標題熱電偶的分類及技術要求

熱電偶^[5]是一種感溫元件，是一次儀表。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。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。

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^[2]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。

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 

　　◆ 機械強度高，耐壓性能好

　　◆ 耐高溫可達2400度

熱電偶 - 種類及結構形成

　�。�1）熱電偶的種類

　　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國際標準生產，并指定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。

　�。�2）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：

　�、俳M成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；

　�、趦蓚�熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；

　�、垩a償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

　�、鼙Ｗo套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。

常用熱電偶材料

　　熱電偶分度號 熱電極材料 使用溫度范圍（℃）

　　正極 負極 

　　S 鉑銠合金（銠含量10 %） 純鉑 0-1400

　　R 鉑銠合金（銠含量13 %） 純鉑 0-1400

　　B 鉑銠合金（銠含量30%） 鉑銠合金（銠含量6% ） 0-1400

　　K 鎳鉻 鎳硅 -200-+1000

　　T 純銅 銅鎳 -200-+300

　　J 鐵 銅鎳 -200-+600

　　N 鎳鉻硅 鎳硅 -200-+1200

　　E 鎳鉻 銅鎳 -200-+700

　　熱電偶的種類:裝配熱電偶^[4]，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 等等。

熱電偶的基本定律

　　1，均質導體定律 

　　由同一種均質材料（導體或半導體）兩端焊接組成閉合回路，無論導體截面如何以及溫度如何分布，將不產生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。 

　　可見，熱電偶必須由兩種不同的均質導體或半導體構成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產生附加熱電勢。 

　　2，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有影響，這就是中間導體定律。 

　　應用:依據中間導體定律，在熱電偶實際測溫應用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經連接導線與顯示儀表連接構成測溫系統。 

　　有人擔心用銅導線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導線與熱電偶連接處產生的接觸電勢會使測量產生附加誤差。根據這個定律，是沒有這個誤差的！ 

　　3，中間溫度定律 

　　熱電偶回路兩接點（溫度為T、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數和。Tn稱中間溫度。 

　　應用:由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關系,當冷端溫度不為0℃時，不能利用已知回路實際熱電勢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行修正。初學者經常不按中間溫度定律來修正! 

　　4，參考電極定律 

　　這個定律是專業人士才研究、關注的，一般生產、使用環節的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標準電極，假設鎳鉻-鎳硅熱電偶的正負極分別和標準電極配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。

　　熱電偶^[3]的安裝要求

　　對熱電偶與熱電阻的安裝,應注意有利于測溫準確,安全可考及維修方便,而且不影響設備運行和生產操作.要滿足以上要求,在選擇對熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點:

　　1、為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質之間有充分的熱交換,應合理選擇測點位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電偶或熱電阻.

　　2、帶有保護套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測量誤差,熱電偶和熱電阻應該有足夠的插入深度:

　�。�1）對于測量管道中心流體溫度的熱電偶,一般都應將其測量端插入到管道中心處（垂直安裝或傾斜安裝）.如被測流體的管道直徑是200毫米,那熱電偶或熱電阻插入深度應選擇100毫米;

　�。�2）對于高溫高壓和高速流體的溫度測量（如主蒸汽溫度）,為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發生斷裂,可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶.淺插式的熱電偶保護套管,其插入主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電偶的標準插入深度為100mm;

　�。�3）假如需要測量是煙道內煙氣的溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電偶或熱電阻插入深度1 m即可.

　�。�4）當測量原件插入深度超過1m時,應盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護套管.

故障處理案例

　　熱電偶輸入產生故障判別法

　　按照儀表接線圖進行正確接線通電后，儀表先是顯示儀表的熱電偶分度號，接著顯示儀表量程范圍，再測儀表下排的數碼管顯示設定溫度，儀表上排數碼管顯示測量溫度。若儀表上排數碼管顯示不是發熱體的溫度，而顯示“OVER”、“0000”或“000”等狀況，說明儀表輸入部位產生故障,應作如下試驗：

　　A）把熱電偶從儀表熱電偶輸入端拆下，再用任何一根導線把儀表熱電偶輸入端短路。通電時，儀表上排數碼管顯示值約為室溫時，說明熱電偶內部連線開路，應更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要調換儀表。

　　B）把上述故障儀表的熱電偶拆去，換用旁邊運行正常的同種分度號儀表上接入的熱電偶，通電后，原故障儀表上排數碼管顯示發熱體溫度時，說明熱電偶內部連線開路，更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要更換儀表。

　　C）把有故障的熱電偶從儀表上拆下來，用萬用表放在測量歐姆（R）*1檔，用萬用表兩表棒去測熱電偶兩端，若萬用表上顯示的電阻值很大，說明熱電偶內部連接開路，更換同類型熱電偶。否則有一定阻值，說明儀表輸入端有問題，應更換儀表。

　　2）按照儀表接線圖接線正確，若儀表通電后，儀表上排數碼管顯示有負值等現象，說明接入儀表的熱電偶“+”與“—”接錯而造成的。只要重新調換一下即可。

　　3）接線正確儀表在運行時，儀表上排數碼管顯示的溫度與實際測量的溫度相差30ºC~60ºC。甚至相差更大，說明儀表的分度號與熱電偶的分度號搞錯。按熱電偶分度號B、S、K、E等熱電偶的溫度（ºC）與毫伏（MV）值的對應關系來看，同樣溫度（ºC）的情況下，產生的毫伏值（MV）B分度號最小，S分度號次小，K分度號較大，E分度號最大，按照此原理來判別。