热电偶 传感器 识读

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1、科技名词定义中文名称：热电偶英文名称：thermocouple定义1：基于泽贝克效应在电路中产生电动势的一对不同材料的导电体。应用学科：电力（一级学科）；电测与计量（二级学科）定义2：一端结合在一起的一对不同材料的导体，并应用其热电效应实现温度测量的敏感元 件。应用学科：机械工程（一级学科）;仪器仪表元件（二级学科）；仪器仪表机械元件-敏感元件（三 级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当 两接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存 有温差时，显示仪表将会指示出热

2、电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热将 随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关，与热电极的长度、 直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常 由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表记录仪表和电子调节 器配套使用。目录概述常见问题工作原理特点种类热电偶结构常用热电偶材料 类别概述常见问题工作原理特点种类热电偶结构常用热电偶材料类别热电偶的基本定律热电偶的安装要求热电偶的正确使用故障处理案例温度补偿和热电阻区别概述热电偶换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本

3、原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流 通过，此时两端之间就存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect)。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为 自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶 分度表；分度表是自由端温度在0C时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产 生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可 接入测量仪表,测得热电动势

4、后，即可知道被测介质的温度。铠装热电偶热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的 温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境） 温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影 响称为热电偶的冷端补偿。附：热电偶冷端补偿计算方法：从毫伏到温度：测量冷端温度，换算为对应毫伏值，与 热电偶的毫伏值相加，换算出温度。从温度到毫伏：测量出实际温度与冷端温度，分别换 算为毫伏值，相减後得出毫伏值，即得温度常见问题对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：装配热电偶1：热电偶的热电势是热电偶工作端与冷端

5、两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端, 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，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。 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。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

6、合成回路，当两个接合点的温 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。 热电偶就热电偶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工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端， 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

7、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； :., 1 _ I I* ij热电偶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。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。特点装配简单，更换方便 压簧式感温元件，抗震性能好测量范围大（200C1300C,特殊情况下一270C2800C）

8、机械强度高，耐压性能好耐高温可达2800度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。热电偶结构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THHnni牒沖溺临 呼彎唏热电偶构要求如下

9、： 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠： 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。常用热电偶材料热电偶分度号热电极材料 使用温度范围（C）热电偶正极负极S铂铑合金（铑含量10 %）纯铂0-1400R铂铑合金（铑含量13 %）纯铂0-1400B铂铑合金（铑含量30%）铂铑合金（铑含量6% ） 0-1400K镍铬镍硅-200-+1000T纯铜铜镍-200-+300J 铁铜镍-200-+600N镍铬硅镍硅-200-+1200E镍铬铜镍-200-+700热电偶的种类:装配热电偶,铠装热电偶，端面热电偶,压簧固定热电

10、偶，高温热电偶, 铂铑热电偶，防腐热电偶,耐磨热电偶，高压热电偶，特殊热电偶，手持式热电偶,微型 热电偶，贵金属热电偶快速热电偶钨铼热电偶，单芯铠装热电偶等等。从理论上讲，任何两种不同导体（或半导体）都可以配制成热电热电偶偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求是多方面的。为了保证工程技术中的可靠性，以 及足够的测量精度，并不是所有材料都能组成热电偶，一般对热电偶的电极材料，基本要求 是：（1）、在测温范围内，热电性质稳定，不随时间而变化，有足够的物理化学稳定性，不 易氧化或腐蚀；（2）、电阻温度系数小，导电率高，比热小:（3）、测温中产生热电势要大, 并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值

11、函数关系；（4）、材料复制性好，机械强度 高，制造工艺简单，价格便宜。类别热电偶类别代号分度号测温范围允许偏差限铂铑30铂铑6 WRR B01800C 0.25%t铂铑10铂WRP S01600C 0.25%t镍铬一镍硅WRNK01300C 0.75%t镍铬一康铜WRE E0 800C 0.75%t铂铑13-铂WRB R0-1600C.25%t热电偶公称压力：一般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而破裂。热电偶最 小插入深度：应不小于其保护套管外径的8-10倍（特列产品例外）绝缘电阻：当周围空 气温度为15-35C,相对湿度80%时绝缘电阻5兆欧（电压100V ）。具有防溅式接线盒 的热

12、电偶，当相对温度为933时，绝缘电阻0兆欧（电压100V ）高温下的绝缘电阻 热电偶在高温下，其热电极（包括双支式）与保护管以及双支热电极之间的绝缘电阻（按每 米计）应大于下表规定的值。热电偶的基本定律1,均质导体定律由同一种均质材料（导体或半导体）两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如何以及温 度如何分布，将不产生接触电势，温差电势相抵消，回路中总电势为零。可见，热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀，由于温 度梯存在，将会产生附加热电势。2，中间导体定律在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的 引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是

13、中间导体定律。应用:依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊接、冷端开路的形 式，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值,在导线与热电偶连接处产生的接 触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律，是没有这个误差的！3，中间温度定律热电偶回路两接点（温度为T、T0）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热 电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。应用:由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系，当冷端温度不为0C时，不能利用已知回 路实际热电势E （t,t直接查表求取热端温度值；也不能利用已知回路实际热电势E （t,

14、t0） 直接查表求取的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值，需按中间温度定律进行修正。 初学者经常不按中间温度定律热点偶原理图来修正！4,参考电极定律这个定律是专业人士才研究、关注的，一般生产、使用环节的人士不太了解，简单说明 就是：用高纯度铂丝做标准电极，假设镍铬-镍硅热电偶的正负极分别和标准电极配对，他8热电偶的安装要求对热电偶与热电阻的安装，应注意有利于测温准确，安全可考及维修方便,而且不影响设 备运行和生产操作要满足以上要求，在选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要 注意以下几点：1、为了使热电偶和热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换，应合理选择测点位 置，尽量避免在阀

15、门，弯头及管道和设备的死角附近装设热电偶或热电阻.2、带有保护套管的热电偶和热电阻有传热和散热损失，为了减少测量误差，热电偶和热 电阻应该有足够的插入深度：(1) 对于测量管道中心流体温度的热电偶，一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直 安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径是200毫米,那热电偶或热电阻插入深度应选择 100毫米；(2) 对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度)为了减小保护套对流体的阻力 和防止保护套在流体作用下发生断裂，可采取保护管浅插方式或采用热套式热电偶浅插式 的热电偶保护套管,其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电偶的标准插入深度 为 100mm;(3) 假如需要测量是烟道内烟气的温度，尽管烟道直径为4m,热电偶或热电阻插入深度1 m即可.(4) 当测量原件插入深度超过1m时，应尽可能垂直安装，或加装支撑架和保护套管.热电偶的正确使用正确使用热电偶不但可以准确得到温度的数值，保证产品合格，而且还可节省热