熱電偶是常見的溫度測(cè)量元件，熱電偶原理比較簡(jiǎn)單，它直接把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度，雖然原理簡(jiǎn)單，但測(cè)量并不簡(jiǎn)單。

一熱電偶測(cè)溫原理

　　熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。

　　接觸電勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體，其電子密度是不同的。當(dāng)兩種不同材料的導(dǎo)體兩端接合在一起時(shí)，在連接處，會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散，電子擴(kuò)散的速率與自由電子的密度以及導(dǎo)體的溫度成正比。于是就在連接處形成電位差，即接觸電勢(shì)。

　　溫差電勢(shì)：當(dāng)一根導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部?jī)啥说淖杂呻娮酉嗷U(kuò)散的速率不同，這個(gè)在高低溫端之間一個(gè)靜電場(chǎng)。此時(shí)導(dǎo)體上產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電位差，稱為溫差電勢(shì)。此電勢(shì)只與導(dǎo)體的性質(zhì)和導(dǎo)體兩端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面大小、沿導(dǎo)體長(zhǎng)度上的溫度分布無(wú)關(guān)。

圖1 熱電偶的示意圖

圖2 熱電偶的測(cè)量電路圖

　　直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。

　　在實(shí)際熱電偶的測(cè)量中，熱電偶的測(cè)量電路一般由熱電偶（A、B兩種導(dǎo)體）、連接導(dǎo)線C和測(cè)量?jī)x器組成。測(cè)量時(shí)將熱電偶置于被測(cè)環(huán)境中，如圖2所示，形成有J1、J2、J3三個(gè)接觸電勢(shì)，以及兩個(gè)溫差電勢(shì)，整個(gè)熱電偶的電勢(shì)由這幾部分構(gòu)成。

　　為了更好的理解這幾部分的電勢(shì)，我們需要了解一個(gè)定律：中間導(dǎo)體定律。

　　中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒有影響。

　　由中間導(dǎo)體定義推導(dǎo)出：

　　1、組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體材料相同時(shí)，無(wú)論兩接點(diǎn)溫度如何，回路總熱電勢(shì)等于零。

　　2、如果熱電偶兩接點(diǎn)的溫度相同，則盡管導(dǎo)體A，B材料不同，熱電偶回路的總電勢(shì)亦為零。

　　所以J2和J3處于同一溫度點(diǎn)，接觸電勢(shì)等于零。同時(shí)，在測(cè)量時(shí)，為了消除溫差電勢(shì)對(duì)測(cè)量影響，我們對(duì)連接導(dǎo)線C會(huì)有比較嚴(yán)格的要求，連接導(dǎo)線C我們稱之為補(bǔ)償導(dǎo)線，補(bǔ)償導(dǎo)線實(shí)際上是同分度熱電偶是同材質(zhì)的導(dǎo)線，這樣回路中溫差電勢(shì)也為零。這樣整個(gè)回路的電勢(shì)只與J1的電勢(shì)有關(guān)。由于熱電偶技術(shù)條件都是指冷端（非工作端）處在0℃時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，要求工作時(shí)，保持0℃，這樣熱電勢(shì)才能正確反映熱端溫度大小，否則就會(huì)產(chǎn)生誤差。為了修正在室溫下的測(cè)量誤差，熱電偶一般進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

二熱電偶的溫度補(bǔ)償

　　熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ饕校?/p>

01冷端恒溫法

　　這種方法將熱電偶的冷端放在恒溫場(chǎng)合，有0℃恒溫器和其他恒溫器兩種。

02電橋補(bǔ)償法

　　熱電偶經(jīng)補(bǔ)償導(dǎo)線接至補(bǔ)償電橋，熱電偶冷端與電橋處于同一環(huán)境溫度中，利用不平衡電壓來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。

03計(jì)算修正法

　　由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系,當(dāng)冷端溫度不為0攝氏度時(shí)，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t，t0）直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢(shì)E（t，t0）直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測(cè)溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。

　　中間溫度定律：熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為T、T0）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為T、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。

三熱電偶的測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)

　　熱電偶的測(cè)量相對(duì)熱電阻來說要復(fù)雜得多，但是以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。

　　1、測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

　　2、測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。

　　3、構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。

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