熱電偶是常見的溫度測量元件，熱電偶原理比較簡單，它直接把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度，雖然原理簡單，但測量并不簡單。

一熱電偶測溫原理

　　熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。

　　接觸電勢：兩種不同材料的導體，其電子密度是不同的。當兩種不同材料的導體兩端接合在一起時，在連接處，會發(fā)生電子擴散，電子擴散的速率與自由電子的密度以及導體的溫度成正比。于是就在連接處形成電位差，即接觸電勢。

　　溫差電勢：當一根導體的兩端溫度不同時，在導體內(nèi)部兩端的自由電子相互擴散的速率不同，這個在高低溫端之間一個靜電場。此時導體上產(chǎn)生一個相應(yīng)的電位差，稱為溫差電勢。此電勢只與導體的性質(zhì)和導體兩端的溫度有關(guān)，與導體的長度、截面大小、沿導體長度上的溫度分布無關(guān)。

圖1 熱電偶的示意圖

圖2 熱電偶的測量電路圖

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

　　在實際熱電偶的測量中，熱電偶的測量電路一般由熱電偶（A、B兩種導體）、連接導線C和測量儀器組成。測量時將熱電偶置于被測環(huán)境中，如圖2所示，形成有J1、J2、J3三個接觸電勢，以及兩個溫差電勢，整個熱電偶的電勢由這幾部分構(gòu)成。

　　為了更好的理解這幾部分的電勢，我們需要了解一個定律：中間導體定律。

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

　　由中間導體定義推導出：

　　1、組成熱電偶回路的兩種導體材料相同時，無論兩接點溫度如何，回路總熱電勢等于零。

　　2、如果熱電偶兩接點的溫度相同，則盡管導體A，B材料不同，熱電偶回路的總電勢亦為零。

　　所以J2和J3處于同一溫度點，接觸電勢等于零。同時，在測量時，為了消除溫差電勢對測量影響，我們對連接導線C會有比較嚴格的要求，連接導線C我們稱之為補償導線，補償導線實際上是同分度熱電偶是同材質(zhì)的導線，這樣回路中溫差電勢也為零。這樣整個回路的電勢只與J1的電勢有關(guān)。由于熱電偶技術(shù)條件都是指冷端（非工作端）處在0℃時的電動勢，要求工作時，保持0℃，這樣熱電勢才能正確反映熱端溫度大小，否則就會產(chǎn)生誤差。為了修正在室溫下的測量誤差，熱電偶一般進行溫度補償。

二熱電偶的溫度補償

　　熱電偶冷端溫度補償?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合，有0℃恒溫器和其他恒溫器兩種。

02電橋補償法

　　熱電偶經(jīng)補償導線接至補償電橋，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補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。

03計算修正法

　　由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系,當冷端溫度不為0攝氏度時，不能利用已知回路實際熱電勢E（t，t0）直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實際熱電勢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溫度值，需按中間溫度定律進行修正。

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

三熱電偶的測量優(yōu)點

　　熱電偶的測量相對熱電阻來說要復雜得多，但是以其獨特的優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。

　　1、測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

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

　　3、構(gòu)造簡單，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，外有保護套管，用起來非常方便。

---