簡要介紹熱電偶工作原理及種類結構

前言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/161277.htm

熱電偶是應用熱電效應實現溫度測量的敏感元件（光電式傳感器），即一種感溫元件(一次儀表)。在工業應用上它的主要作用是檢測溫度，並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（壓力傳感器）。只要掌握了熱電偶工作原理才能更好的讓它應用於工業生產中（壓力傳感器工作原理），從而服務於我們的生活。那麼，熱電偶工作原理是什麼呢?小編通過搜集整理資料，對熱電偶工作原理及其相關知識作了簡單的介紹。

熱電偶工作原理

兩種不同成份的導體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成迴路，當接合點的溫度不同時，在迴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，

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迴路,當兩端存在溫度梯度時,迴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，自由端通常處於某個恆定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關係, 製成熱電偶分度表; 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。在熱電偶迴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迴路中的影響。因此, 在熱電偶測溫時, 可接入測量儀表, 測得熱電動勢後, 即可知道被測介質的溫度。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合迴路。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,因而在迴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。

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。

標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關係、允許誤差、並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。標準化熱電偶按IEC國際標準生產，並指定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。非標準化熱電偶在使用範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，主要用於某些特殊場合的測量。

(2)熱電偶的結構形成

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。

熱電偶測溫的優點

　　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測量範圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達+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。

熱電偶冷端的溫度補償技術

由於熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是採用貴金屬時)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，通常採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，它本身並不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需採用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。補償導線工作原理：補償導線工作原理：在一定溫度範圍內，具有與其匹配的熱電動勢標稱值相同的一對帶絕緣包覆的導線叫補償導線。用它們連接熱電偶與測量裝置，以補償熱電偶連接處的溫度變化所產生的誤差。

補償導線特點：

　　①熱電特性穩定，電絕緣性能好，使用壽命長。

　　②柔軟，彎曲性能能好，使用方便。

　　③包覆層材料穩定可靠，具有一定的耐溫性和耐寒性能。

對於熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：

1：熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數;

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後，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。

總結

熱電偶工作原理的進步將帶動熱電偶技術的不斷發展。本文具體介紹了有關熱電偶工作原理的知識，並對熱電偶的相關知識如：熱電偶的種類及結構形成、熱電偶測溫的優點、熱電偶冷端的溫度補償技術等作了簡要解析。