热电偶基础知识介绍..
热电效应及热电偶的基本基础学习知识原理分析
热电效应及热电偶的基本原理分析；热电偶的四大基本定律；常用的热电极材料及其性能特点；热电偶的冷端补偿；热电偶的基本测量电路。
了解热电偶的工作原理；了解常用热电极材料的类型、性能特点及其适用场合；掌握热电偶的选用和维护方法。
在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。
在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。
另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。
5.1 热电偶的工作原理与基本结构在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。
在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。
另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。
一、热电偶的工作原理1、工作原理当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时（如图5.1.1），只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0，称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。
这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。
图5.1.1 热电偶回路热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。
当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同)，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。
现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。
热电偶基本知识
1．接触电势 金属导体由于材料不同，其内部的电子密度也不同， 电子密度不同的金属接触在一起就要发生自由电子的扩散 现象，自由电子会从密度大的金属向密度小的金属转移， 于是在两导体之间就形成了电位差，这个电位差就是接触 电势。 2．温差电势 温差电势就是由于金属导体两端温度不同而产生的另 一种电势。温度不同，导体中自由电子能量就不同，温度 越高电子能量就越大。在导体中能量大的电子就会向低能 级区扩散，于是就在导体的两端形成一个电位差，这就是 温差电势。
热电偶的应用
（2）热电偶对爆炸产物的热响应应用 在炸药的爆炸过程中, 温度变化极快, 数值极高 , 且为非稳态传热, 冲击波的传播速度远大于热流的传播速度, 测试仪器在测得信号前容易损 坏, 用实验方法测定较为困难, 信号不易捕捉。热电偶技术的迅速发展为 研究瞬态热作用提供了简便可靠的测试方法。 自制钨铼热电偶温度传感器, 热电偶丝为WRe5/26, 直径0.2mm , 最 高测量温度可达+ 2800 ℃。热电偶用标准铂铑102铂热电偶标定。其工作 过程为: 热电偶温度传感器将温度信号转换为电压信号, 经直流电压放大 器放大后通过A/D 转换电路将模拟信号转换为数字信号。采集系统将给出 电压值, 其变化反映热电偶温度值的变化。数据采集后对信号加以滤波处 理, 然后根据分度表进行温度转换。
热电偶的应用
热泵热水器是一种新型热水和供暖热泵产品，是一种可替代锅炉的供暖设备 和热水装置。与传统太阳能相比，热泵热水器不仅可吸收空气中的热量，还可吸 收太阳能。热泵热水器通过制冷剂温差吸热和压缩机压缩制热后，与水换热，大 大提高热效率，充分利用了新能源，是将电热水器和太阳能热水器的各自优点完 美的结合于一体的新型热水器。目前，热泵热水器有热电偶热水器、水源热泵和 太阳能型三种系列，是开拓和利用新能源最好的设备之一。 空气源(太阳能)热泵是当今世界上最先进的产品之一，该产品以制冷剂为媒 介，制冷剂在风机盘管(或太阳能板)中吸收空气中(或阳光)中的能量，再经压缩 机压缩制热后，通过换热装置将热量传递给水，来制取热水，热水通过水循环系 统送入用户散热器进行采暖或直接用于热水供应。
热电偶和热电阻的知识
热电偶温度计热电现象和关于热电偶的基本定律热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。
它被广泛用于测量-200~1300℃范围内的温度。
在特殊情况下，可测至2800℃的高温或4K 的低温。
热电偶能把温度信号转变为电信号，便于信号的远传和多点切换测量，具有结构简单、制作方便、准确度高、热惯性小等优点。
1. 热电偶测温原理由两种不同的导体或半导体A 或B 组成的闭合回路，如果使两个接点处于不同的温度t 0、t ，则回路中就有电动势出现，称为热电势，这一现象称为热电效应。
热电势是温度t 0和t 的函数，恒定接点温度t 0，则热电势是温度t 的单值函数，只要测得热电势的大小，便可得到被测温度t 。
热电势由温差电势与接触电势组成。
温差电势：是指一根导体上因两端温度不同而产生的热电动势。
同一导体两端温度不同时，高温端（测量端、工作端、热端）电子的运动速度大于低温端电子（参比端、自由端、冷端）的运动速度，单位时间内高温端失电子带正电，低温端得电子带负电，高、低温端之间形成一个从高温端指向低温端的静电场。
该电场阻止高温端电子向低温端的动；加大低温端电子向高温端的运动速度，当运动达到动态平衡时，导体两端产生相应的电位差，该电位差称为温差电势。
温差电势的方向：由低温端指向高温端。
温差电势的大小：，()dt dtt N d N e k t t e t tt t )(1,00⎰=，式中k 为波尔兹曼常数；e 为电子电量t N 为导体内的电子密度，是温度的函数；t 、to 是导体两端的温度。
可见温差电势的大小与导体的性质和导体两端温度有关，而与导体长度、截面大小以及沿导体长度方向的温度分布无关。
热端 测量端 工作端冷端自由端参比端热电极B(e AB ()0t AB (,t t e (0,t t e B热电偶回路的总电势接触电势：是在两种不同材料A 和B 的接触点产生的。
A 、B 材料有不同的电子密度，设导体A 的电子密度n A 大于导体B 的电子密度n B ，则从A 扩散到B 的电子数要比从B 扩散到A 的多，A 因失电子而带正电荷，B 因得电子而带负电荷，于是在A 、B 的接触面上便形成一从A 到B 的静电场。
仪表知识大全(热电偶)
热电偶（C）”号长期短期S16001600Γ柏钝30粕然60.5YOO1800K锲硅N镁铭畦镁羟__________ 215 ____________ 110012003.2 ___ 120013001・2550650 E懈桐镁 2 __________ 650750_32 ______________J50然0桐镁桐堞S型热电偶知识S型热电偶（粕铐Io-柏热电偶）粕铐104白热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。
偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.02mm,其正极（SP）的名义化学成分为铀铐合金，其中含铐为10%,含钠为90%,负极（SN）为纯粕，故俗称单粕铐热电偶。
该热电偶长期最高使用温度为130（ΓC,短期最高使用温度为1600o C o粕铐Io-粕热电偶优点是准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。
它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。
由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，〃ITS-90〃虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。
S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。
热电偶补偿导线详解1结构及定义热电偶补偿导线简称补偿导线，通常由补偿导线合金丝、绝缘层、护套、屏蔽层组成。
在一定温度范围内（包括常温）、具有与所匹配的热电偶的热电动势的标称值相同的一对带有绝缘层的导线，用它们连接热电偶与测量装置，以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。
热电偶与测量装置之间使用补偿导线，其优点有二：L改善热电偶测温线路的物理性能和机械性能，采用多股线芯或小直径补偿导线可提高线路的挠性，是接线方便，也可调节线路电阻或屏蔽外界干扰；2.降低测量线路成本，当热电偶与测量装置距离很远，使用补偿导线可以节省大量的热电偶材料，特别是使用贵金属热电偶时，经济效益更为明显。
K型热电偶规格参数及使用性质
K型热电偶规格参数及使用一、热电偶基础知识热电偶是温度测量中应用最普遍的测温器件，它的特点是测温范围宽，性能稳定，有足够的测量精度，能够满足工业过程温度测量的需要。
结构简单，动态响应好；输出为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。
热电偶的测温原理基于热电效应。
将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象即是热电效应，又称赛北克效应。
热电偶的要求:(1)在测温范围内热电偶性能稳定，不随时间和被测对象而变化；(2)在测温范围内物理化学性能稳定，不易氧化和腐蚀，耐辐射；(3)所组成的热电偶要有足够的灵敏度，热电势随温度的变化率要足够大；(4)热电特性接近单值线性或近似线性；(5)电导率高，电阻温度系数小；(6)机械性能好，机械强度高，材质均匀；工艺性好，易加工，复制性好，制造工艺简单，价格便宜。
目前市面上流行的主要有8种常用热电偶以及测高温的钨铼热电偶(0〜2300°C),综合考虑上述热电偶，只有K型热电偶比较适合大规模的工业现场应用。
K型热电偶是由镍铬-镍硅(铝)双金属组成的，其中镍铬为正极，镍硅(铝)为负极。
K型热电偶的测温范围为-270〜1300C之间，适用于氧气气氛中，稳定性属于中等程度。
K型热电偶性能稳定，产生的热电势大，热电特性线性好，复现性好，高温下抗氧化能力强，耐辐射，使用范围宽，应用广泛。
本资料所说的温度极限就是最高的温度值，K型热电偶各种规格尺寸导线的最高温度如下表所示：这个表举出各类热电偶和导线尺寸的推荐温度上限。
这些温度上限应用于有防护的热电偶，即有普通封闭端保护套管的热电偶，不用于具有压制矿物质氧化物绝缘体的套装热电偶。
一般在实际应用中，会有超过推荐温度极限的情况。
同样，在推荐温度极限内应用而没有得到满意寿命的情况也是有的。
但是，总的说来，当导线在列举的温度范围内连续工作时，能保证热电偶有满意的寿命。
K类热电偶适宜在温度高达1260°C的氧化性或惰性气氛中连续使用，因为它们的抗氧化特性要比其它金属热电偶好。
热电偶的基本知识
热电偶的基本知识热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
其优点是：∙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。
∙测量范围广。
常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，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）。
∙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。
一、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。
图1 热电偶工作原理图如图1所示，热电偶的一端将A、B两种导体焊在一起，置于温度为t的被测介中称为自由端，放在温度为t0的恒定温度下。
当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得温度值。
热电偶两端的热电势差可以用下式表示：式中：E t-热电偶的热电势；e AB(t)-温度为t时工作端的热电势；e AB(t0)-温度为t0时自由端的热电势当自由端温度t0恒定时，热电势只与工作端的温度有关，即E t=f(t)。
当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径大小无关，只与热电极材料的成分及两端的温度有关，因此，用各种不同的导体或半导体材料可做成各种用途的热电偶，以满足不同温度对象测量的需要。
二、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。
热电偶基础知识介绍
从实验到理论：热电效应
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭
合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结 点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什 么？），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（又说明什么？）。
显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电
3/22/2019 第四章 非电量的电测技术 18
（一）补偿导线法
采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的冷端，使
之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷 设。 所谓补偿导线：实际上是一对材料化学成分不同的导 线，在0～100℃温度范围内与配接的热电偶有一致 的热电特性，但价格相对要便宜。若利用补偿导线， 将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)， 其实质是相当于将热电极延长。
1）热电势的大小仅与材料的性质及其两端点的温度
有关，而与热电偶的形状、大小无关。 烧断的热电偶可重新焊接，用于测温。
2）如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质
导体，则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热 电势为零——均质导体定律 必须采用两种不同的材料作为热电极。
k t N At E AB (t , t0 ) ln dT 0 e t 0 N At
热电偶回路中总的热电势应是接触电势与温差电势之
和。
EA(t,t0)
A(+)
,
t EAB(t)
B(-)
t0 EAB(t0)
EB(t,t0) t>t0,NA>NB
EAB（t，t0）=EAB（t） +EB（t，t0） -EAB（t0）-EA（t，t0）
经实践证明，在热电偶中起主要作用的是接触电动势，温差 电动势只占极小部分。可以忽略不计： t
热电偶真空计(thermocouplevacuumgauge)物理小知识
热电偶真空计（thermocouplevacuumgauge）物
理小知识
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热电偶真空计（thermocouplevacuumgauge）
热电偶真空计(thermocouplevacuumgauge)
当气体分子平均自由程大于容器的线度d时，它的热传导系数正比于压强P。
将一根金属丝通以恒定的加热电流时，由于气体导走了一部分热量，故当达到热平衡时，金属丝便保持一定的温度。
气体的压强高，导走的热量多，平衡温度就低。
所以热丝的温度是气体压强的函数，可以通过测量热丝的温度而求得压强的大小。
热偶真空计即是用一热电偶来测量热丝的温度从而得到压强值的真空计。
热电偶由两种不同的金属丝连接而成，当两接点温度不同时就产生热电势，温差越大，热电热越高。
热电偶的一个接点与热丝相接触，另一接点处于室温，这样经过校正，即可由热电势的值转换为压强的值。
它的测压范围为1～10-3托。
由查字典物理网独家提供热电偶真空计
(thermocouplevacuumgauge)物理小知识，希望给大家提供帮助。
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第四章 非电量的电测技术
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二、有关热电偶的几点结论
规定：ＥAB(t,t0)的含义，按位置顺序
A表示热电偶正极；B表示负极 t表示测量端温度；t0表示冷端温度； 符号变化，位置规定的含义不变。 ＥAB(t,t0)=-EBA(t,t0)=-EAB(t0,t)
热电偶回路中总的热t,t0)
A(+)
,
t EAB(t)
B(-)
t0 EAB(t0)
EB(t,t0) t>t0,NA>NB
EAB（t，t0）=EAB（t） +EB（t，t0） -EAB（t0）-EA（t，t0）
经实践证明，在热电偶中起主要作用的是接触电动势，温差 电动势只占极小部分。可以忽略不计： t
E AB (t, t 0 ) f(t) - f(t 0 )
2. 对于已选定的热电偶, 当参考端温度t0恒定时,
EAB(t0)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=φ (t)
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（四）实际应用
我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的
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第四章 非电量的电测技术
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（一）接触电势
产生原因：两种不同的金属互相接触时，由于不同金
属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处 会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的 金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B 得到电子带负电，从而产生接触电势：
A ＋ eAB(T) 自 由 电 子
EAB（t，t0）= EAB（t）-EAB（t0）
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N At k ln dT e t 0 N Bt
8
EAB（t，t0）= EAB（t）-EAB（t0）
综上所述，如下结论： 1. 热电偶回路中热电动势的大小，与组成热电偶的导
体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺 寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便 是两接点温度为t和t0时的函数差：
kt NAt E AB (t ) ln e NBt
k：波尔兹曼常数； e：单位电荷电量；
T
B
NAT 、 NBT ：温度为 T 时 , 导体 A 、 B 的自由电子密度。
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（二）温差电动势
温度标志着物质内
部大量分子无规则 运动的剧烈程度。 温度越高，表示物 体内部分子热运动 越剧烈。 温度的影响 模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动 速度比低温时快！
流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。
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第四章 非电量的电测技术
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通过以上演示得出结论——有关热电偶热电势的讨论
将两种不同的导体（或半导体）A、B组合成闭合回路。
若两结点处温度不同，则回路中将有电流流动，即回 路中有热电动势存在。 此电动势的大小除了与材料本身的性质有关以外,还 决定于结点处的温差，这种现象称为热电效应或塞贝 克效应。 热电偶就是根据此原理设计制作的将温差转换为电势 量的热电式传感器。热电效应产生的热电势是由接触 电势和温差电势两部分组成的。
解释：当NA>NB,A为正极，B为负极。脚注AB的顺序表
示电动势的方向。当脚注顺序改变时，电动势前面的 符号（＋、－）随之改变。
利用热电偶作为传感器来检测温度时，必须在热电偶回路中引入显示或记录仪表， 并用连接导线将它们连接起来，因此必须掌握下面的基本定律，以保证能够正确 的选择和使用热电偶。
热电偶传感器介绍
在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参
数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它 具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯 性小和输出信号便于远传等许多优点,在温度测量中 占有重要的地位。其测温范围较宽，一般为-50～ 1600℃，最高的可达到3000℃。 另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外 加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管 道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。
“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。 按此标准，制定了相应的分度表，并且有相应的线性 化集成电路与之对应。 目前热电偶统一规定在T0=0℃的条件下，给出测量 端温度与热电势的数值对照表，即分度表自由端（约 束条件：冷端温度必须为0 ℃ ）。实际测温时，根 据测出的热电势可通过查对应的分度表，查得所测的 温度值。
从实验到理论：热电效应
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭
合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结 点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什 么？），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（又说明什么？）。
显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电
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第四章 非电量的电测技术
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一、 热电偶的测温原理 先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A 左端称为： 测量端（工 作端、热端） 热电势 A 热电极B
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。
2018/10/12 第四章 非电量的电测技术 2
EA（t，t0）=UAt-UAt0
E A (t , t0 ) U At U At 0
考虑：如果同一导体各点温度相同，即t＝t0，则回路总电 动势必为零？
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k t 1 d ( N At , t ) dT e t 0 N At dt
（三）热电偶回路的热电势
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定义：同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电 势——温差电动势
同一导体的两端温度不同时, 高温端的电子能量要比低温
端的电子能量大, 因而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, 形成一个静电场， 该静电场阻止电子继续向低温端迁移，最后达到动态平衡。 因此， 在导体两端便形成温差电势，公式：