熱電偶的工作原理

    熱電偶是溫度測量?jì)x表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動(dòng)勢信號，通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線(xiàn)盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調節器配套使用。
    在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是需要測量和控制的重要參數之一。在溫度測量中，熱電偶的應用極為廣泛，它具有結構簡(jiǎn)單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優(yōu)點(diǎn)。另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，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、管道內的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。
    作為工業(yè)測溫中zui廣泛使用的溫度傳感器之一～熱電偶，與鉑熱電阻一起，約占整個(gè)溫度傳感器總量的60%，熱電偶通常和顯示儀表等配套使用，直接測量各種生產(chǎn)過(guò)程中-40～1800℃范圍內的液體、蒸氣和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。
    其優(yōu)點(diǎn)是：
    ①測量精度高；
    ②測量范圍廣；
    ③構造簡(jiǎn)單，熱電偶使用方便。
    熱電偶的工作原理
    當有兩種不同的導體或半導體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T(mén)，稱(chēng)為工作端或熱端，另一端溫度為T(mén)0 ，稱(chēng)為自由端（也稱(chēng)參考端）或冷端，回路中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢的方向和大小與導體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。這種現象稱(chēng)為“熱電效應”，兩種導體組成的回路稱(chēng)為“熱電偶”，這兩種導體稱(chēng)為“熱電極”，產(chǎn)生的電動(dòng)勢則稱(chēng)為“熱電動(dòng)勢”。
    熱電動(dòng)勢由兩部分電動(dòng)勢組成，一部分是兩種導體的接觸電動(dòng)勢，另一部分是單一導體的溫差電動(dòng)勢。
    熱電偶回路中熱電動(dòng)勢的大小，只與組成熱電偶的導體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺寸無(wú)關(guān)。當熱電偶兩電極材料固定后，熱電動(dòng)勢便是兩接點(diǎn)溫度t和t0。的函數差。
    這一關(guān)系式在實(shí)際測溫中得到了廣泛應用。因為冷端t0恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢只隨熱端(測量端)溫度的變化而變化，即一定的熱電動(dòng)勢對應著(zhù)一定的溫度。我們只要用測量熱電動(dòng)勢的方法就可達到測溫的目的。
    熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì )有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢——熱電動(dòng)勢，這就是所謂的塞貝克效應(Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電極，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。根據熱電動(dòng)勢與溫度的函數關(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?jì)x表，測得熱電動(dòng)勢后，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(guò)引線(xiàn)與測量電路連接的端稱(chēng)為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢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，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱(chēng)為熱電偶的冷端補償正常。與測量?jì)x表連接用補償導線(xiàn)。
    熱電偶冷端補償計算方法：
    從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對應毫伏值，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。