熱電偶
- 熱電偶（thermocouple）是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。
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測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時(shí)，可接入測量儀表，測得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測量溫度時(shí)要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測量儀表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線。
熱電偶冷端補(bǔ)償計(jì)算方法：
從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對(duì)應(yīng)毫伏值，與熱電偶的毫伏值相加，換算出溫度；
從溫度到毫伏：測量出實(shí)際溫度與冷端溫度，分別換算為毫伏值，相減後得出毫伏值，即得溫度
是一種感溫元件，是一種一次儀表，熱電偶直接丈量溫度。由2種不同成分材質(zhì)的導(dǎo)體組成的閉合回路，由于材質(zhì)不同，不同的電子密度產(chǎn)生電子擴(kuò)散，穩(wěn)定均衡后就產(chǎn)生 了電勢(shì)。當(dāng)兩端存在梯度溫度時(shí)，回路中就會(huì)有電流產(chǎn)生，產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，溫度差越大，電流就會(huì)越大。測得熱電動(dòng)勢(shì)之后即可曉得溫度值。熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，可將熱能轉(zhuǎn)換成電能。
熱電偶的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：熱電偶測溫范圍寬，性能比擬穩(wěn)定；丈量精度高，熱電偶與被測對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響；熱響應(yīng)時(shí)間快，熱電偶對(duì)溫度變化反響靈活；丈量范圍 大，熱電偶從-40~ 1600℃ 均可連續(xù)測溫；熱電偶性能牢靠， 機(jī)械強(qiáng)度好。運(yùn)用壽命長，裝置便當(dāng)。
電偶必需是由兩種性質(zhì)不同但契合一定要求的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）材料構(gòu)成回路。熱電偶丈量端和參考端之間必需有溫差。
將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因此在回路中構(gòu)成一個(gè)大小的電流,這 種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是應(yīng)用這一效應(yīng)來工作的。
1、裝配簡單，更換方便；
2、壓簧式感溫元件，抗震性能好；
3、測量精度高；
4、測量范圍大（－200℃～1300℃，特殊情況下－270℃～2800℃）；
5、熱響應(yīng)時(shí)間快；
6、機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；
7、耐高溫可達(dá)2800度；
8、使用壽命長。
校驗(yàn)設(shè)備：恒溫槽、高精度數(shù)顯表、連接導(dǎo)線(四線制)校驗(yàn)方法：將熱電阻插入恒溫槽，插入深度一般為300mm左右，將恒溫槽溫度控制于0度和100度，用導(dǎo)線將數(shù)顯表和熱電阻連接起來，0度和100度測試三...
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當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0 ，稱為自由端（也稱參考端）或冷端，回路中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”，兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶”，這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)則稱為“熱電動(dòng)勢(shì)”。
熱電動(dòng)勢(shì)由兩部分電動(dòng)勢(shì)組成，一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)。
熱電偶回路中熱電動(dòng)勢(shì)的大小，只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺寸無關(guān)。當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動(dòng)勢(shì)便是兩接點(diǎn)溫度t和t0。的函數(shù)差。即
這一關(guān)系式在實(shí)際測溫中得到了廣泛應(yīng)用。因?yàn)槔涠藅0恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)只隨熱端(測量端)溫度的變化而變化，即一定的熱電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)著一定的溫度。我們只要用測量熱電動(dòng)勢(shì)的方法就可達(dá)到測溫的目的。
熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時(shí)，可接入測量儀表，測得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測量溫度時(shí)要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測量儀表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線。
熱電偶冷端補(bǔ)償計(jì)算方法：
從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對(duì)應(yīng)毫伏值，與熱電偶的毫伏值相加，換算出溫度；
從溫度到毫伏：測量出實(shí)際溫度與冷端溫度，分別換算為毫伏值，相減後得出毫伏值，即得溫度。
熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下：
1、組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；
2、兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；
3、補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；
4、保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。
1、按固定裝置型式分類
熱電偶作為主要測溫手段，用途十分廣泛，因而對(duì)固定裝置和技術(shù)性能有多種要求，因此熱電偶的固定裝置分為六種：無固定裝置式、螺紋式、固定法蘭式、活動(dòng)法蘭式、活動(dòng)法蘭角尺形式、錐形保護(hù)管式六種。
2、按裝配及結(jié)構(gòu)方式分類
根據(jù)熱電偶的性能結(jié)構(gòu)方式可分為：可拆卸式熱電偶、隔爆式熱電偶、鎧裝熱電偶和壓彈簧固定式熱電偶等特殊用途的熱電偶。
常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。
| 熱電偶分度號(hào) |
熱電極材料 |
|
| 正極 |
負(fù)極 |
|
| S |
鉑銠 10 |
純鉑 |
| R |
鉑銠 13 |
純鉑 |
| B |
鉑銠 30 |
鉑銠 6 |
| K |
鎳鉻 |
鎳硅 |
| T |
純銅 |
銅鎳 |
| J |
鐵 |
銅鎳 |
| N |
鎳鉻硅 |
鎳硅 |
| E |
鎳鉻 |
銅鎳 |
從理論上講，任何兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）都可以配制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測溫元件，對(duì)它的要求是多方面的。為了保證工程技術(shù)中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對(duì)熱電偶的電極材料，基本要求是：
1、在測溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而變化，有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；
2、電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高，比熱??；
3、測溫中產(chǎn)生熱電勢(shì)要大，并且熱電勢(shì)與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系；
4、材料復(fù)制性好，機(jī)械強(qiáng)度高，制造工藝簡單，價(jià)格便宜。
熱電偶測量端焊接前，應(yīng)首先將被焊熱電極的頂端絞成麻花狀或?qū)身敹瞬R。（1）、氣焊法：先將熱電極頂端絞成麻花狀，然后稍加熱并蘸上焊劑，再用乙炔火焰使測量端熔成球狀， 再迅速將測量端離開火焰后放入熱水中。這種方法操作簡單，故應(yīng)用較廣。 （2）、電弧焊法：電弧焊是利用高溫電弧將熱電偶 測量端熔化成球狀。常用的有交流電弧焊和直流電弧焊兩種 。交流電弧焊一般用來焊接賤金屬熱電偶。焊接前也要在熱電極頂端先蘸上焊劑， 焊好后要 去除焊點(diǎn)上的焊劑。直流電弧焊一般用來焊接貴金屬熱電偶。（3）、對(duì)焊：將熱電極頂端對(duì)齊，稍加一些壓力，然后接通電源，使接觸面熔化在一起。這種焊接方法比 較方便（4）、直流氬弧焊：直流氬弧焊是近幾年發(fā)展起來的較理想的焊接熱電偶的方法。通常直流氬弧焊熱電偶焊接機(jī) 是用氬氣作保護(hù)，以高頻引弧，直流焊接，并能進(jìn)行對(duì)焊。它是由供電電源、直流 焊接電源 1、焊槍2、高頻振蕩器3、對(duì)焊電源及夾具4等幾部分所組成，這種焊接裝置的特點(diǎn)是使用方便，焊接速度快，不沾污，沒有任何氣孔，焊接端點(diǎn)光亮美觀 ，并且可一機(jī)多用。它能焊接各種金屬材料及不同規(guī)格的各種熱電偶，熱電偶在選 擇品牌上要熱電偶選杰克。（5）、鹽浴焊接法：焊接裝置由調(diào)壓器（3－5kW）、石墨坩堝和焊接夾子等組成。坩堝作為電源－電極，被焊熱 電極作為另一電極。焊接前，先洗凈熱電極被焊處表面的氧化物，并絞成麻花狀， 將碳棒置 于氯化鋇上，接通電源使氯化鋇熔化，再將熱電偶熱電極與氯化鋇熔液稍接觸待起弧后迅速 離開，并用熱水洗凈測量端和熱電極上的氯化鋇顆粒。 ?
一、溫度測量的基本概念
溫度是度量物體冷熱程度的物理量，在生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)中占有極其重要的地位，是國際單位制(SI)中7個(gè)基本物理量之一。從能量角度來看，溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量發(fā)布狀況的物理量；從熱平衡觀點(diǎn)來看，溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量；從微觀上看，溫度標(biāo)志著系統(tǒng)內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，溫度高的物體，分子平均動(dòng)能大，溫度低的物體，分子平均動(dòng)能小。
早期人們以人的器官感覺出發(fā)，憑感覺到的或接觸到的冷熱程度區(qū)別溫度的高低。這樣得出的結(jié)果往往不可靠、不準(zhǔn)確。研究表明，幾乎所有物質(zhì)的性質(zhì)都與溫度有關(guān)，例如尺寸、體積、密度、硬度、彈性橫量、破壞性強(qiáng)度、電導(dǎo)率、導(dǎo)磁率、光輻射強(qiáng)度等，利用這些性質(zhì)及其隨溫度變化規(guī)律可進(jìn)行溫度測量。也就是說，溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)(零點(diǎn))和測量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實(shí)用溫標(biāo)。
二、主要測溫方法介紹
溫度測量方式有接觸式和非接觸式兩大類。
1．將傳感器置于與物體相同的熱平衡狀態(tài)中，使傳感器與物體保持同一溫度的測溫法，即為接觸式測溫法。例如利用介質(zhì)受熱膨脹的原理的水銀溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)等。還有利用物體電氣參數(shù)隨溫度變化的特性來檢測溫度。例如熱電阻、熱敏電阻、電子式溫度傳感器和熱電偶等。
接觸式測溫儀表測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度較高；但因測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度測量。
2.非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸。實(shí)現(xiàn)這種測溫方法可利用物體的表面熱輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系來檢測溫度。有全輻射法、部分輻射法、單一波長輻射功率的亮度法及比較兩個(gè)波長輻射功率的比色法等。非接觸式儀表測溫的測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會(huì)破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。
三、標(biāo)準(zhǔn)要求
基本上所有的CSA和UL電氣產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都要求進(jìn)行溫升測試，而且會(huì)詳細(xì)要求測試條件，例如產(chǎn)品的輸入電源、負(fù)載要求和測試環(huán)境等；測試方法，例如安裝位置和使用測溫方法等；測試時(shí)間；判斷準(zhǔn)則，溫升的最大值和附帶測試等。在測試方法中，會(huì)對(duì)測溫的方法進(jìn)行規(guī)定，通常有對(duì)熱電偶的要求是30AWG(0.51平方厘米)，鐵－康銅(分度號(hào)J)或銅－康銅(分度號(hào)T)和相配合的記錄儀器
對(duì)熱電偶與熱電阻的安裝，應(yīng)注意有利于測溫準(zhǔn)確，安全可靠及維修方便，而且不影響設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)操作.要滿足以上要求，在選擇對(duì)熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
1、為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質(zhì)之間有充分的熱交換，應(yīng)合理選擇測點(diǎn)位置，盡量避免在閥門，彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電偶或熱電阻。
2、帶有保護(hù)套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失，為了減少測量誤差，熱電偶和熱電阻應(yīng)該有足夠的插入深度：
（1）對(duì)于測量管道中心流體溫度的熱電偶，一般都應(yīng)將其測量端插入到管道中心處（垂直安裝或傾斜安裝）.如被測流體的管道直徑是200毫米，那熱電偶或熱電阻插入深度應(yīng)選擇100毫米；
（2）對(duì)于高溫高壓和高速流體的溫度測量（如主蒸汽溫度），為了減小保護(hù)套對(duì)流體的阻力和防止保護(hù)套在流體作用下發(fā)生斷裂，可采取保護(hù)管淺插方式或采用熱套式熱電偶，淺插式的熱電偶保護(hù)套管，其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于75mm；熱套式熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)插入深度為100mm；
（3）假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的溫度，盡管煙道直徑為4m，熱電偶或熱電阻插入深度1 m即可；
（4）當(dāng)測量原件插入深度超過1m時(shí)，應(yīng)盡可能垂直安裝，或加裝支撐架和保護(hù)套管。
A、熱電偶安裝時(shí)應(yīng)放置在盡可能靠近所要測的溫度控制點(diǎn)。為防止熱量沿?zé)犭娕紓髯呋蚍乐贡Ｗo(hù)管影響被測溫度，熱電偶應(yīng)浸入所測流體之中，深度至少為直徑的10倍。當(dāng)測量固體溫度時(shí)，熱電偶應(yīng)當(dāng)頂著該材料或與該材料緊密接觸。為了使導(dǎo)熱誤差減至最小，應(yīng)減小接點(diǎn)附近的溫度梯度。
B、選擇測溫點(diǎn)時(shí)應(yīng)具有代表性，例如測量管道中流體溫度時(shí)，熱電偶的測量端應(yīng)處于管道中流速最大處。一般來說，熱電偶的保護(hù)套管末端應(yīng)越過流速中心線。
C、當(dāng)用熱電偶測量管道中的氣體溫度時(shí)，如果管壁溫度明顯地較高或較低，則熱電偶將對(duì)之輻射或吸收熱量，從而顯著改變被測溫度。這時(shí)，可以用一輻射屏蔽罩來使其溫度接近氣體溫度，采用所謂的屏罩式熱電偶。
D、實(shí)際使用時(shí)特別要注意補(bǔ)償導(dǎo)線的使用。通常接在儀表和接線盒之間的補(bǔ)償導(dǎo)線，其熱電性質(zhì)與所用熱電偶相同或相近，與熱電偶連接后不會(huì)產(chǎn)生大的附加熱電勢(shì)，不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電勢(shì)。如果用普通導(dǎo)線來代替補(bǔ)償導(dǎo)線，就起不到補(bǔ)償作用，從而降低測溫的準(zhǔn)確性。所以，使用單位在安裝儀表敷線時(shí)應(yīng)注意：補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接時(shí)，極性切勿接反，否則測溫誤差反而增大。
1：熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端與冷端兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)；
2 ：熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)。
3：當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。 ? ?
正確使用熱電偶不但可以準(zhǔn)確得到溫度的數(shù)值，保證產(chǎn)品合格，而且還可節(jié)省熱電偶的材料消耗，既節(jié)省資金又能保證產(chǎn)品質(zhì)量。安裝不正確，熱導(dǎo)率和時(shí)間滯后等誤差，它們是熱電偶在使用中的主要誤差。
1、安裝不當(dāng)引入的誤差
如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實(shí)溫度等，換句話說，熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門和加熱的地方，插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8～10倍；熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對(duì)流而影響測溫的準(zhǔn)確性；熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃；熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開強(qiáng)磁場和強(qiáng)電場，所以不應(yīng)把熱電偶和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測介質(zhì)很少流動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)用熱電偶測量管內(nèi)氣體溫度時(shí)，必須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。
2、絕緣變差而引入的誤差
如熱電偶絕緣了，保護(hù)管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴(yán)重，這不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗而且還會(huì)引入干擾，由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上百度。
3、熱惰性引入的誤差
由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化，在進(jìn)行快速測量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測量滯后，用熱電偶檢測出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測量滯后越大，熱電偶波動(dòng)的振幅就越小，與實(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測溫或控溫時(shí)，儀表顯示的溫度雖然波動(dòng)很小，但實(shí)際爐溫的波動(dòng)可能很大。為了準(zhǔn)確的測量溫度，應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減小時(shí)間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導(dǎo)熱性能好的材料，管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管。在較精密的溫度測量中，使用無保護(hù)套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應(yīng)及時(shí)校正及更換。
4、熱阻誤差
高溫時(shí)，如保護(hù)管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導(dǎo)，這時(shí)溫度示值比被測溫度的真值低。因此，應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔，以減小誤差。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。另外，由于熱電偶是一種無源傳感器，測量時(shí)不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。
大量訂購裸露的或絕緣的熱電偶絲，費(fèi)用很大。一種節(jié)約的方法(特別是在使用貴金屬熱電偶的情況下)是使用延伸導(dǎo)線。選擇成對(duì)的合金導(dǎo)線做為這些延伸導(dǎo)線，它們?cè)谝欢ǖ?溫度范圍內(nèi)具有非常類似于熱電偶本身的凈熱電勢(shì)。在測量線路的高溫部分不能使用這樣的延伸導(dǎo)線。可以把延伸導(dǎo)線接入中溫區(qū)和參考點(diǎn)之間的線路中。延伸導(dǎo)線的合金是廉金 屬，它比高溫?zé)犭娕疾牧媳阋?。?dāng)需要用長導(dǎo)線引到參考點(diǎn)時(shí)，這就變得特別重要。
選擇延伸導(dǎo)線合金，要使它大約在0℃到最多不超過幾百℃的中等溫度范圍內(nèi)與熱電偶的熱電特性相匹配。溫度上限取決于延伸導(dǎo)線和環(huán)境氣氛的反應(yīng)性、選用的絕緣類型以及 延伸導(dǎo)線特性開始顯著偏離熱電偶特性的溫度。延伸導(dǎo)線對(duì)于某些廉金屬熱電偶以及貴金屬熱電偶都是用得著的。廉金屬熱電偶的這種延伸導(dǎo)線通常是和熱電偶名義成分相同的一 段導(dǎo)線，但這段導(dǎo)線不能滿足所要求的高溫輸出技術(shù)條件。
由通用的熱電偶材料或性能相近的合金材料制造的接頭、端子及其它金屬附件是有用的。熱電偶絲、延伸導(dǎo)線和相應(yīng)附件的組合，有可能造成一個(gè)從熱接點(diǎn)到參考點(diǎn)近似均勻的 線路。通常在參考點(diǎn)的測量側(cè)使用銅導(dǎo)線，并且可以買到一種合金焊料，其熱電偶勢(shì)率與銅的熱電偶勢(shì)率相當(dāng)，以便盡量減少局部生產(chǎn)的熱電勢(shì)。
在生產(chǎn)中由于被測對(duì)象不同，環(huán)境條件不同，測量要求不同，和熱電阻的安裝方法及采取的措施也不同，需要考慮的問題比較多，但原則上可以從測溫的準(zhǔn)確性、安全性、維修方便三個(gè)方面來考慮。
為避免測溫元件損壞，應(yīng)保證其有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，為保護(hù)感溫元件不受磨損應(yīng)加保護(hù)屏或保護(hù)管等，為確保安全、可靠，測溫元件的安裝方法應(yīng)視具體情況（如待測介質(zhì)的溫度、壓力、測溫元件的長度及其安裝位置、形式等）而定。下面僅舉幾例以引起注意：
凡安裝承受壓力的測溫元件，都必須保證其密封性。高溫下工作的熱電偶，為防止保護(hù)管在高溫下產(chǎn)生變形，一般應(yīng)垂直安裝，若必須水平安裝則不宜過長，并用支架保護(hù)熱電偶。若測溫元件安裝于介質(zhì)流速較大的管道中，則其應(yīng)傾斜安裝。為防止測溫元件受到過大的沖蝕，最好安裝在管道的彎曲處。當(dāng)介質(zhì)壓力超過10MPa時(shí)，必須在測量元件上加保護(hù)外套。熱電偶/熱電阻的安裝部位還應(yīng)考慮其拆裝、維修、校驗(yàn)的足夠空間和場地，具有較長保護(hù)管的熱電偶、熱電阻應(yīng)能方便地拆裝。
如果熱電偶接線正確，顯示溫度就正確，如果接線不正確，會(huì)起反的作用，熱電偶在材料的測溫過程中，對(duì)溫度要進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，以便對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行有效的控制。尤其是特殊場合，對(duì)所測量的溫度的準(zhǔn)確度要求很高。在這些領(lǐng)域溫度的測量通常采用熱電偶傳感器來實(shí)現(xiàn)。熱電偶本身具有經(jīng)濟(jì)、測量誤差小等優(yōu)點(diǎn)。
熱電偶接線有正負(fù)極之分，通過：在接線板子上面就有標(biāo)定：+，-，但是也的廠家沒有正負(fù)之分，這樣就需要技術(shù)人員憑經(jīng)驗(yàn)來判定
一，是用顏色來區(qū)分，綠的為正極，灰的為負(fù)極
二，用萬用表來測量一下
三，接線后看一下溫度走勢(shì)
四，如果磁鐵也可以用磁鐵來判定
五，補(bǔ)償導(dǎo)線也需要正確接線，也有正負(fù)極之分
六，接儀表，也要注意正負(fù)之分，端子上面都有標(biāo)注
通用接線端子不能用于熱電偶的接線，因?yàn)槎俗觾?nèi)的導(dǎo)流條通常是用專用銅材料如電解銅制成的，與組成熱電偶的銅材料不同， 與通用的組合接線端子按片提供不同，熱電偶接線端子是成對(duì)提供的。每對(duì)熱電偶端子的導(dǎo)流條是由不同的金屬材料做成的。針對(duì)不同型號(hào)的熱電偶，相應(yīng)有不同的接線端子。熱偶端子內(nèi)所用的 導(dǎo)電材料應(yīng)與組成熱電偶的導(dǎo)電材料完全一致，從而確保熱電偶信號(hào)在傳遞過程中的準(zhǔn)確性。工業(yè)用裝配式熱電偶作為測量溫度的變送器通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用.它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從0℃到1800℃范圍的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。
根據(jù)國家規(guī)定，我公司生產(chǎn)符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)分度號(hào)的鉑銠 30－鉑銠6、鉑銠10－鉑、鎳鉻－鎳硅、鎳鉻－康銅等等的裝配式熱電偶。
裝配熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。
可選型號(hào)
B型、S型、K型、E型
熱響應(yīng)時(shí)間比較復(fù)雜，不同的試驗(yàn)條件會(huì)有不同的測量結(jié)果，這是因?yàn)樗軣犭娕寂c周圍介質(zhì)的換熱率影響，換熱率高，則熱響應(yīng)時(shí)間就短。為了使熱電偶產(chǎn)品的熱響應(yīng) 時(shí)間具有可比性，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：熱響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在專用水流試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。該裝置的水流速度應(yīng)保持0.4±0.05m/s，初始溫度在5-45℃的范圍內(nèi)，溫度階躍值為40-50℃。在試驗(yàn) 過程中，水的溫度變化應(yīng)不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設(shè)計(jì)的置入深度（選其中較小值并在試驗(yàn)報(bào)告中注明）。
由于該裝置比較復(fù)雜，目前只有極少數(shù)單位有這套設(shè)備，故國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定允許生產(chǎn)廠與用戶協(xié)商，可采用其他試驗(yàn)方法，但所給數(shù)據(jù)必須注明試驗(yàn)條件。
由于B型熱電偶在室溫附近熱電勢(shì)很小，熱響應(yīng)時(shí)間不容易測出，因此國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用同規(guī)格的S型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然后進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)時(shí)應(yīng)記錄 熱電偶 的輸出變化至相當(dāng)于溫度階躍變化50%的時(shí)間T0.5，必要時(shí)可記錄變化10%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.1和變化90%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.9。所記錄的熱響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)是同一 試驗(yàn)至少三次測試結(jié)果的平均值，每次測量結(jié)果對(duì)于平均值的偏離應(yīng)在±10%以內(nèi)。此外，形成溫度階躍變化所需的時(shí)間不應(yīng)超過被測試 熱電偶 的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀 表的響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。
熱電偶不是無止盡利用的產(chǎn)品，它具有一定的生命期限的。熱電偶的壽命與很多因素密切相關(guān)，這些因素不容易定量。即便這樣，我們還是應(yīng)當(dāng)有意無意的留心使用時(shí)間，那么， 熱電偶的使用時(shí)間該怎樣定論呢？
我國標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)熱電偶的穩(wěn)定性有要求。即規(guī)定在某一溫度下經(jīng)200h，使用前后熱電動(dòng)勢(shì)的變化。但是，尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)使用壽命有規(guī)定。日本有關(guān)熱電偶使用壽命的要求，是依據(jù)日 本JIS（C-1602-1995）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的熱電偶連續(xù)使用時(shí)間。對(duì)B﹑R﹑S型熱電偶而言為2000h,K﹑E﹑J﹑T型熱電偶為10000h。
在實(shí)際使用時(shí)，裝配式熱電偶通常有保護(hù)管，只有在特殊情況下才裸絲使用。因此，在多數(shù)場合下，保護(hù)管的壽命決定了熱電偶?jí)勖?。?duì)熱電偶的實(shí)際使用壽命的判斷，必須是通 過長期收集﹑積累實(shí)際使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，才有可能給出較準(zhǔn)確的結(jié)果。
由于鎧裝熱電偶有套管保護(hù)與外界環(huán)境隔絕，因此套管材質(zhì)對(duì)鎧裝熱電偶的壽命影響很大，必須根據(jù)用途選擇熱電偶絲及金屬套管。當(dāng)材質(zhì)選定后，其壽命又隨著鎧裝熱電偶直徑 的增大而增加。鎧裝熱電偶同裝配式熱電偶相比，雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但使用壽命往往低于裝配式熱電偶。
在選擇購買熱電偶的時(shí)候，除了考慮性能及價(jià)格之外，它的生命期限也是不得不考慮的一個(gè)因素，只有每個(gè)細(xì)節(jié)都顧全周到，才能選擇到符合標(biāo)準(zhǔn)且性價(jià)比高的產(chǎn)品。在使用熱電 偶時(shí)，也應(yīng)當(dāng)留意使用時(shí)間，而不是一味的使用卻不關(guān)心，這樣才能避免造成損失。
熱電偶缺氧保護(hù)裝置保護(hù)的工作原理是:當(dāng)燃?xì)夤┙o量和供氧量一定時(shí),火焰燃燒溫度也是一定的,當(dāng)空氣中含氧量充足時(shí),火焰溫度可達(dá)700 ℃左右;當(dāng)空氣中的含氧量降低時(shí),火焰溫度也降低。根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn),在缺氧狀態(tài)火焰的溫度不超過450 ℃, K型熱電偶在相對(duì)溫度450 ℃時(shí)的熱電勢(shì)為1815mV。如果熱電偶測得常明火火焰的溫度不夠, 即可認(rèn)定為空氣中的含氧量不夠,需要報(bào)警并關(guān)閉控制閥。本方案的缺氧保護(hù)功能是這樣實(shí)現(xiàn)的: 采用寬溫型單片機(jī)AT89C2051 ,它內(nèi)部自帶一個(gè)模擬比較器, P110 和P111 是該比較器輸入管腳。將1815mV 的電位信號(hào)接入P111 管腳, 其中參考端的電壓信號(hào)要求穩(wěn)定,故在VCC處接一穩(wěn)壓器件。將熱電偶測得的火焰溫度信號(hào)經(jīng)放大處理后接入P110 管腳,然后利用其內(nèi)部模擬比較器比較這兩個(gè)電信號(hào)。如果P110 管腳信號(hào)低于P111 管腳信號(hào), 則說明室內(nèi)缺氧, 這時(shí)控制閥關(guān)閉,并報(bào)警顯示。
熱電偶缺氧保護(hù)裝置主要由單片機(jī)、熱電偶、防爆熱電偶、電位器組成。單片機(jī)采用是美國ATMEL 公司推出的高效單片機(jī)AT89C2051 , 它內(nèi)部自帶模擬比較器, P110 和P111 是該比較器輸入管腳。利用此模擬比較器可實(shí)現(xiàn)缺氧保護(hù)功能。AT89C2051 的指令與INTEL 公司的MCS - 51 系列單片機(jī)完全兼容, 本身帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器, 采用此芯片可大大簡化電路的設(shè)計(jì), 采用該芯片同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了取暖器的其它功能,在此不贅述。熱電偶采用K型熱電偶,它接收的熱電勢(shì)信號(hào)經(jīng)放大器放大處理后接入單片機(jī), 該熱電偶在取暖器中還起著采集常明火溫度信號(hào)的作用。電位器的電位信號(hào)為1815mV,其參考端接一穩(wěn)壓源358B - 25。
常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。
標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶,實(shí)際熱電偶的種類為：13種。
壓簧式熱電偶簡介
壓簧式熱電偶的作用原理，分度特性及允許偏差，參比端（冷接點(diǎn)）溫度補(bǔ)償, 以及與顯示測量儀表的聯(lián)接方法均與一般熱電偶相同。
壓簧式熱電偶的結(jié)構(gòu)如圖所示,由保護(hù)管,安裝螺栓.鎖緊卡套,彈簧及熱電偶導(dǎo)線等組成。
壓簧式熱電偶的安裝方法如圖,所示,固定安裝在被測物體上面，先將連接螺栓擰緊在被測
物體上，再將熱電偶緊貼被測物，擰緊卡套螺釘，最后擰上鎖緊卡套。
| 型號(hào) |
分度號(hào) |
測溫范圍 ℃ |
熱響應(yīng)時(shí)間 t0.5s |
保護(hù)管材料 |
|
| WRET-01 |
E （ EA-2 ） * |
0-400 |
不銹鋼 1Cr18Ni9Ti |
||
| WRNT－01 |
K （ EU-2 ） * |
0-400 |
不銹鋼 1Cr18Ni9Ti |
||
| 規(guī)格 |
連接螺栓mm |
||||
| 總長 Lmm |
保護(hù)管 l mm |
||||
| 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 |
30 30 30 30 30 30 30 |
35 或 70 |
|||
| 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 |
60 60 60 60 60 60 60 |
||||
鎧裝熱電偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應(yīng)時(shí)間快和堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，鎧裝熱電偶與裝配式熱電偶一樣，作為測量溫度的傳感器，通常鎧裝熱電偶和顯示儀表、記錄儀和電子調(diào)節(jié)器配套使用，同時(shí)，鎧裝熱電偶亦可以作為裝配式熱電偶的感溫元件。鎧裝熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從0℃～1100℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。
鎧裝熱電偶的工作原理是，兩種不同成份的導(dǎo)體兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測溫端叫工 作端，接線端子端叫冷端，也稱參比端。當(dāng)工作端和參比端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生熱電 流，接上顯示儀表，儀表上就會(huì)指示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的對(duì)應(yīng)溫度值。 鎧裝熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)將隨著測量端溫度升高而增長，熱電動(dòng)勢(shì)的大小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，和熱電極的長度、直徑無關(guān)。
鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)原理是，是由導(dǎo)體、高絕緣氧化鎂、外套 1Cr18Ni9Ti不銹鋼保護(hù)管，經(jīng) 多次一體拉制而成。鎧裝熱電偶產(chǎn)品主要由接線盒、接線端子和鎧裝熱電偶組成基本結(jié)構(gòu)，并配以各種安裝固定裝置組成。 鎧裝熱電偶分絕緣式和接殼式兩種。
裝配熱電偶熱電偶的種類
