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主题：【分享】热电偶的工作原理
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热电偶的工作原理　　热电偶的工作原理(热电偶原理) 什么叫热电偶?这就要从热电偶测温原理说起，热电偶是一种感温元件,是一次仪表，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势――热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时,只要该材料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。 B：热电偶工作原理： 两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端)，另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。 热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题： 1：热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数; 2：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关; 3：当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关;若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。常用的热电偶材料有：热电偶分度号热电极材料 正极负极S铂铑10纯铂R铂铑13纯铂B铂铑30铂铑6K镍铬镍硅T纯铜铜镍J铁铜镍N镍铬硅镍硅E镍铬铜镍　　1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生一个电势，这就是热电效应，也称作“塞贝克效应(Seebeck effect)”。　　Thomas Johann Seebeck()　　〔发现者〕托马斯?约翰?塞贝克(也有译做“西伯克”)1770年生于塔林(当时隶属于东普鲁士，现为爱沙尼亚首都)。塞贝克的父亲是一个具有瑞典血统的德国人，也许正因为如此，他鼓励儿子在他曾经学习过的柏林大学和哥廷根大学学习医学。1802年，塞贝克获得医学学位。由于他所选择的方向是实验医学中的物理学，而且一生中多半时间从事物理学方面的教育和研究工作，所以人们通常认为他是一个物理学家。　　毕业后，塞贝克进入耶拿大学，在那里结识了歌德。德国浪漫主义运动以及歌德反对牛顿关与光与色的理论的思想，使塞贝克深受影响，此后长期与歌德一起从事光色效应方面的理论研究。塞贝克的研究重点是太阳光谱，他在1806年揭示了热量和化学对太阳光谱中不同颜色的影响，1808年首次获得了氨与氧化汞的化合物。1812年，正当塞贝克从事应力玻璃中的光偏振现象时，他却不晓得另外两个科学家布鲁斯特和比奥已经抢先在这一领域里有了发现。　　1818年前后，塞贝克返回柏林大学，独立开展研究活动，主要内容是电流通过导体时对钢铁的磁化。当时，阿雷格(Arago)和大卫(Davy)才发现电流对钢铁的磁化效应，贝塞克对不同金属进行了大量的实验，发现了磁化的炽热的铁的不规则反应，也就是我们现在所说的磁滞现象。在此期间，塞贝克还曾研究过光致发光、太阳光谱不同波段的热效应、化学效应、偏振，以及电流的磁特性等等。　　1820年代初期，塞贝克通过实验方法研究了电流与热的关系。1821年，塞贝克将两种不同的金属导线连接在一起，构成一个电流回路。他将两条导线首尾相连形成一个结点，他突然发现，如果把其中的一个结加热到很高的温度而另一个结保持低温的话，电路周围存在磁场。他实在不敢相信，热量施加于两种金属构成的一个结时会有电流产生，这只能用热磁电流或热磁现象来解释他的发现。在接下来的两年里时间(1)，塞贝克将他的持续观察报告给普鲁士科学学会，把这一发现描述为“温差导致的金属磁化”。　　赛贝壳的实验仪器，加热其中一端时，指针转动，说明导线产生了磁场　　塞贝克确实已经发现了热电效应，但他却做出了错误的解释：导线周围产生磁场的原因，是温度梯度导致金属在一定方向上被磁化，而非形成了电流。科学学会认为，这种现象是因为温度梯度导致了电流，继而在导线周围产生了磁场。对于这样的解释，塞贝克十分恼火，他反驳说，科学家们的眼睛让奥斯特(电磁学的先驱)的经验给蒙住了，所以他们只会用“磁场由电流产生”的理论去解释，而想不到还有别的解释。但是，塞贝克自己却难以解释这样一个事实：如果将电路切断，温度梯度并未在导线周围产生磁场。所以，多数人都认可热电效应的观点，后来也就这样被确定下来了。(来自：以色列?希伯莱大学网站，陈忠民译)　　〔应用〕热电效应发现后的1830年，人们就为它找到了应用场所。利用热电效应，可制成温差电偶(thermocouple，即热电偶)来测量温度。只要选用适当的金属作热电偶材料，就可轻易测量到从-180℃到+2000℃的温度，如此宽泛的测量范围，令酒精或水银温度计望尘莫及。现在，通过采用铂和铂合金制作的热电偶温度计，甚至可以测量高达+2800℃的温度!　　热电偶的两种不同金属线焊接在一起后形成两个结点，如图(a)所示，环路电压VOUT为热结点结电压与冷结点(参考结点)结电压之差。因为VH和VC是由两个结的温度差产生的，也就是说VOUT是温差的函数。比例因数α对应于电压差与温差之比，称为Seebeck系数。　　热电偶测温原理　　图(b)所示是一种最常见的热电偶应用。该配置中引入了第三种金属(中间金属)和两个额外的结点。本例中，每个开路结点与铜线电气连接，这些连线为系统增加了两个额外结点，只要这两个结点温度相同，中间金属(铜)不会影响输出电压。这种配置允许热电偶在没有独立参考结点的条件下使用。VOUT仍然是热结点与冷结点温差的函数，与Seebeck系数有关。然而，由于热电偶测量的是温度差，为了确定热结点的实际温度，冷结点温度必须是已知的。冷结点温度为0℃(冰点)时是一种最简单的情况，如果TC=0℃，则VOUT=VH。这种情况下，热结点测量电压是结点温度的直接转换值。不过，在实际应用中这是难以实现的。为此，美国国家标准局(NBS)提供了各种类型热电偶的电压特征数据与温度对应关系的查找表，所有数据均基于0℃冷结点温度。利用冰点作为参考点，通过查找适当表格中的VH可以确定热结点温度。
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热电偶除了应用在烘箱马弗炉等等上面，还有用在哪些仪器上面呢？
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又找到一份关于热电偶的资料~热电偶的热点势要注意那些事项？& & 热电偶在工业上的应用时比较广泛的，通过热电偶可以解决很多液体高温的问题，那么热电偶原理是什么，在应用热电偶时，其热电势有哪些特点呢？热电偶工作原理：热电偶原理是两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：（1）热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；（2）当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。（3）热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；以上是关于热电偶热电势的介绍，把握好这一尺寸，对保质保量的完成工作有很大的帮助的。流量计的分类，分别为：涡街流量计、电磁流量计、涡轮流量计超声波流量计、 靶式流量计 、一体化孔板流量计、 热式质量流量计
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还是热电偶的资料~热电偶 是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点 热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。我公司( 江苏横河 )对在温度仪表上的技术是相当的成熟了， 温度仪表 (特别是一次仪表)在工业上的应用的数不胜数。下面就针对热电偶而言，简单的说说热电偶在使用中环境对它的影响：　　1、选择性氧化　　对于含Fe的Ni―Cr合金，如果氧分压低于特定值，那么同O2亲和力大的Cr，将发生选择性氧化，这是Ni―Cr合金特有的晶界氧化。如用显微镜观察外表面氧化层，就可以看到绿色析出物，这种现象通常称为“绿蚀”。尤其是当温度在800℃―1050℃范围内，体系内又含有CO，H2等还原性气体时，K型热电偶的正极，更容易发生选择性氧化。这种因Cr含量降低而引起的热电势偏低，已成为K型热电偶在热处理行业长期使用的限制因素。　　如果采用的气体很纯，并且系统中不含氧，可以延长热电偶使用寿命。可是，如果热电偶丝表面有氧化层时，仍可为Cr的选择性氧化提供足够的氧。因此，在非氧化性气氛中使用时，应采用干净、抛光的偶丝。同时，应尽可能避免在带有微量氧的惰性气体或氧分压很低的空气中使用。当保护管长径比较大时(即保护管很细)，由于空气循环不良，形成缺氧状态，其残余的少量氧仍可为Cr的选择性氧化提供条件。　　2、选择性氧化的对策　　为了防止或减缓K型热电偶因选择性氧化而引起劣化，除了在材质方面加以改善外，还应在热电偶结构上采取相应对策：　　① 选择对氧亲和力较Cr更强的金属作为吸气剂，封入保护管内，防止Cr发生选择性氧化，也可以采用增加保护管直径或吹气的方法增加氧含量。　　② 装配式热电偶实体化。我厂开发的专利产品―实体型渗碳炉用热电偶，即开发出具有密封结构的装配式热电偶，可防止Cr发生选择性氧化，经瓦轴集团、一汽、二汽、易普森工业炉、沈重、沈齿、变送器钱江摩托等十几家企业多年使用证明，此方案有效。使用寿命在12个月以上，用户很满意。　　3、使用气氛的影响　　热电偶的稳定性，因使用温度，气氛不同各异，对同一种传感器，如K型热电偶的最高使用温度也因直径不同而变化，直径相同的K型热电偶也因结构的不同，其稳定性也有很大差异。在选择热电偶时，必须针对使用条件考虑如下几点：　　① 常用温度及最高使用温度　　② 氧化还原等使用气氛　　③ 抗振动性能　　对于装配式热电偶而言，气氛的影响，首先取决于保护管材质及热电偶结构，因此，熟悉、掌握各种保护管材料的物理、化学性能是很必要的。例如：在粉末冶金行业中，常用钼管作为热电偶保护管。在1600℃的H2气氛下，使用效果较好。然而，钼管在氧化性气氛下，很短时间就因氧化而蚀损。其次，应根据使用气氛，选择合适的热电偶，在1300℃以上的氧化性气氛中，选择铂铑热电偶，在还原性、真空条件下采用钨铼热电偶较好。　　对于K型热电偶，适于在空气、O2等气氛中工作，但在H2中使用时，其表面被H2还原，短时间无影响，如果长时间暴露在H2中，在加速还原的同时，将使偶丝发生晶粒长大而断线;在CO或煤气等还原性气氛中，其劣化将显著加快而超差。　　对于铠装热电偶，氢的原子半径很小，容易透过外套进入其内部，同样也将加速劣化，致使热电势值大幅度降低。　　4、绝缘电阻的影响　　热电偶用绝缘物，在高温下，其绝缘电阻随温度升高而急骤降低，因此，将有漏电流产生，该电流通过绝缘电阻已经下降的绝缘物流入仪表，使仪表指示不稳或产生测量误差，也可能发生记录仪乱打点的现象。热电偶的定律根据热电偶的测温原理可以引出热电偶的基本定律。这些定律在实际测温中是非常重要的，必须着重理解和掌握。均质导体定律及其应用由一种均质材料（自由电子密度处处相同）构成的热电偶，不论其截面积和长度以及各处的温度分布如何，都不能产生热带电势。该定律表明：（1）、热电偶必须有二种不同性质的材料组成、且热电偶二接点温度不同。（2）、热电势取决与组成热电偶材料、热端和冷端的温度，而与热电偶的几何形状、尺寸大小和沿电极温度分布无关。（3）、有一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如果产生热电势，便说明该材料是不均匀的。产生的热电势越大，热电极的材料不均匀性越严重。可见，均质导体定律为检查热电极材料均匀提供了理论依据。（4）、热电极材料不均匀性越大，测量产生的误差越大，所以热电极的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。
10:55:23 Last edit by dyann
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原文由 happy美丽~(dyann) 发表:热电偶除了应用在烘箱马弗炉等等上面，还有用在哪些仪器上面呢？热电偶吗，只要是需要测温的地方都可以应用啊（等于没说）……热电偶精度有限，对于高精度的应用，使用的是热电阻
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原文由 happy美丽~(dyann) 发表:热电偶除了应用在烘箱马弗炉等等上面，还有用在哪些仪器上面呢？主要是这些上吧。测量温度用。属于热工类仪器。
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淮安万丰测控技术有限公司 联系人：丁先生
联系电话：5 传真：9 qq： 热电偶补偿导线，品质优，服务好，欢迎新老客户选购
热电偶补偿导线是工业现场使用广泛的温度传感器，热电偶、补显示控制仪表、PLC系统或DCS系统构成热电偶测温系统（如图1所示），热电偶回路中使用补偿导线后热电偶电势值仅与测量端温度和补偿导线与仪表连接处温度有关系，热电偶补偿导线的作用是延长热电极（即移动热电偶参考端）又节省高成本热电偶材料。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图1：&热电偶测温系统示意
&&热电偶补偿导线以下是工业现场常见的十种错误使用补偿导线案例，希望大家在看完案例分析后会有所收获。
1、使用普通电线做热电偶信号线，未使用补偿导线
&&& 某热处理企业热电偶信号直接由两芯铜电缆连接到控制室显示仪表，使用中频繁出现热处理工件不合格品，经云南云润仪表制造有限公司现场检查，出现次品原因为淬火温度偏差所致，淬火温度测量不准确是因为热电偶测温系统未按要求使用补偿导线。
&&& 根据热电偶测温原理可知，热电偶回路的热电势与测量温度和热电偶参考端温度有关，安装在使用现场的热电偶参考端温度（指热电偶接线盒处温度）随环境温度变化而变化，不能恒定。在热电偶参考端温度波动情况下，使用补偿导线将参考端延长到温度较稳定的环境或远离热源的环境来补偿热电偶参考端温度变化所产生的误差。
&&& 普通电线能传送热电偶测温时产生的mV信号，但不能补偿将热电偶参考端温度延长到仪表控制室，从而导致热电偶测温系统出现温度补偿不准确。
正确方法：
热电偶信号传送必须使用热电偶补偿导线，禁止用电缆替代补偿导线。在一定温度范围内与所匹配的热电偶有相同热电势标称值的导线。
2、不同分度号热电偶和热电偶补偿导线混用，引入测量误差
&&& 某单位使用S型热电偶测量炉膛温度，工作人员知道热电偶必须使用补偿导线，便用库存K型热电偶补偿导线将铂铑10-铂热电偶信号连接到显示仪表（如图2所示），使用中发现实际炉温与测量值偏差很大，后经云润公司将补偿导线更换更换为SC后测温恢复正常。
&&& 按照国家质量技术监督局规定，热电偶补偿导线的热电势及允许误差应符合JJG 351-1996工作用廉金属热电偶检定规程及有关标准的规定，不同分度号对应的热电偶补偿导线在同一环境温度下的所产生的热电势不同，将不同分度号热电偶与热电偶补偿导线混用，必然给热电偶测量系统引入热电偶参考端温度补偿误差。
正确方法：
各种热电偶补偿导线必须与对应分度号的热电偶配用。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &图2：热电偶与补偿导线不匹配&
3、&热电偶补偿导线绝缘层破损
&&& 在热电偶接线和安装使用过程中，偶尔会出现热电偶接线盒出线口处和补偿导线其他部位绝缘层磨损，故障现象表现为显示仪表或DCS系统温度显示值一般偏小。
正确方法：
寻找补偿导线绝缘层破损点，重新进行绝缘处理，恢复仪表正常显示值。
补偿导线型号
配套热电偶
绝缘层颜色
热电偶补偿导线护套颜色
5、热电偶补偿导线与接线端子接触不良
&&& 热电偶补偿导线比较硬，导线与接线端子间在接线或使用过程中容易出现接触不良，此类故障现象反映为仪表或DCS系统无显示值或显示值超量程。
处理方法：
紧固接线端子，消除接触不良故障，回复仪表正常测量显示。
6、热电偶与补偿导线连接点温度超过规定的使用范围
&&& 普通热电偶补偿导线使用温度在0-100℃；耐高温补偿导线使用温度在0-200℃。比如R型热电偶补偿导线Rc和S型热电偶补偿导线Sc均为补偿型补偿导线，在各类补偿导线中准确度最低，在0-60℃环境中使用误差较小，在0-150℃环境中使用有较大负误差。
正确方法：
一般补偿型热电偶补偿导线使用环境温度不超过100℃，高温型热电偶补偿导线使用可达200℃
7、热电偶补偿导线中间有接头，接头处接触不良
&&& 在热电偶补偿导线生产过程中单位长度内接头数量对于生产商而言有相关质国家量标准约束，生产商会做相应处理。在长距离敷设补偿导线中长度不够需要接线，常见施工人员将补偿导线接头处拧在一起做绝缘处理后就投入使用，使用一段时间后出现测量不准，误差增加。
正确方法：
如需要延长补偿导线长度，应将同型号补偿导线相同极性线相连接，连接牢固可靠并进行焊接，做绝缘处理后投入使用。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图3：热电偶补偿导线接头&&&
8、补偿导线与动力电缆平行敷设，信号干扰
&&& 某企业在施工过程中将热电偶补偿导线与电气动力平行敷设在同一电缆桥架中，系统投入使用后出现DCS系统显示热电偶温度忽高忽低，经反复检查确认为热电偶测量信号被动力线路干扰，由此引起温度测量误差最高达一百多度。&
正确方法：
施工过程中热电偶补偿导线与动力电缆同向敷设，将电力桥架与仪表信号桥架分别敷设，并采用屏蔽型补偿导线。如避免不了补偿导线与动力电缆在同一桥架，桥架内部应设置屏蔽隔板或交叉敷设，最大程度降低热电偶信号*扰机率。
9、长距离使用热电偶补偿导线，因信号衰减和干扰引入测量误差
&&& 热电偶测温时产生的电势值为mV信号，因补偿导线用长度增加出现信号衰减和现场磁电干扰耦合，使仪表或DCS系统温度显示值波动。
处理方法：（1）需要长距离敷设补偿导线，补偿导线线径应不低于&P1.5mm2，减少mV信号衰减。
（2）选用屏蔽型补偿导线，并将屏蔽层按规范接地（必须让屏蔽层在补偿导线一端接地，接地并入仪表信号接地网，禁止将接地并入工厂电气接地网），避免因屏蔽层接地不正确而引入测量误差。
（3）使用温度变送器，将就地热电偶信号转换为4-20mA信号传输，提高信号抗干扰能力。
10、热电偶选配热电偶温度变送器后，不需要补偿导线？
&&& 通常安装在热电偶接线盒内和控制柜内，这是两种不同结构的温度变送器：
（1）温度变送器安装在热电偶接线盒内构成一体化热电偶温度变送器，热电偶偶丝直接接到温度变送器输入端上，输出为二线制4-20mA信号,变送器与显示仪表或DCS系统直接用双绞线或两芯屏蔽电缆连接，不使用热电偶补偿导线。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图4：一体化温度变送器不使用补偿导线
（2）&如果温度变送器安装在控制柜内，热电偶与温度变送器之间连接必须使用补偿导线，变送器与显示仪表或DCS系统直接用双绞线或两芯屏蔽电缆连接，不使用热电偶补偿导线。
正确方法：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图5：连接热电偶和导轨式温度变送器必须使用补偿导线热电偶温度变送是否使用补偿导线必须按实际应用来确定。
&&& 正确使用热电偶补偿导线,相关从业人员需要了解热电偶工作原理和补偿导线工作原理,更要有强烈责任感和认真踏实的工作态度,这样才能避免上面所述错误发生,从而保证热电偶精确。
4、热电偶补偿导线正负极性接反，引入测量误差
&&& 某化工厂在更换现场热电偶后出现温度测量值与实际温度有较大偏差，有时高有时低。仔细检查后发现热电偶与补偿导线极性正负接反，按照极性调整补偿导线接线后故障消除。
&&& 热电偶和热电偶补偿导线都有正负极之分，补偿导线极性反接时仪表显示值变化很大：
（1）补偿导线极性反接后，当热电偶与补偿导线连接处温度高于控制室温度时，仪表显示温度低于实际测量温度。
（2）补偿导线极性反接后，当热电偶与补偿导线连接处温度低于控制室温度时，仪表显示温度高于实际测量温度。
（3）补偿导线极性反接后，当热电偶与补偿导线连接处温度与控制室温度相同时，仪表显示温度与实际温度相同。
&&& 经理论证明，热电偶补偿导线使用时将极性接反导致的误差约为不用补偿导线时的2倍。
不同型号热电偶补偿导线正极绝缘层颜色均为红色层，负极颜色不同，可根据绝缘层颜*分补偿导线型号。
正确方法：正确区分热电偶及热电偶补偿导线正负极，极性不能反接。
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