热电偶介绍：应用和性能解析

热电偶是一种可直接测量温度，并将温度信号转换成热电动势信号的感温元件，是一种依据热电效应工作的器件。

1.热电效应

两种不同成分的导体两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，该现象称为热电效应，产生的电动势称为热电势。

2.热电偶的结构

热电偶的外形及结构如图2-51所示。

图2-51　热电偶外形及结构

其中，热电极也称热电偶丝，由两种不同成分的导体两端接合成回路构成。其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端或测量端，另一端叫做冷端或补偿端。

3.热电偶的特性

如果热电偶的两个电极材料相同，无论结点的温度如何，热电势均为0；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。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表。

4.热电偶的材料

（1）热电偶的材料要求。

①配对的热电偶应用有较大的热电势，且热电势需与温度有良好的线性关系。

②能在较宽的温度范围内应用，且在长时间工作后，不会发生明显的化学及物理性能的变化。

③电阻温度系数小，电导率高。

④易于复制，工艺性与互换性好，便于制定统一的分度表，材料有一定的原始性。

（2）热电偶常用材料。(www.xing528.com)

①一般金属：镍铬-镍硅、铜-镍铜、镍铬-镍铝、镍铬-考铜热电偶等。

②贵金属：铂、铱、铑、钌、锇及合金，如铂铑-铂、铂铑-铂铑、铂铑-铱热电偶等。

③难熔金属：钨、钼、铌、铼、锆等，如钨铼-钨铼热电偶。

5.热电偶的类型

按系列，常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差，并有统一的标准分度表，有与其配套的显示仪表可供选用。非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。

常用标准热电偶的热电极材料及使用温度如表2-14所示。

表2-14　常用标准热电偶的热电极材料及使用温度

从1988年1月1日起，我国标准热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T等7种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

按用途和特性，热电偶还可分为装配热电偶、铠装热电偶、端面热电偶、压簧固定热电偶、高温热电偶、铂铑热电偶、防腐热电偶、耐磨热电偶、高压热电偶、特殊热电偶、手持式热电偶、微型热电偶、贵金属热电偶、快速热电偶、钨铼热电偶、单芯铠装热电偶等。

6.热电偶分度表

热电偶分度表是指热电偶冷端温度为0℃时，热端温度与输出热电势之间的对照表，是热电偶的重要技术资料。不同的热电偶有不同的分度表，使用时需通过分度表将热电偶的热电动势值转换为温度值。现以表2-15所示的铂铑10-铂热电偶的分度表为例介绍分度表的使用方法。

表2-15　铂铑10-铂热电偶分度表

续表

在用分度表查询热电势与对应的温度时，将热电势值对应的行列温度相加即可，如热电势为6.592 mV时，对应的温度为730℃；热电势为4.832 mV时，对应的温度为560℃等。