熱電偶測量溫度的基本原理

一、區(qū)別

1、雖然都是接觸式測溫儀表，但它們的測溫范圍不同。

熱電偶使用在溫度較高的環(huán)境，因它們在中，低溫區(qū)時輸出熱電勢很小(查表可以看一下)，當(dāng)電勢小時，對抗干擾措施和二次表和要求很高，否則測量不準(zhǔn)，還有，在較低的溫度區(qū)域，冷端溫度的變化和環(huán)境溫度的變化所引起的相對誤差就顯得很突出，不易得到全補償。

這時在中低溫度時，一般使用熱電阻測溫范圍為200~500，甚至還可測更低的溫度(如用碳電阻可測到1K左右的低溫).現(xiàn)在正常使用鉑熱電阻Pt100，(也有Pt50，100和50代表熱電阻在0度時的阻值，在舊分度號中用BA1，BA2來表示，BA1在0度時阻值為46歐姆，在工業(yè)上也有用銅電阻，分度號為CU50和CU100，但測溫范圍較小，在一50~~150之間.在一些特殊場合還有銦電阻，錳電阻 等)

2、熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應(yīng)，二次表是一個檢伏計或為了提高精度時使用電子電位差計。

電阻是基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特性而工作的，二次表是一個不平衡電橋.

3、由熱電偶測溫原理可知，只有在其冷端溫度恒定時，被測溫度才與熱電勢成單值函數(shù)關(guān)系.在實際使用中，就用一種熱電特性與相應(yīng)熱電偶特性相似的廉價的連接導(dǎo)線(也稱為補償導(dǎo)線)，使熱電偶冷端引伸到溫度相對恒定的地方(最好為0度)，如用銅--康銅做補償導(dǎo)線來引申鎳鉻---鎳硅熱電阻.因此，熱電偶到二次表延長線是兩根。

熱電阻與二次表之間是用銅導(dǎo)線連接的，為了減小環(huán)境變化引起的測量誤差，一般均采用三線制接法，其中有兩根導(dǎo)線將熱電阻串聯(lián)于相鄰的兩個橋臂上，另一根導(dǎo)線是引來電源.使用時要求每根導(dǎo)線的電阻值與調(diào)整電阻之和都保證為5歐姆(±0.01).

工作中的現(xiàn)場判斷

1、熱電偶. 熱電偶有正負極，補償導(dǎo)線也有正負之分.首先保證連接，配置確.在運行中，常見的有短路，斷路，接觸不良(有萬用表可判斷)和變質(zhì)(根據(jù)表面顏色來鑒別).檢查時，要使熱電偶與二次表分開.我在實踐中判斷的方法，供大家參考:用工具短接二次表上的補償線，表指示室溫(不是的話，表壞)，再短接熱電偶接線端子，表批示熱電偶所在的環(huán)境溫度(不是，補償線有故障)，再用萬用表mv檔大體估量熱電偶的熱電勢(如正常，請檢查工藝).

2、

熱電阻.不外乎短路，和斷路.用萬用表可判斷.在運行中.懷疑短路，只要將電阻端拆下一個線頭，看顯示儀表，如到最大，熱電阻短路.回零，導(dǎo)線短路.保證正常連接和配置時，表值顯示低或不穩(wěn)，保護管可能性進水了.顯示最大，熱電阻斷路.顯示最小，短路.

一般來說，溫度在300度以下的用熱電阻，300度以上的用熱電偶。

隨著溫度的變化，熱電阻的阻值會發(fā)生變化，熱電偶的熱電勢會發(fā)生變化。

熱電阻目前都采用銅熱電阻和鉑熱電阻，根據(jù)0度時熱電阻值的不同又分為不同的分度號，如PT100，PT1000，CU50等，以PT100為例，PT代表鉑，100代表0度時熱電阻的阻值是100歐姆。

熱電偶目前大體上有K，B，S等分度號，分別代表不同的材質(zhì)，以用于不同的溫度范圍。例如：K型為鎳鉻-鎳硅材材，一般測量0-800度，B型為鉑銠30-鉑銠6，一般測量800-1600度。

1、熱電偶的測量原理是什么？

熱電偶工作原理是基于賽貝克（seeback）效應(yīng)，即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。

熱電偶由兩根不同導(dǎo)線（熱電極）組成，它們的一端是互相焊接的，形成熱電偶的測量端（也稱工作端）。將它插入待測溫度的介質(zhì)中；而熱電偶的另一端 （參比端或自由端）則與顯示儀表相連。如果熱電偶的測量端與參比端存在溫度差，則顯示儀表將指出熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢。

2、熱電阻的測量原理是什么？

熱電阻是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體有溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的，熱電阻的受熱部分（感溫元件）是用細金屬絲均勻地繞在絕緣材料作成的骨架上或通過激光濺射工藝在基片形成。當(dāng)被測介質(zhì)有溫度梯度時，則所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層的平均溫度。

3、什么是鎧裝熱電偶，有什么優(yōu)點？

在IEC1515的標(biāo)準(zhǔn)中名稱為《mineral insulated thermocouple cable》，即無機礦物絕緣熱電電偶纜。將熱電極、絕緣物和護套通過整體拉制而形成的，外表面好像是被覆一層“鎧裝"，故稱為鎧裝熱電偶。同一般裝配式熱電偶相比，具有耐壓高、可彎曲性能好、抗氧化性能好及使用壽命長等優(yōu)點。

4、熱電偶的分度號有哪幾種?有何特點？

熱電偶的分度號有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。

S分度號的特點是抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度1400℃，短期1600℃。在所有熱電偶中，S分度號的精確度等級最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；

R分度號與S分度號相比除熱電動勢大15%左右，其它性能幾乎完全相同；}

B分度號在室溫下熱電動勢極小，故在測量時一般不用補償導(dǎo)線。它的長期使用溫度為1600℃，短期1800℃?？稍谘趸曰蛑行詺夥罩惺褂?，也可在真空條件下短期使用。

N分度號的特點是1300℃下高溫抗氧化能力強，熱電動勢的長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)的復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻照及耐低溫性能也好，可以部分代替S分度號熱電偶；

K分度號的特點是抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度1000℃，短期1200℃。在所有熱電偶中使用最廣泛；

E分度號的特點是在常用熱電偶中，其熱電動勢最大，即靈敏度最高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度0-800℃；

J分度號的特點是既可用于氧化性氣氛（使用溫度上限750℃），也可用于還原性氣氛（使用溫度上限950℃），并且耐H2及CO氣體腐蝕，多用于煉油及化工；

T分度號的特點是在所有廉金屬熱電偶中精確度等級最高，通常用來測量300℃以下的溫度。

5、熱電阻的引出線方式有幾種？都有什么影響？（YH^

熱電阻的引出線方式有3種：即2線制、3線制、4線制。

2線制熱電阻配線簡單，但要帶進引線電阻的附加誤差。因此不適用制造A級精度的熱電阻，且在使用時引線及導(dǎo)線都不宜過長。

3線制可以消除引線電阻的影響，測量精度高于2線制。作為過程檢測元件，其應(yīng)用最廣。

4線制不僅可以消除引線電阻的影響，而且在連接導(dǎo)線阻值相同時，還可以消除該電阻的影響。在高精度測量時，要采用4線制。

6、N型熱電偶與K型熱電偶相比有哪些優(yōu)缺點？

N型熱電偶的優(yōu)點：

-高溫抗氧化能力強，長期穩(wěn)定性強。K型熱電偶鎳鉻的正極中Cr、Si元素擇優(yōu)氧化引起合金成分不均勻及熱電動勢漂移等，在N型熱電偶增加Cr、Si含量，使鎳鉻合金的氧化模式由內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橥庋趸?，致使氧化反?yīng)僅在表面進行；

-低溫短期熱循環(huán)穩(wěn)定性好，且抑制了磁性轉(zhuǎn)變；

-耐核輻射能力強。N型熱電偶取消了K型中的易蛻變元素Mn、Co，使抗中子輻照能力進一步加強；

-在400~1300℃范圍內(nèi)，N型熱電偶的熱電特性的線性比K型好。

N型熱電偶的缺點：

-N型熱電偶的材料比K型硬，較難加工；

-價格相對較貴。N型熱電偶的熱膨脹系數(shù)要比不銹鋼低15%，因此N型鎧裝熱電偶的外套管應(yīng)采用NiCrSi/NiSi合金；在-200~400℃范圍內(nèi)非線性誤差較大。

7、如何選擇熱電偶和熱電阻？

根據(jù)測溫范圍選擇：500℃以上一般選擇熱電偶，500℃以下一般選擇熱電阻；

根據(jù)測量精度選擇：對精度要求較高選擇熱電阻，對精度要求不高選擇熱電偶；

根據(jù)測量范圍選擇：熱電偶所測量的一般指“點"溫，熱電阻所測量的一般指空間平均溫度。