熱電偶：工業(yè)zui常用的溫度檢測元件之一，它的工作原理基于塞貝克（seeback）效應，即兩種不用成分導體兩端連接回路，如果兩端溫度不同，則回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流物理現(xiàn)象。

熱電偶與鉑熱電阻一起，約占整個溫度傳感器總量百分之六十，熱電偶通常和顯示儀表等配套使用，直接測量各種生產(chǎn)過程-40~1800℃范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

優(yōu)點是：⒈測量精度高；⒉測量范圍廣；⒊構造簡單使用方便。

熱電偶的工作原理：

熱電偶是一種感溫元件,是一次儀表，直接測量溫度并把溫度信號轉換成熱電動勢信號, 再通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質(zhì)溫度。熱電偶測溫基本原理是兩種不同成份材質(zhì)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，此時兩端之間存在電動勢—熱電動勢，所謂塞貝克效應。兩種不同成份的均質(zhì)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(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)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(chǎn)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(zhì)的溫度。

如圖所示：

熱電偶將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路熱電偶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。

當導體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。

熱電偶是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產(chǎn)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：

⒈熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)。
⒉熱電偶所產(chǎn)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。
⒊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(shù)。

常用材質(zhì)如圖：

熱電偶的型號和類別

⑴類別：

熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類：所謂標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統(tǒng)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(shù)量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。

⑵熱電偶的基本構造：工業(yè)測溫用的熱電偶，其基本構造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護管和接線盒等。

熱電偶的偶絲及性能

工業(yè)測溫用的熱電偶，其基本構造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護管和接線盒等。

⒈鉑銠10－鉑熱電偶（分度號為Ｓ，也稱為單鉑銠熱電偶該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金，負極為純鉑；它的特點是：

a.熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長期使用溫度可達1300℃，超達1400℃時，即使在空氣中、純鉑絲也將會再結晶，使晶粒粗大而斷裂；

b.精度高，它是在所有熱電偶中，準確度等級zui高的，通常用作標準或測量較高的溫度；

c.使用范圍較廣，均勻性及互換性好；

d.主要缺點有：微分熱電勢較小，因而靈敏度較低；價格較貴，機械強度低，不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。

⒉鉑銠13－鉑熱電偶（分度號為R，也稱為單鉑銠熱電偶）
該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金，負極為純鉑，同S型相比，它的電勢率大15%左右，其它性能幾乎相同，該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界，作為高溫熱電偶用得zui多，而在中國，則用得較少。

⒊鉑銠30－鉑銠6熱電偶（分度號為B，也稱為雙鉑銠熱電偶）

該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金，負極為含銠6%的鉑銠合金，在室溫下，其熱電勢很小，故在測量時一般不用補償導線，可忽略冷端溫度變化的影響；長期使用溫度為1600℃，短期為1800℃，因熱電勢較小，故需配用靈敏度較高的顯示儀表。

B型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用，也可以在真空氣氛中的短期使用；即使在還原氣氛下，其壽命也是R或S型的10～20倍；由于其電極均由鉑銠合金制成，故不存在鉑銠－鉑熱電偶負極上所有的缺點、在高溫時很少有大結晶化的趨勢，且具有較大的機械強度；同時由于它對于雜質(zhì)的吸收或銠的遷移的影響較少，因此經(jīng)過長期使用后其熱電勢變化并不嚴重、缺點價格昂貴（相對于單鉑銠而言）。

⒋鎳鉻－鎳硅（鎳鋁）熱電偶（分度號為K）

該熱電偶的正極為含鉻10%的鎳鉻合金，負極為含硅3%的鎳硅合金（有些國家的產(chǎn)品負極為純鎳）。可測量0～1300℃的介質(zhì)溫度，適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200℃，長期使用溫度為1000℃，其熱電勢與溫度的關系近似線性，價格便宜，是目前用量zui大的熱電偶。

K型熱電偶是抗氧化性較強的賤金屬熱電偶，不適宜在真空、含硫、含碳氣氛及氧化還原交替的氣氛下裸絲使用；當氧分壓較低時，鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化，使熱電勢發(fā)生很大變化，但金屬氣體對其影響較小，因此，多采用金屬制保護管。

K型熱電偶的缺點：

a.熱電勢的高溫穩(wěn)定性較N型熱電偶及貴重金屬熱電偶差，在較高溫度下（例如超過1000℃）往往因氧化而損壞；

b.在250～500℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即在同一溫度點，在升溫降溫過程中，其熱電勢示值不一樣，其差值可達2～3℃；
c.其負極在150～200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉變，致使在室溫至230℃范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表，尤其是在磁場中使用時往往出現(xiàn)與時間無關的熱電勢干擾；
d.長期處于高通量中系統(tǒng)輻照環(huán)境下，由于負極中的錳（Mn）、鈷（Co）等元素發(fā)生蛻變，使其穩(wěn)定性欠佳，致使熱電勢發(fā)生較大變化。

⒌鎳鉻硅－鎳硅熱電偶（分度號為N）
該熱電偶的主要特點是：在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強，長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃范圍內(nèi)，N型熱電偶的熱電特性的線性比K型偶要好；但在低溫范圍內(nèi)（-200～400℃）的非線性誤差較大，同時，材料較硬難于加工。

⒍銅－銅鎳熱電偶（分度號為T）
T型熱電電偶,該熱電偶的正極為純銅，負極為銅鎳合金（也稱康銅），其主要特點是：在賤金屬熱電偶中，它的準確度zui高、熱電極的均勻性好；它的使用溫度是-200～350℃，因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時，一般不能超過300℃，在-200～300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高，銅－康銅熱電偶還有一個特點是價格便宜，是常用幾種定型產(chǎn)品中*的一種。

鐵－康銅熱電偶（分度號為J）
J型熱電偶,該熱電偶的正極為純鐵，負極為康銅（銅鎳合金），具特點是價格便宜,適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中，溫度范圍從-200～800℃，但常用溫度只是500℃以下，因為超過這個溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長的壽命；該熱電偶能耐氫氣（H2）及一氧化碳（CO）氣體腐蝕，但不能在高溫（例如500℃）含硫（S）的氣氛中使用。

⒏鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶（分度號為Ｅ）

E型熱電偶是一種較新的產(chǎn)品，它的正極是鎳鉻合金，負極是銅鎳合金（康銅），其zui大特點是在常用的熱電偶中，其熱電勢zui大，即靈敏度zui高；它的應用范圍雖不及K型偶廣泛，但在要求靈敏度高、熱導率低、可容許大電阻的條件下，常常被選用；使用中的限制條件與K型相同，但對于含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。

除了以上8種常用的熱電偶外，作為非標準化的熱電偶還有鎢錸熱電偶，鉑銠系熱電偶，銥鍺系熱電偶，鉑鉬系熱電偶和非金屬材料熱電偶等。

熱電偶的材料規(guī)格和線徑使用溫度的關系

熱電偶冷端的溫度補償
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(jié)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(wěn)定的控制室內(nèi)，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。

熱電偶冷端的溫度補償
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(jié)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(wěn)定的控制室內(nèi)，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。

絕緣管

該熱電偶的工作端被牢固地焊接在一起，熱電極之間需要用絕緣管保護。熱電偶的絕緣材料很多，大體上可分為有機和無機絕緣兩類，處于高溫端的絕緣物必須采用無機物，通常在1000以下選用粘土質(zhì)絕緣管，在1300以下選用高鋁管，在1600以下選用剛玉管。

保護管

保護管的作用在于使用熱電偶電極不直接與被測介質(zhì)接觸，它不僅可延長熱電偶的壽命，還可起到支撐和固定熱電極增加其強度的作用；因此，熱電偶保護管及絕緣選擇是否合適，將直接影響到熱電偶的使用壽命和測量的準確度，被采用做保護管的材料主要分金屬和非金屬兩大類。

總結

 熱電偶是工業(yè)溫度測量常用的傳感器，它具有精度高、經(jīng)濟和溫度寬的特點。熱電偶測量其熱端和冷端之間的溫度差。為了得到熱端感測點的溫度，必須測試冷端溫度和相應地調(diào)節(jié)熱電偶輸出?，F(xiàn)在，位于熱電偶信號處理單元輸入端的冷端同溫通?？烤哂懈邿釋实牟牧掀３?。熱導率381W/mK的銅是理想的材料。輸入連接必須電隔離，熱連路到片上。整個信號處理單元理想上應該處在這種同溫環(huán)境中。
　　熱電偶信號范圍為μV/℃量級，熱電偶的信號處理單元對電磁干擾(EMI)敏感，熱電偶線往往遭受EMI。EMI增加了接收信號的不確定性和損害所采集溫度數(shù)據(jù)的精度。另外，此連接所需的專門熱電偶纜線是昂貴的，假若無意中用另外的纜線替代，則會變得分析困難。