热电偶温度传感器解析
热电偶测温原理
热电偶测温原理
热电偶是一种常用的温度传感器，它利用两种不同金属的导电性能差异产生的热电动势来测量温度。
热电偶测温原理基于热电效应，即当两种不同金属连接成回路时，若两个连接点处于不同温度，就会在回路中产生热电动势，这种现象被称为热电效应。
热电偶的测温原理主要依赖于两个基本规律，温差电动势规律和温度与电动势的关系规律。
首先，根据温差电动势规律，热电偶的工作原理是利用两个不同金属导线连接成回路后，当两个连接点处于不同温度时，就会在回路中产生热电动势。
这是因为金属导体中的自由电子在受热后运动加剧，导致电子在两种金属导体之间形成电子云，从而产生热电动势。
这个热电动势的大小与金属种类、温度差异以及连接点材料的特性有关。
其次，根据温度与电动势的关系规律，热电偶的工作原理是利用热电动势与温度之间的线性关系来测量温度。
一般来说，热电偶的电动势与温度呈线性关系，可以通过标定曲线将电动势与温度一一对应起来，从而实现温度的测量。
热电偶测温原理的核心在于利用热电效应产生的热电动势来测量温度，其测温范围广、响应速度快、结构简单、价格低廉等特点，使其在工业生产中得到广泛应用。
在实际应用中，我们需要注意热电偶的选型、安装位置、温度补偿等因素，以确保测温的准确性和稳定性。
总的来说，热电偶测温原理是基于热电效应的，利用热电动势与温度之间的线性关系来实现温度的测量。
通过合理选型和使用，热电偶可以在工业生产中发挥重要作用，帮助我们实现对温度的准确监测和控制。
热电偶传感器的工作原理
2.中间导体定律 若在热电偶回路中插入中间导体，只要中间导体两端温度相 同，则对热电偶回路的总热电动势无影响。这就是中间导体 定律。
图7-5 接入中间导体的热电偶回路
利用热电偶来实际测温时，连接导线、显示仪表和接插件等 均可看成是中间导体，只要保证中间导体两端的温度相同， 则对热电偶的热电动势没有影响。因此中间导体定律对热电 偶的实际应用是非常重要的。
2021年3月14日星期日
热电势主要由温差电势和接触电势组成。
1.温差电势 温差电势是由于同一种热电极两端温度不同而产生的一种电 势。如果两端温度t>t0时，热电极内的自由电子就会从温度高 的一端向温度低的一端转移，这样就会有温差电势的产生。
2021年3月14日星期日
图7-2 温差电势的产生原理
2.接触电势 热电偶回路的总电势主要是由接触电势引起。
热电偶传感器的工作原理来自 热电极A左端称为： 测量端 （工作端、 热端）
热电偶传感器的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示 热电势 热电极B
A
右端称为： 自由端
（参考端、
冷端）
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 2
2021年3月14日星期日
1.1 热电效应
热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。两种不同的金属导 体组成闭合电路，用酒精灯加热其中的一个连接点，发现放在 回路中的指南针发生了偏转。如果用两个酒精灯对两个结点同 时进行加热，指南针偏转的角度反而减小，由此可知，闭合电 路中存在电动势并且有电流产生，电流的强弱与两结点的温差 有关，这种现象称为热点效应。两种不同材料的导体所组成的 回路称为“热电偶”。组成热电偶的导体称为“热电极”。热 电偶所产生的电动势称为热电动势。热电偶的两个结点中，置 于温度为T的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或 热端，而置于参考温度为T0的另一结点称之为冷端，又称自由 端或参考端。
热电偶测温原理及应用详解 共33页
温度变化，有专用集成电路，体积小、响应快、价
廉，测量150℃以下温度。
22.07.2019
5
第9讲 温度传感器原理与应用 -热电偶Thermoelectric Couple Sensors
一、热电偶的工作原理； 二、热电偶测温实验 三、热电偶测温基本定律 四、热电偶的冷端补偿及补偿导线
22.07.2019
1、热电效应
1821年，德！国物两理端学家温赛度贝不克用同两的种不导同体金属会组成闭合回路， 并用酒精灯产加热生其电中一动个势结点，发现放在回路中的指南针发生
偏转，如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转
角反而减小！。 两种不同的导体接在一
起会产生电动势
显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路
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科学引领工程，工程引入课堂
My C北工业大学精品课程
主讲: 邬文俊 讲师
设计和制作：何涛教授及工程测试技术基础课程教学团队
湖北工业大学机械学院
22.07.2019
1
概述
温度是物理现象中具有代表性的物理量 是十大计量单位之一 现代生活中温度测量和控制是不可缺少的，如 家用电器：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉这些 家用电器中都少不了温度传感器。
6
YC-811 报警温度计
• 分辨率: 0.1°C/0.1°F • K Type:镍铬-镍硅热电偶 • 可测温度范围-200°C ~1372°C • 可设定上下限蜂鸣报警
实验：测冰水温度、测沸水温度（观察准确度和响应时间）
22.07.2019
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一、 热电偶的工作原理
热电极A
测量端
（热端、 工作端）
T
EAB(T)
热电偶类型及参数
热电偶类型及参数热电偶是一种热敏电阻传感器，常用于测量温度。
它由两种不同金属材料的导线组成，接合处形成一个热电接头。
当接头的两端温度不同时，就会产生热电势差，从而产生电流。
通过测量这个电流，我们就可以得到温度的值。
根据不同的应用要求和工作原理，热电偶可以分为多种类型。
下面将介绍几种常见的热电偶类型及其参数。
1.K型热电偶（镍铬/镍铝型热电偶）：K型热电偶是最常用的热电偶类型之一，可测量范围广，适用于-200℃至1260℃的温度测量。
它的热电势与温度之间的关系非常稳定和可靠，精度较高。
该热电偶通常用于一般工业温度测量和高温加热设备。
2.N型热电偶（镍铬/镍硅型热电偶）：N型热电偶也是一种高温热电偶，可用于测量范围更广的高温环境，通常适用于温度范围为-200℃至1300℃。
它的热电势比K型热电偶更高，具有较高的温度测量精度和稳定性。
N型热电偶特别适用于高温炉、窑和炼化等工业场合。
3.T型热电偶（铜/铜镍型热电偶）：T型热电偶适用于较低温度范围，通常可测量-200℃至350℃的温度。
它的主要特点是线性度高，对湿度和氧化性环境较不敏感。
因此，T型热电偶常被用于低温或潮湿环境下的温度测量，如食品加工、制冷和空调等。
4.J型热电偶（铁/铜镍型热电偶）：J型热电偶适用于较低温度范围，通常可测量-40℃至750℃的温度。
它的特点是灵敏度高，反应快速，并且相当稳定。
J型热电偶广泛应用于石油、化工、冶金和真空技术等领域。
除了上述几种常见的热电偶类型外，还有S型、R型、B型等类型的热电偶，它们通常用于极高温度环境下的温度测量。
在选择热电偶时，除了考虑温度测量范围外，还需要注意以下几个参数：1.线径和材料：热电偶的导线通常采用直径较细的金属线，以提高响应速度和灵敏度。
常见的导线材料有镍铬、铜和铁，具体选择应根据实际应用环境和要求确定。
2.热电偶常数：热电偶常数是用来衡量热电偶对温度变化产生的电动势的敏感程度。
不同热电偶类型有不同的热电偶常数，较高的热电偶常数对温度变化更敏感。
温度传感器热电偶的工作原理
温度传感器热电偶的工作原理温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。
温度传感器的应用和原理：热电式传感器是把被测量(主要是温度)转换为电量变化的一种装置，其变换是基于金属的热电效应。
按变换方式的不同，可分为热电偶与热电阻传感器。
所有又分为温度传感器热电偶式和温度传感器热电阻式。
1.1温度传感器热电偶的应用原理温度传感器热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
其优点是：①测量精度高。
因温度传感器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。
常用的温度传感器热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。
③构造简单，使用方便。
温度传感器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。
1.2热电偶温度传感器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。
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。
温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。
1.3 温度传感器热电偶的种类及结构形成(1)热电偶温度传感器的种类常用温度传感器热电偶可分为标准温度传感器热电偶和非标准温度传感器热电偶两大类。
所调用标准温度传感器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温度传感器热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化温度传感器热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化温度传感器热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化温度传感器热电偶我国从1988年1月1日起，温度传感器热电偶和温度传感器热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化温度传感器热电偶为我国统一设计型温度传感器热电偶。
热电偶温度传感器工作原理
热电偶温度传感器工作原理
热电偶温度传感器是一种基于热电效应测量温度的传感器。
它由两种不同金属（通常是铂和铑）的电极组成，并且这两种金属的连接点形成一个电势差。
当热电偶的一个端口受到热量的影响时，该端口的温度会发生变化，导致两种金属之间的电势差也会发生变化。
根据热电效应的原理，两种不同金属之间的电势差与热电偶所受温度差的大小成正比。
热电偶温度传感器利用这一原理测量环境的温度。
当热电偶温度传感器的一个端口暴露在被测温度环境中时，这个端口会受到热量的影响，从而产生一个电势差。
这个电势差可以通过连接到传感器的测量器上进行测量，并将其转换为相应的温度值。
传统的热电偶温度传感器需要一个补偿电路来消除连接导线本身的温度影响，因为导线也会产生热电势。
现代的热电偶温度传感器通常采用了数字补偿技术，可以在测量中自动消除导线的热电势。
总的来说，热电偶温度传感器利用两种不同金属之间的热电效应，通过测量电势差来确定环境的温度。
铂铑热电偶的原理解析
铂铑热电偶的原理解析铂铑热电偶的原理解析导言在控制和监测温度方面，铂铑热电偶被广泛应用。
本文将深入解析铂铑热电偶的原理，旨在帮助读者更全面、深入地理解这一关键技术和其应用。
1. 铂铑热电偶的基本原理铂铑热电偶是一种基于 Seebeck 效应的温度传感器。
Seebeck 效应是指当两个不同金属或半导体的接触处存在温度差时，会产生电势差，这种电势差与温度差成正比。
铂铑热电偶利用这一原理来测量温度。
具体来说，铂铑热电偶由两根不同材料（铂和铑）组成的导线构成。
一端的引线称为热电极，通常使用铂铑合金（Pt-Rh）制成；另一端的引线称为冷电极，通常使用纯铂（Pt）制成。
当这两个引线的两端温度有差异时，就会产生一个电势差，即温度电动势（Thermoelectric EMF）。
2. 铂铑热电偶的优点和应用铂铑热电偶具有许多优点，使其成为温度测量中的首选传感器之一。
首先，铂铑热电偶能够在极高和极低的温度范围内工作，可测量从-270°C到1820°C的温度。
这种广泛的测温范围使其适用于多种应用场景，包括高温熔炉、冶金、化工和电力等领域。
其次，铂铑热电偶具有出色的线性性能和高精度。
其输出电势与温度呈线性关系，因此能够提供准确可靠的温度测量。
此外，铂铑热电偶具有很低的漂移和高的稳定性，可长期保持高精度的测量结果。
此外，铂铑热电偶还具有优良的耐腐蚀性能和较快的响应速度。
铂铑材料耐腐蚀性好，能够在恶劣环境下工作，例如酸碱溶液中。
响应速度快的特点使得铂铑热电偶适用于需要快速响应的实时温度控制系统。
3. 铂铑热电偶的注意事项和维护方法虽然铂铑热电偶具有许多优点，但在使用过程中仍需注意一些事项，以确保其正常运行和准确测量。
首先，铂铑热电偶的引线不应受到拉力、扭曲或扭动，以免损坏导线或引起测量误差。
同时，引线的连接应牢固可靠，以确保电信号传输的稳定性和精确性。
其次，铂铑热电偶的绝缘层应保持完好，并避免与潮湿的环境接触。
说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点
说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点薄膜热电偶式温度传感器是一种常用的温度测量设备，具有以下主要
特点：
1.尺寸小：薄膜热电偶式温度传感器由薄膜热电偶片组成，其尺寸小巧，便于安装在狭小的空间中，不会占用过多的空间。
2.响应快：薄膜热电偶片由导热薄膜组成，具有较快的温度响应速度，可以快速准确地测量温度的变化。
3.线性度好：薄膜热电偶片的温度-电动势特性较为线性，可以通过
一定的校准来提高其测量的准确性。
4.热惯性小：薄膜热电偶式温度传感器具有较小的热惯性，即温度变
化后能够迅速达到新的稳定值，适用于快速变化的温度测量。
5.抗振动性好：薄膜热电偶式温度传感器具有较好的抗振动性能，不
易受到外部振动的影响，可以稳定地测量温度。
6.高温稳定性好：薄膜热电偶片由高温陶瓷材料制成，具有良好的高
温稳定性，可以在较高温度下进行长时间稳定的测量。
7.耐腐蚀性强：薄膜热电偶片由特殊材料制成，具有较好的耐腐蚀性能，可以在各种环境下进行温度的测量，适用于恶劣的工况。
8.高精度：薄膜热电偶式温度传感器具有较高的测量精度，可以满足
一些对温度测量要求较高的场合，如实验室、工业生产等。
总之，薄膜热电偶式温度传感器具有尺寸小、响应快、线性度好、热
惯性小、抗振动性好、高温稳定性好、耐腐蚀性强和高精度等主要特点，
适用于各种温度测量场合，并得到广泛应用。
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eAB (T0 )
KT0 q0
1n
NA NB
温差电动势
同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动 势。
机理：高温端的电子能量要比低温端的电子能量大， 从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端 的要多，结果高温端因失去电子而带正电， 低温端因 获得多余的电子而带负电，在导体两端便形成温差电 动势。
标准化热电偶的主要性能和特点
标准化热电偶的主要性能和特点
5. 热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法
当热端温度为t时，分度表所对应的热电势eAB(t, 0)与 热电偶实际产生的热电势eAB(t,t0)之间的关系可根据中间温 度定律得到下式：
eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0)
大小表示： eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
热电偶回路中产生的总热电势
eAB(T, T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0)
忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为：
eAB (T ,T0 )
eAB (T
)
eAB
(T0 )
k q0
(T
T0 ) ln
nA nB
意义：
有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀 性。
3. 热电偶的结构形式 为了适应不同生产对象的测温要求和条件，热电偶 的结构形式有： •普通型热电偶 •铠装型热电偶 •薄膜热电偶等。
普通型热电偶结构
保护管
绝缘管 热端
接线盒
热电极
铠装型热电偶
接线盒 固定装置
B
B
金属导管 绝缘材料 B-B
讨论
•影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关
•两热电极相同时，总电动势为0
•两接点温度相同时，总电动势为0
•对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c 为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，
即
eAB(T,T0)=eAB(T)－c=f(T)
可见：只要测出eAB（T,T0）的大小，就能得到 被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理。
•该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。在实际热电 偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为 0℃的热电势进行修正。
标准导体（电极）定律
t0
t0
t0
A
C
B
C
A
B
t
t
t
EAB (t, t0 ) EAC (t, t0 )－EBC (t, t0 )
标准导体定律的意义
• 通常选用高纯铂丝作标准电极
在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三 种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。
A
t0
A
t
T
t0
C
B （a)
t0
B
B
t1
C
t1
（b)
EABC (t, t0 ) EAB (t) EAB (t0 ) EAB (t, t0 )
应用：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导 线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。
测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路
t0
A t0
C
t
B t0
C
AC t1 B t1 A C
t
(a)
(b)
中间温度定律
在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点的温度，
热电偶AB在接点温度为t、t0时的热电势eAB(t, t0)等于热 电偶AB在接点温度t、tc和tc、t0时的热电势eAB(t, tc)和
A
A放大 热电极
优点：测温端热容量小，动态响应快；机械强度高， 挠性好，可安装在结构复杂的装置上。
薄膜热电偶
工作端
绝 缘 基 板
热电极
引 出 导 线
接头夹具
特点：热接点可以做得很小（μm），具有热容量小、反 应速度快（μs）等特点，适用于微小面积上的表面温度以及 快速变化的动态温度测量。
4. 热电偶类型
由此可见，eAB(t0，0)是冷端温度t0的函数，因此需要对热 电偶冷端温度进行处理。
(1) 热电偶补偿导线
热电偶一般做得较短， 一般为350～2000mm。 在实际测温时，需要把热电偶输出的电势信号传输到远离现场数十米远 的控制室里的显示仪表或控制仪表，这样, 冷端温度t0比较稳定。
eAB(tc, t0)的代数和，即
eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0)
A tc A( A)
t
t0
B tc B(B)
中间温度定律
中间温度定律的应用
• 根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体
A′和B，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热
电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。
工程用热电偶材料应满足条件：热电势变化尽量大， 热电势与温度关系尽量接近线性关系，物理、化学性 能稳定，易加工，复现性好，便于成批生产，有良好 的互换性。
国际电工委员会（IEC）向世界各国推荐7种标准 化热电偶（已列入工业标准化文件中，具有统一的分 度表）。我国已采用IEC标准生产热电偶，并按标准分 度表生产与之相配的显示仪表。
热电偶的分度表
• 不同金属组成的热电偶，温度与热电动势之间有不同 的函数关系，一般通过实验的方法来确定，并将不同 温度下测得的结果列成表格，编制出热电势与温度的 对照表，即分度表。
• 供查阅使用，每10℃分档 。中间值按内插法计算。
S型(铂铑10-铂)热电偶分度表
2. 热电偶基本定律 中间导体定律
四.热电偶传感器
1. 热电偶测温原理 热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合 回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生 电动势的现象。
热电势、热电偶、热电极 热端（测量端或工作端）、冷端（参考端或自由端）
热电偶回路
T eAB (T )
A
eA (T ,T0 )
B
eB (T ,T0 )
• 只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则 各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标 准电极定律计算出来。
均质导体定律
由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与 两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状 及沿电极各处的温度分布无关。即热电偶必须由两种不 同性质的均质材料构成。
T0 eAB (T0 )
接触电动势
含义：由于两种不同导体的自由电子 密度不同而在接触处形成的电动势。
EAB(T )
＋－
A ＋－ B
＋－
nA nB
接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接
触点的温度。
两接点的接触电动势eAB(T)和eAB（T0）可表示为
eAB (T )
Hale Waihona Puke KT q01nNA NB