Question

什么是热电偶，它的工作原理是什么？

什么是热电偶，它的工作原理是什么？有人能告诉我么？

Answer 1

　　热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。
　　
　　热电偶工作原理：
　　
　　两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
　　
　　热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：
　　
　　（1）热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；
　　
　　（2）热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；
　　
　　（3）当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。
　　
　　热电偶的基本构造：
　　
　　工业测温用的热电偶，其基本构造包括热电偶丝材、绝缘管、保护管和接线盒等。
　　
　　一、常用热电偶丝材及其性能
　　
　　1、铂铑10－铂热电偶（分度号为S，也称为单铂铑热电偶）
　　
　　该热电偶的正极成份为中段含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂；它的特点是：
　　
　　（1）热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃，超达1400℃时，即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶，使晶粒粗大而断裂；
　　
　　（2）精度高，它是在所有热电偶中，准确度等级最高的，通常用作标准或测量较高的温度；
　　
　　（3）使用范围较广，均匀性及互换性好；
　　
　　（4）主要缺点有：微分热电势较小，因而灵敏度较低；价格较贵，机械强度低，不适宜在还原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。
　　
　　2、铂铑13－铂热电偶（分度号为R，也称为单铂铑热电偶）
　　
　　该热电偶的正极为含13%的铂铑合金，负极为纯铂，同S型相比，它的电势率大仿虚15%左右，其它性能几乎相同，该种热电偶在日本产业界，作为高温热电偶用得最多，而在中国，则用得较少；
　　
　　3、铂铑30－铂铑6热电偶（分度号为B，也称为双铂铑热电偶）
　　
　　该热电偶的正极是含铑30%的铂铑合金，负极为含铑6%的铂铑合金，在室温下，其热电势很小，故在测量时一般不用补偿导线，可忽略冷端温度变化的影响；长期使用温度为1600℃，短期为1800℃，因热电势较小，故需配用灵敏度较高的显示仪表。
　　
　　B型热电偶适宜在氧化性或中性气氛中使用，也可以在真空气氛中的短期使用；即使在还原气氛下，其寿命也是R或S型的10～20倍；由于其电极均由铂铑合金制成，故不存在铂铑－铂热电偶负极上所有的缺点、在高温时很少有大结晶化的趋势，且具有较大的机械强度；同时由于它对于杂质的吸收或铑的迁移的影响较少，因此经过长期使用后其热电势变化并不严重、缺点价格昂贵（相对于单铂铑而言）。
　　
　　4、镍铬－镍硅（镍铝）热电偶（分度号为K）
　　
　　该热电偶的正极为含铬10%的镍铬合金，负极为含硅3%的镍硅合金（有些国家的产品负极为纯镍）。可测量0～1300℃的备培燃介质温度，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃，其热电势与温度的关系近似线性，价格便宜，是目前用量最大的热电偶。
　　
　　K型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶，不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用；当氧分压较低时，镍铬极中的铬将择优氧化，使热电势发生很大变化，但金属气体对其影响较小，因此，多采用金属制保护管。
　　
　　5、镍铬硅－镍硅热电偶（分度号为N）
　　
　　该热电偶的主要特点是：在1300℃以下调温抗氧化能力强，长期稳定性及短期热循环复现性好，耐核辐射及耐低温性能好，另外，在400～1300℃范围内，N型热电偶的热电特性的线性比K型偶要好；但在低温范围内（-200～400℃）的非线性误差较大，同时，材料较硬难于加工。
　　
　　6、铜－铜镍热电偶（分度号为T）
　　
　　T型热电电偶,该热电偶的正极为纯铜，负极为铜镍合金（也称康铜），其主要特点是：在贱金属热电偶中，它的准确度最高、热电极的均匀性好；它的使用温度是-200～350℃，因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃，在-200～300℃范围内，它们灵敏度比较高，铜－康铜热电偶还有一个特点是价格便宜，是常用几种定型产品中最便宜的一种。
　　
　　7、铁－康铜热电偶（分度号为J）
　　
　　J型热电偶,该热电偶的正极为纯铁，负极为康铜（铜镍合金），具特点是价格便宜,适用于真空氧化的还原或惰性气氛中，温度范围从-200～800℃，但常用温度只是500℃以下，因为超过这个温度后，铁热电极的氧化速率加快，如采用粗线径的丝材，尚可在高温中使用且有较长的寿命；该热电偶能耐氢气（H2）及一氧化碳（CO）气体腐蚀，但不能在高温（例如500℃）含硫（S）的气氛中使用。
　　
　　8、镍铬－铜镍（康铜）热电偶（分度号为E）
　　
　　E型热电偶是一种较新的产品，它的正极是镍铬合金，负极是铜镍合金（康铜），其最大特点是在常用的热电偶中，其热电势最大，即灵敏度最高；它的应用范围虽不及K型偶广泛，但在要求灵敏度高、热导率低、可容许大电阻的条件下，常常被选用；使用中的限制条件与K型相同，但对于含有较高湿度气氛的腐蚀不很敏感。

Answer 2

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：

①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

②搏脊伏测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

1．热电偶测温基本原理

将两种不同材料的导体野橡或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者基携之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

Answer 3

Answer 4

热电偶是工业测温常用的仪表，由于比热电阻等测温范围更宽，应用广泛。

热电偶测温示意图

1.热电偶是温度测量仪器中常用的温度测量元件。它直接测量温度，将温度信号转换为热电势信号，将信号引入控制系统，通过温度变送器转换为4-20ma显示温度。

⒉热电偶温度测量的基本原理是，当两端有温度梯度时，电流通过两种不同成分的材料导体A和B。此时，两端之间存在电势-热电势，即所谓的塞贝克效应。

3.热电偶电极A、B两个接头通常采用电弧焊、电熔焊、锡焊等焊接。焊点应光滑、直径小、接触良好、牢固，以提高热电偶的灵敏度和耐久性。

4.两种不同成分的均质导体为热电极，高温端为工作端T，低温端为自由端T，通常在恒温下。电势的方向和大小与导体材料和两个连接点的温度有配旅银关。

这种现象被称为热电效应，由两个导体组成的电路被称为热电偶，这两个导体被称为热电极，电势被称为热电势。根据热电势与温度之间的函数关系制作热电偶分度表;

5.热电偶的热电位是热电偶工作端温度函数的差异，而不是热电偶冷端和工作端温差的函数。当热电偶材培宴料均匀时，仅与热电偶材料的成分和两端温差有关。当确定热电偶的两个热电偶丝镇物材料成分时，热电偶的热电位仅与热电偶的温差有关;如果热电偶的冷端温度保持在1，热电偶的热电位只是工作端温度的单值函数。

Answer 5

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：改桐
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高棚歼肢可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大链世小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
1．热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2-1-1所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶 我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
(2)热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3．热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵 金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热 电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到 仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。