考值）

1、熱電偶與補償導(dǎo)線的極性反接

如果弄錯熱電偶與補償導(dǎo)線的極性，則無法正確測量。

總體的熱電動勢變?yōu)?6.00mV，顯示儀表上顯示錯誤溫度。

2、銅導(dǎo)線代替補償導(dǎo)線使用等

有溫度梯度時，如果使用銅導(dǎo)線等替代補償導(dǎo)線，則無法正確測量。

總體的熱電動勢變?yōu)?1.00mV，測量器上顯示錯誤溫度。

3、使用了不同種類的熱電偶和補償導(dǎo)線

如果使用與測量器不同種類的熱電偶與補償導(dǎo)線，則無法正確測量。

總體的熱電動勢變?yōu)?.50mV，測量器上顯示錯誤溫度。