工作原理
兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，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)。
熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題：
1、熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端的兩端溫度函數(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(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(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。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。
常見種類
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(guó)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(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并要求S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國(guó)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(cè)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(cè)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(cè)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，比熱小；
3、測(cè)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(jiǎn)單，價(jià)格便宜。
安裝
在生產(chǎn)中由于被測(cè)對(duì)象不同，環(huán)境條件不同，測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)溫元件的安裝方法應(yīng)視具體情況（如待測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、測(cè)溫元件的長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)，并用支架保護(hù)熱電偶。若測(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)地，具有較長(zhǎng)保護(hù)管的熱電偶、熱電阻應(yīng)能方便地拆裝。
測(cè)量方法
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(cè)量結(jié)果，這是因?yàn)樗?strong>熱電偶與周圍介質(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(guó)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(guó)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(cè)出，因此國(guó)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(cè)試結(jié)果的平均值，每次測(cè)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(cè)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。
主要優(yōu)點(diǎn)
1、測(cè)量精度高。因直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
2、測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從零下50度——1600度均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶可測(cè)到-269度（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)2800度（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，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。
