熱電偶的原理及構造

熱電偶的原理及構造
熱電偶是工業上zui常用的溫度檢測元件之一。其優點是：

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。

②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量，某些特殊熱電偶zui低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），zui高可達+2800℃（如鎢-錸）。

③構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。

1．熱電偶測溫基本原理

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。

2．熱電偶的種類及結構形成

（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標準生產，并S、B、E、K、R、J、T（即分度號）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：

① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；

② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；

③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。

3．熱電偶冷端的溫度補償

由于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）延伸到溫度比較穩定的控制室內，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。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。

在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

例如：S型熱電偶）鉑銠10-鉑熱電偶 
鉑銠10-鉑熱電偶（S型熱電偶）為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規定為0.5mm，允許偏差-0.02mm，其正極（SP）的名義化學成分為鉑銠合金，其中含銠為10%，含鉑為90%，負極（SN）為純鉑，故俗稱單鉑銠熱電偶。該熱電偶長期zui高使用溫度為1300℃，短期zui高使用溫度為1600℃。 
S型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度zui高，穩定性，測溫溫區寬，使用壽命長等優點。它的物理，化學性能良好，熱電勢穩定性及在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化性和惰性氣氛中。由于S型熱電偶具有優良的綜合性能，符合使用溫標的S型熱電偶，長期以來曾作為溫標的內插儀器，“ITS-90”雖規定今后不再作為溫標的內查儀器，但溫度咨詢委員會（CCT）認為S型熱電偶仍可用于近似實現溫標。 
S型熱電偶不足之處是熱電勢，熱電勢率較小，靈敏讀低，高溫下機械強度下降，對污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，因而一次性投資較大。