1、热电偶温度计热电偶温度计热电现象和关于热电偶的基本定律热电现象和关于热电偶的基本定律热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。它被广泛用于测量热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。它被广泛用于测量-2001300-2001300范围内的温度范围内的温度。在特殊情况下在特殊情况下，可测至可测至 28002800的高温或的高温或 4K4K 的低温的低温。热电偶能把温度信号转变为电信号，便于信号的远传和多点切换测量，具有结热电偶能把温度信号转变为电信号，便于信号的远传和多点切换测量，具有结构简单、制作方便、准确度高、热惯性小等优点。构简单、制作方便、准确度高、热惯性小等优点。1.1. 热
2、电偶测温原理热电偶测温原理由两种不同的导体或半导体由两种不同的导体或半导体 A A 或或 B B 组成的闭合回路，如果使两个接点处于组成的闭合回路，如果使两个接点处于不同的温度不同的温度 t t0 0、t t，则回路中就有电动势出现则回路中就有电动势出现，称为热电势称为热电势，这一现象称为热电这一现象称为热电效应。热电势是温度效应。热电势是温度 t t0 0和和 t t 的函数，恒定接点温度的函数，恒定接点温度 t t0 0，则热电势是温度，则热电势是温度 t t 的单的单值函数，只要测得热电势的大小，便可得到被测温度值函数，只要测得热电势的大小，便可得到被测温度 t t。热电势由温差电势与接
3、触电势组成。热电势由温差电势与接触电势组成。温差电势温差电势：是指一根导体上因两端温度不同而产生的热电动势。同一导体：是指一根导体上因两端温度不同而产生的热电动势。同一导体两端温度不同时，高温端（测量端、工作端、热端）电子的运动速度大于低温两端温度不同时，高温端（测量端、工作端、热端）电子的运动速度大于低温端电子（参比端、自由端、冷端）的运动速度，单位时间内高温端失电子带正端电子（参比端、自由端、冷端）的运动速度，单位时间内高温端失电子带正电，低温端得电子带负电，高、低温端之间形成一个从高温端指向低温端的静电，低温端得电子带负电，高、低温端之间形成一个从高温端指向低温端的静电场。该电场阻止高温
4、端电子向低温端的动；加大低温端电子向高温端的运动电场。该电场阻止高温端电子向低温端的动；加大低温端电子向高温端的运动速度，当运动达到动态平衡时，导体两端产生相应的电位差，该电位差称为温速度，当运动达到动态平衡时，导体两端产生相应的电位差，该电位差称为温差电势。温差电势的方向：由低温端指向高温端。差电势。温差电势的方向：由低温端指向高温端。温差电势的大小温差电势的大小： ，dtdttNdNekttetttt)(1,00，式中，式中 k k 为波尔兹曼常数；为波尔兹曼常数；e e为电子电量为电子电量tN为导体内为导体内的电子密度，是温度的的电子密度，是温度的函数函数； t t、toto 是导体两端
5、是导体两端的温度。的温度。可见温差电势可见温差电势的大小与导体的性质和的大小与导体的性质和导体两端温度有关，而导体两端温度有关，而与导体长度、截面大小与导体长度、截面大小以及沿导体长度方向的以及沿导体长度方向的温度分布无关。温度分布无关。热端测量端工作端冷端自由端参比端热电极 A热电极 Btt00,tteAB teAB 0teAB0,tteA0,tteB热电偶回路的总电势接触电势接触电势：是在两种不同材料：是在两种不同材料 A A 和和 B B 的接触点产生的。的接触点产生的。A A、B B 材料有不同的材料有不同的电子密度，设导体电子密度，设导体 A A 的电子密度的电子密度 n nA A大
6、于导体大于导体 B B 的电子密度的电子密度 n nB B，则从，则从 A A 扩散到扩散到 B B的电子数要比从的电子数要比从 B B 扩散到扩散到 A A 的多的多，A A 因失电子而带正电荷因失电子而带正电荷，B B 因得电子而带负电因得电子而带负电荷荷，于是在于是在 A A、B B 的接触面上便形成一从的接触面上便形成一从 A A 到到 B B 的静电场的静电场。这个静电场将阻碍电这个静电场将阻碍电子的扩散运动，诱发电子的漂移运动，当扩散与漂移达到动态平衡时，在子的扩散运动，诱发电子的漂移运动，当扩散与漂移达到动态平衡时，在 A A、B B接触面上便形成了电位差，即接触电势。接触电势的
7、方向：由电子密度小的导接触面上便形成了电位差，即接触电势。接触电势的方向：由电子密度小的导体指向电子密度大的导体；体指向电子密度大的导体；接触电势的大小接触电势的大小： BtAtABnnektteln或或 00ln00BtAtABnnektte，式中式中：k k 为波为波尔兹曼常数尔兹曼常数，e e 为电子电量为电子电量。温度越高温度越高，接触电势越大接触电势越大，两种导体电子密度比值两种导体电子密度比值越大，接触电势也越大。可见接触电势与两导体的性质有关与接触点的温度有越大，接触电势也越大。可见接触电势与两导体的性质有关与接触点的温度有关，而与导体长度、截面大小、沿导体长度方向的温度分布无关
8、。关，而与导体长度、截面大小、沿导体长度方向的温度分布无关。热电偶回路的总电势为：热电偶回路的总电势为： CtftftfttetettetetteABABABBABAABAB00000,即热电势即热电势是高温端温度及低温端温度的函数，若恒定低温端温度，则热电势是高温端温是高温端温度及低温端温度的函数，若恒定低温端温度，则热电势是高温端温度的单值函数。通过测量热电势的大小可以得到被测（高温端）温度的数值。度的单值函数。通过测量热电势的大小可以得到被测（高温端）温度的数值。2.2. 热电偶回路的基本定律热电偶回路的基本定律1 1）均质导体定律）均质导体定律由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论
9、导体的长度、截面积如何由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论导体的长度、截面积如何以及沿长度方向的温度分布如何，回路中都不可能产生热电势。以及沿长度方向的温度分布如何，回路中都不可能产生热电势。证明：证明：已知：已知： 0000,ttetettetetteBABAABAB因是均质导体，电子密度相同，所以因是均质导体，电子密度相同，所以 00teteABAB又因为又因为00,ttetteBA，所以回路总电势等于，所以回路总电势等于 0 0。结论结论（1 1）热电偶必须由两种不同性质的材料构成热电偶必须由两种不同性质的材料构成； （2 2）由一种材料组成的由一种材料组成的闭合回路存在温差时，若
10、回路中有热电势产生，则说明该材料是不均质的。闭合回路存在温差时，若回路中有热电势产生，则说明该材料是不均质的。用于电极材料的均匀性检测。用于电极材料的均匀性检测。2 2）中间导体定律）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种在热电偶回路中接入第三种、第四种第四种、均质导体均质导体，只只要保证各导体的两接入点的温度相同要保证各导体的两接入点的温度相同，则这些导体的接入不会则这些导体的接入不会影响回路中的热电势。影响回路中的热电势。tt0t0ABC证明：证明：以在热电偶回路中接入第三种均质导体以在热电偶回路中接入第三种均质导体 C C 为例。保证两接入点的温为例。保证两接入点的温度都为度都为 t t0
11、 0，如图所示：回路电势为：，如图所示：回路电势为： 000000,ttetettetettetetteACACBCBABABC其中：其中： )()(lnln0,00000000000tetennektnnekttetetteABBAAtCtCtBtCABCC故：故： 00000,ttetettettetetteABABABABABC即即 C C 导体的加入不影响回路中的热电势。导体的加入不影响回路中的热电势。结论结论（1 1）可以在热电偶回路中接入连接导线和测量仪表可以在热电偶回路中接入连接导线和测量仪表； （2 2）可以方便热可以方便热电偶电极的选配电偶电极的选配； （3 3）可以进行表面
12、温度和液体介质温度的开路测量。）可以进行表面温度和液体介质温度的开路测量。3 3）中间温度定律）中间温度定律接点温度为接点温度为 t1t1 和和 t3t3 的热电偶的热电偶，它的热电势等于接点温度分别为它的热电势等于接点温度分别为 t1t1、t2t2 和和t2t2、t3t3 的两支的两支同性质同性质热电偶的热电势的代数和，即热电偶的热电势只与高温端热电偶的热电势的代数和，即热电偶的热电势只与高温端和低温端的接点温度有关，而与中间温度无关。和低温端的接点温度有关，而与中间温度无关。结论结论： （1 1）可以对热电偶的冷端温度进行计算修正）可以对热电偶的冷端温度进行计算修正； （2 2）允许在热电
13、偶回）允许在热电偶回路中接入补偿导线。路中接入补偿导线。标准化与非标准化热电偶标准化与非标准化热电偶1.1. 热电极材料及其性质热电极材料及其性质热电极材料应满足下述要求热电极材料应满足下述要求：1 1）热电势及热电势率热电势及热电势率（灵敏度灵敏度）大大，热电势热电势与温度间呈线性关系；与温度间呈线性关系；2 2）电导率高，电阻温度系数小；）电导率高，电阻温度系数小；3 3）物理、化学性能稳）物理、化学性能稳定定（长期使用时长期使用时，可保证热电特性稳定可保证热电特性稳定） ；4 4）复制性好复制性好（可批量生产可批量生产） ，便于互便于互换；换；5 5）机械加工性好，便于安装）机械加工性好
14、，便于安装 6 6）价格便宜。）价格便宜。2.2. 标准化热电偶标准化热电偶标准化热电偶：是制造工艺较成熟、应用广泛、能批量生产、性能优良而标准化热电偶：是制造工艺较成熟、应用广泛、能批量生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的热电偶。标准化文件对同一型号稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的热电偶。标准化文件对同一型号的标准化热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分的标准化热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差热电性质和允许偏差，也就是说，也就是说，标准化热电偶具有统一的分度表标准化热电偶具有统一的分度表。分度表分度表是以表格的形式反映电势是以表格的形
15、式反映电势温度之间的关系，需注意的是：该电势温度关系是在冷端温度为温度之间的关系，需注意的是：该电势温度关系是在冷端温度为 0 0 时得出的，时得出的，使用应特别注意。同一型号的标准化热电偶具有互换性，使用十分方便。使用应特别注意。同一型号的标准化热电偶具有互换性，使用十分方便。目前，国际上已有目前，国际上已有 8 8 种标准化热电偶，这些热电偶的型号（有时也称分度种标准化热电偶，这些热电偶的型号（有时也称分度号号） 、电极材料、可测的温度范围以及使用特点见下表。、电极材料、可测的温度范围以及使用特点见下表。注：电极材料的前者为正极，后者为负极，紧跟的数字为该材料的百分含注：电极材料的前者为正
16、极，后者为负极，紧跟的数字为该材料的百分含量。温度测量范围是热电偶在良好的使用环境下测温的极限值，实际使用时，量。温度测量范围是热电偶在良好的使用环境下测温的极限值，实际使用时，特别是长时间使用，一般允许的测温上限是极限值的特别是长时间使用，一般允许的测温上限是极限值的 60%80%60%80%。分度分度号号材料材料温度范围温度范围（）使用特点使用特点S S铂铑铂铑 10-10-铂铂-501768-501768金属易提纯，金属易提纯，复制准确度和测温准确度较高，复制准确度和测温准确度较高，物化性能稳定，物化性能稳定，13001300以下的氧化或中性介质以下的氧化或中性介质长期使用。价格昂贵，长
17、期使用。价格昂贵，热电势小，热电特性非热电势小，热电特性非线性较大线性较大，不能在还原气氛及含有金属或非金，不能在还原气氛及含有金属或非金属蒸气的气氛中使用属蒸气的气氛中使用。 300300以上最准确的热电以上最准确的热电偶。偶。R R铂铑铂铑 13-13-铂铂-501768-501768基本性能和使用条件与基本性能和使用条件与 S S 分度号热电偶相同，分度号热电偶相同，只是热电势略大，欧美国家使用较多。只是热电势略大，欧美国家使用较多。B B铂铑铂铑 30-30-铂铑铂铑 6 60182001820可可在在16001600以下的氧化以下的氧化、 中性环境中长期使用中性环境中长期使用，不能在
18、还原气氛及含有金属或非金属蒸气的气不能在还原气氛及含有金属或非金属蒸气的气氛中使用。热电势及热电势率较氛中使用。热电势及热电势率较 S S 分度号热电分度号热电偶小偶小，冷端温度低于冷端温度低于 5050时时，不必进行冷端温不必进行冷端温度补偿度补偿。K K镍铬镍铬- -镍镍硅硅-2701372-2701372贱金属热电偶，直径贱金属热电偶，直径 3.2mm3.2mm 的热电偶可的热电偶可在在12001200的高温下长期使用。的高温下长期使用。在在 500500以下的还以下的还原性原性、中性和氧化性气氛中可靠工作中性和氧化性气氛中可靠工作。500500以以上，只能在还原性、中性的气氛中工作。上
19、，只能在还原性、中性的气氛中工作。热电热电势率比势率比 S S 分度号热电偶大分度号热电偶大 4545 倍倍，且，且温度电势温度电势关系接近线性关系接近线性。N N镍铬硅镍铬硅- -镍硅镍硅-2701300-2701300E E镍铬镍铬- -铜铜镍 合 金镍 合 金（康铜（康铜）-2701000-2701000金属热电偶，直径金属热电偶，直径 3.2mm3.2mm 的热电偶可在的热电偶可在 750750的高温下长期使用的高温下长期使用，也适合于低温也适合于低温（0 0以下以下） 、潮湿环境测温。是热电势率最高的标准化热电潮湿环境测温。是热电势率最高的标准化热电偶。偶。J J铁铁- -铜镍铜镍合
20、金合金 （康康铜）铜）-2101200-2101200适合于氧化、还原性气氛，亦可在真空、中性适合于氧化、还原性气氛，亦可在真空、中性气氛中使用气氛中使用，不能在，不能在 538538以上的含硫气氛中以上的含硫气氛中使用。稳定性好、灵敏度高、价格低廉。使用。稳定性好、灵敏度高、价格低廉。正极正极铁易锈蚀铁易锈蚀。T T铜铜- -铜镍铜镍合金合金 （康康铜）铜）-270400-270400适合于氧化、还原、真空、中性气氛中使用适合于氧化、还原、真空、中性气氛中使用，具有潮湿气氛抗腐蚀性，具有潮湿气氛抗腐蚀性，特别适合于特别适合于 0 0以下以下的测温的测温。主要特点主要特点：稳定性好稳定性好、低
21、温灵敏度高低温灵敏度高、价格低廉，价格低廉，100200100200测温准确度最高。测温准确度最高。3.3.非标准化热电偶非标准化热电偶非标准化热电偶无论在使用范围或数量上均不及非标准化热电偶无论在使用范围或数量上均不及标准化热电偶标准化热电偶。但在某些特殊场合但在某些特殊场合，如如：高温高温、低低温温、超低温超低温、高真空和有核辐射的被测对象中高真空和有核辐射的被测对象中，这这些热电偶具有某些特别良好的性能些热电偶具有某些特别良好的性能。 非标准化热电非标准化热电偶没有统一的分度表偶没有统一的分度表。 非标准化热电偶有钨铼系热非标准化热电偶有钨铼系热电偶（钨的熔点为电偶（钨的熔点为 3387
22、3387，铼的熔点为，铼的熔点为 31803180，用于测量高达用于测量高达 27602760的温度的温度） ；铱铑系热电偶铱铑系热电偶，能能在弱还原性介质中测量在弱还原性介质中测量 20002000高温，适用于航天高温，适用于航天技术技术； 双铂钼热电偶有较低的中子俘获面积双铂钼热电偶有较低的中子俘获面积， 专用专用于核反应堆测温于核反应堆测温； 非金属热电偶如碳化物非金属热电偶如碳化物、 硼化物硼化物、氮化物氮化物， 使得不用贵金属也能在氧化性气氛中测高使得不用贵金属也能在氧化性气氛中测高温温。由于非金属热电偶复制性差由于非金属热电偶复制性差，机械强度差机械强度差，在在使用中受到较大的限制
23、。使用中受到较大的限制。热电偶的构造热电偶的构造1.1.普通工业用热电偶普通工业用热电偶普通工业用热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒构成，如图普通工业用热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒构成，如图所示。所示。（1 1）热电极热电极 热电极的直径大小由材料的价格、机械强度、电导率、热电热电极的直径大小由材料的价格、机械强度、电导率、热电普通工业用热电偶1-补偿导线；2-出线孔；3-金属链；4-盒盖固定螺钉、 5-接线柱； 6-盒盖；7-接线盒；8-接线柱；9-保护套管；10-绝缘管；11-热电极偶的用途及测温范围决定。贵金属电极的直径为偶的用途及测温范围决定。贵金属电极的直径
24、为 0.30.65mm0.30.65mm，普通金属电极的，普通金属电极的直径为直径为 0.33.2mm0.33.2mm。热电极的长度有多种规格热电极的长度有多种规格，主要由安装条件和插入深度来决主要由安装条件和插入深度来决定，一般为定，一般为 3002000mm3002000mm。热电偶热端采用焊接方式连接，接头形状有点焊、对。热电偶热端采用焊接方式连接，接头形状有点焊、对焊和绞接点焊。焊点的直径应不超过热电极直径的两倍。焊和绞接点焊。焊点的直径应不超过热电极直径的两倍。（2 2）绝缘管绝缘管 为了防止热电极间的电势短路，在热电极上套装绝缘管。绝为了防止热电极间的电势短路，在热电极上套装绝缘管
25、。绝缘管有单孔、双孔、四孔等多种形式。绝缘管材料的选择根据材料允许的工作缘管有单孔、双孔、四孔等多种形式。绝缘管材料的选择根据材料允许的工作温度进行温度进行， 低温下可用橡胶低温下可用橡胶、 塑料塑料、 聚乙烯等材料聚乙烯等材料； 高温下可用普通陶瓷高温下可用普通陶瓷 （10001000以下以下） 、高纯氧化铝（、高纯氧化铝（13001300以下以下） 、刚玉（、刚玉（16001600以下以下）等。）等。常用绝缘子材料及其使用温度范围常用绝缘子材料及其使用温度范围材料名称材料名称使用温度范围使用温度范围（） 材料名称材料名称使用温度范围使用温度范围（）橡皮、塑料橡皮、塑料60608080石英管
26、石英管0 013001300丝、干漆丝、干漆0 0130130瓷管瓷管14001400氟塑料氟塑料0 0250250再结晶氧化铝再结晶氧化铝管管15001500玻璃丝玻璃丝、 玻璃管玻璃管500500 以下以下纯氧化铝管纯氧化铝管1600160017001700（3 3）保护套管保护套管 为了防止热电极遭受机械损伤和化学腐蚀为了防止热电极遭受机械损伤和化学腐蚀，通常将热电极通常将热电极和绝缘管装入不透气的保护套管内。套管的材料和形式由被测介质的特性、安和绝缘管装入不透气的保护套管内。套管的材料和形式由被测介质的特性、安装方式和时间常数等决定。常见的材料有黄铜、装方式和时间常数等决定。常见的材料
27、有黄铜、#20#20 钢、不锈钢、高温耐热钢钢、不锈钢、高温耐热钢、纯氧化铝、刚玉、金属陶瓷等，测量更高温度时还可使用氧化铍和氧化钍，可纯氧化铝、刚玉、金属陶瓷等，测量更高温度时还可使用氧化铍和氧化钍，可达达 22002200。安装时可采用螺纹连接和法兰连接两种形式。安装时可采用螺纹连接和法兰连接两种形式。常用保护管材料及其适用的温度范围常用保护管材料及其适用的温度范围材料名称材料名称长期使用长期使用（）短期使短期使用用 （）材料名称材料名称长期使用长期使用（）短期使用短期使用 （）铜或铜合金铜或铜合金400400高级耐火瓷管高级耐火瓷管140014001600160020#20#碳钢管碳钢管
28、600600再结晶氧化铝再结晶氧化铝管管15001500170017001Cr18Ni9T1Cr18Ni9Ti i不锈钢不锈钢9001000900100012501250高纯氧化铝管高纯氧化铝管160016001800180028Cr28Cr 铁铁（高高铬铸铁）铬铸铁）11001100硼化锆硼化锆1800180021002100石英管石英管1300130016001600普通工业用热电偶测温时间常数随保护套管的材料及直径而变化（一般普通工业用热电偶测温时间常数随保护套管的材料及直径而变化（一般为为10240s10240s） ，当采用金属保护套，当采用金属保护套管管，外径为外径为 12mm12m
29、m 时时，时间常数时间常数为为 45s45s，外径为，外径为 16mm16mm 时，时间时，时间常数为常数为 90s90s， 而耐高压的金属热而耐高压的金属热电偶的时间常数为电偶的时间常数为 2.5min2.5min。（4 4）接线盒接线盒 接线盒内有接线盒内有接线柱作为热电极和补偿导线接线柱作为热电极和补偿导线或导线的连接装置。根据用途或导线的连接装置。根据用途的不同，有普通式、防溅式、的不同，有普通式、防溅式、防水式、隔爆式和插座式等结防水式、隔爆式和插座式等结构形式。构形式。2.2.铠装热电偶铠装热电偶铠装热电偶是由热电极、铠装热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经拉绝缘材料和金属套
30、管三者经拉伸加工而成的坚实组合体。伸加工而成的坚实组合体。它它可以做得很细、很长，在使用可以做得很细、很长，在使用中可以根据需要进行弯曲。套管材料有铜、不锈钢和镍基高温合金等。套管与中可以根据需要进行弯曲。套管材料有铜、不锈钢和镍基高温合金等。套管与热电极之间填满了绝缘粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。套管中的热电极之间填满了绝缘粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。套管中的热电极有单芯、双芯和四芯的，彼此之间互相绝缘。目前生产的铠装热电偶，热电极有单芯、双芯和四芯的，彼此之间互相绝缘。目前生产的铠装热电偶，其壁其壁厚厚 0.120.6mm0.120.6mm， 热电极直热电极直径径 0
31、.0251.3mm0.0251.3mm， 外径一般外径一般为为 16mm16mm， 长度长度为为 120m120m，外径最细的有外径最细的有 0.2mm0.2mm，长度最长的超过，长度最长的超过 100m100m。铠装热电偶的测量端有露端形。铠装热电偶的测量端有露端形（0.010.1s0.010.1s） 、接壳形接壳形（0.012.5s0.012.5s） 、绝缘形绝缘形（0.28.0s0.28.0s） 、扁变截面形和圆变扁变截面形和圆变截面形等。截面形等。铠装热电偶的主要特点是测量端热容量小，动态响应快（时间常数小铠装热电偶的主要特点是测量端热容量小，动态响应快（时间常数小于于10s10s）
32、，机械强度高，挠性好，耐高压、强烈震动和冲击，可安装在结构复杂的，机械强度高，挠性好，耐高压、强烈震动和冲击，可安装在结构复杂的装置上。装置上。3.3.快速反应的薄膜热电偶快速反应的薄膜热电偶薄膜热电偶是用真空蒸镀的方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，二薄膜热电偶是用真空蒸镀的方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，二者牢固地结合在一起者牢固地结合在一起，形成薄膜状测量端形成薄膜状测量端，上面再蒸镀一上面再蒸镀一层二氧化硅薄膜作为绝缘和保护层。层二氧化硅薄膜作为绝缘和保护层。薄膜热电偶的特点是薄膜热电偶的特点是，测量端是非常薄的薄膜测量端是非常薄的薄膜（可薄可薄到到 0.010.10.010.
33、1m m） ，尺寸也很小，故，尺寸也很小，故测量端的热容量小，时间常数非常小（可达测量端的热容量小，时间常数非常小（可达几毫秒几毫秒） ， 用于测量变化快的温度用于测量变化快的温度。 由于粘接剂的耐热限制由于粘接剂的耐热限制， 只能用于只能用于-200300-200300范围。若将电极材料直接范围。若将电极材料直接蒸镀到被测对象表面，时间常数可达蒸镀到被测对象表面，时间常数可达微秒级。微秒级。热电极有热电极有：镍铬镍铬- -镍硅镍硅、铜铜- -康铜康铜、铁铁- -镍等镍等。右图为铁右图为铁镍薄膜热电偶的示镍薄膜热电偶的示意图，其尺寸为意图，其尺寸为 60mm60mm，6mm6mm，0.2mm0
34、.2mm，金属薄膜厚度在，金属薄膜厚度在 36um36um 之间，时间常数小之间，时间常数小于于 0.01s0.01s，测温范围，测温范围 03000300。热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿由热电偶的测温原理可知，热电势是热端温度与冷端温度的函数，在冷端由热电偶的测温原理可知，热电势是热端温度与冷端温度的函数，在冷端温度恒定的条件下，热电势是热端温度的函数。而在实际应用时，热电偶的冷温度恒定的条件下，热电势是热端温度的函数。而在实际应用时，热电偶的冷端放置在距热端很近的大气中，受高温设备和环境温度波动的影响较大，因此端放置在距热端很近的大气中，受高温设备和环境温度波动的影响较大，因此冷端温
35、度不恒定。要想消除冷端温度波动对测温的影响，必须进行冷端温度补冷端温度不恒定。要想消除冷端温度波动对测温的影响，必须进行冷端温度补偿。常用的冷端温度补偿方法有：计算修正法、冷端恒温法、显示仪表机械零偿。常用的冷端温度补偿方法有：计算修正法、冷端恒温法、显示仪表机械零点调整法、补偿电桥（冷端温度补偿器）法、补偿导线法、辅助热电偶法、点调整法、补偿电桥（冷端温度补偿器）法、补偿导线法、辅助热电偶法、P PN N薄膜热电偶结补偿法等。结补偿法等。1.1.计算修正法计算修正法热电偶的分度关系是在冷端温度为热电偶的分度关系是在冷端温度为 0 0的情况下得到的的情况下得到的， 若热电偶的冷端温若热电偶的冷
36、端温度为度为 t t0 0，不是不是 0 0，则不能用测量热电偶的热电势去查分度表则不能用测量热电偶的热电势去查分度表，必须进行热电势必须进行热电势修正，而后，查分度表得出被测的热端温度，修正，而后，查分度表得出被测的热端温度，修正电势为修正电势为0 ,0teAB。即：即：0 ,0 ,00tetteteABABAB总电势总电势= =测量热电偶输出电势测量热电偶输出电势+ +修正电势修正电势适用场合适用场合：实验室测温实验室测温，现场使用的直读仪表测温现场使用的直读仪表测温。前提条件是冷端温度可测且前提条件是冷端温度可测且基本恒定。缺点：不便于连续测温。基本恒定。缺点：不便于连续测温。2.2.冷
37、端恒温法冷端恒温法将热电偶的冷端温度恒定，从而便于补偿和修正。一般选择冰点槽（将热电偶的冷端温度恒定，从而便于补偿和修正。一般选择冰点槽（0 0）或工业恒温箱（或工业恒温箱（5050）进行恒温。）进行恒温。 冰点槽法冰点槽法将热电偶的冷端放于冰水混合物中，热将热电偶的冷端放于冰水混合物中，热电偶输出电势即以电偶输出电势即以 0 0为冷端温度的总电为冷端温度的总电势势， 可直接查表或送显示仪表显示热端温度可直接查表或送显示仪表显示热端温度。恒温箱法恒温箱法恒温箱法是将热电偶的冷端置于自动恒温箱中恒温箱法是将热电偶的冷端置于自动恒温箱中。 自动恒温箱常以蒸汽或电能自动恒温箱常以蒸汽或电能作为热源。
38、这里以工业恒温箱为例作简单说明。工业恒温箱原理如图所示。作为热源。这里以工业恒温箱为例作简单说明。工业恒温箱原理如图所示。需要注意：该法热电偶送出的电势需要注意：该法热电偶送出的电势 e e（t,50t,50） ，不能用于最终温度显示，通，不能用于最终温度显示，通常应调整仪表的机械零位进行修正。常应调整仪表的机械零位进行修正。3.3.显示仪表机械零点调整法显示仪表机械零点调整法当送入显示仪表的电势为当送入显示仪表的电势为 e e（t,tt,t0 0） ，而，而 t t0 0已知且恒定时，在断开热电偶的已知且恒定时，在断开热电偶的情况下将仪表的机械零点调整至情况下将仪表的机械零点调整至 t t0
39、 0温度对应的刻度。这样相当于在显示仪表内温度对应的刻度。这样相当于在显示仪表内部提前施加了电势部提前施加了电势 e e （t t0 0,0,0） ， 接入热电偶后接入热电偶后， 则用于温度显示的总电势为则用于温度显示的总电势为 e e （t,0t,0） ，由于所有显示仪表的刻度均按照分度表进行刻度，所以仪表正确显示被测的热由于所有显示仪表的刻度均按照分度表进行刻度，所以仪表正确显示被测的热端温度数值。端温度数值。4.4.补偿电桥（冷端温度补偿器）法补偿电桥（冷端温度补偿器）法如果能得到一个随温度而变化的附加电势，并将该电势串联在热电偶回路如果能得到一个随温度而变化的附加电势，并将该电势串联在
40、热电偶回路中，使其抵偿热电偶热电势因冷端温度变化而产生的变化，则可保证显示仪表中，使其抵偿热电偶热电势因冷端温度变化而产生的变化，则可保证显示仪表J220V50S加热指示工业恒温箱中的电势不受冷端温度变化的中的电势不受冷端温度变化的影响，达到自动补偿的目的。影响，达到自动补偿的目的。常用的冷端温度补偿器常用的冷端温度补偿器基于图基于图所示的不平衡电桥原理工作。所示的不平衡电桥原理工作。由图可见，热电偶（及补偿导由图可见，热电偶（及补偿导线）输出的热电势与不平衡电桥的不平衡电压相加后送至温度显示仪表。线）输出的热电势与不平衡电桥的不平衡电压相加后送至温度显示仪表。冷端温度补偿器的结构及工作原理简
41、述如下：图中冷端温度补偿器的结构及工作原理简述如下：图中 R1R1，R2R2，R3R3 是是 3 3 个锰铜个锰铜丝绕制的丝绕制的 1 1定值电阻定值电阻；RsRs 是限流电阻是限流电阻；RcuRcu 在在 2020时时，阻值阻值 1 1；电桥的供电电桥的供电电压为电压为 4V4V。当热电偶当热电偶（补偿导线补偿导线）的冷端温度为的冷端温度为 2020时时，补偿电桥处于初始平补偿电桥处于初始平衡状态衡状态，不平衡电压不平衡电压 Uab=0Uab=0，热电偶送出电势热电偶送出电势 e e（t,20t,20）给显示仪表给显示仪表。当热电偶当热电偶的冷端温度升高而高于的冷端温度升高而高于 2020时
42、，热电势将因冷端温度升高而降低，此时时，热电势将因冷端温度升高而降低，此时 RcuRcu 的的阻值增加阻值增加，不平衡电桥的输出电压增加不平衡电桥的输出电压增加，即即 UabUab 0 0；当热电偶的冷端温度降低而当热电偶的冷端温度降低而低于低于 2020时，热电势将因冷端温度降低而升高，此时时，热电势将因冷端温度降低而升高，此时 RcuRcu 的阻值减小，不平衡的阻值减小，不平衡电桥的输出电压减小电桥的输出电压减小，即即 UabUab 0 0，可见可见，补偿电桥的不平衡电压的变化方向恰与补偿电桥的不平衡电压的变化方向恰与热电势的变化方向相反，可起到补偿作用。若不平衡电压的增加量恰好等于热热电
43、势的变化方向相反，可起到补偿作用。若不平衡电压的增加量恰好等于热电势的减少量，则实现了完全补偿，送电势的减少量，则实现了完全补偿，送显示仪表的电势不受冷端温度变化的影显示仪表的电势不受冷端温度变化的影响。由于热电偶的热电特性与电桥的温度响。由于热电偶的热电特性与电桥的温度输出特性不完全一致，故冷端温输出特性不完全一致，故冷端温度补偿器并不能在补偿范围内各点处实现完全补偿度补偿器并不能在补偿范围内各点处实现完全补偿。一般而言一般而言，完全补偿点为完全补偿点为：初始平衡温度和补偿范围上限温度两点。初始平衡温度和补偿范围上限温度两点。另外另外，不同分度号热电偶的热电特性不同不同分度号热电偶的热电特性
44、不同，要求的补偿电压不同要求的补偿电压不同，即补偿器即补偿器信号不同，通常补偿器的区别仅为限流电阻的阻值不同。信号不同，通常补偿器的区别仅为限流电阻的阻值不同。需要注意的是需要注意的是，若补偿电桥的初始平衡温度不是若补偿电桥的初始平衡温度不是 0，则送给显示仪表的电则送给显示仪表的电势还需要修正，通常采取显示仪表机械零点调整的方法。势还需要修正，通常采取显示仪表机械零点调整的方法。R1RR3RcRs热电补 偿 导冷端温度补偿显示仪表连 接 导冷端温度补偿器的应用+ab5.5.补偿导线法补偿导线法由中间温度定律可知由中间温度定律可知，当接点温度低于当接点温度低于 100100时时，可用热可用热电
45、特性相同的一电特性相同的一对导线代替测量用热电偶，也就是使用补偿导线。补偿导线虽不能改变冷端温对导线代替测量用热电偶，也就是使用补偿导线。补偿导线虽不能改变冷端温度，但可以迁移热电偶的冷端位置，即将冷端从温度波动剧烈的地点迁移至相度，但可以迁移热电偶的冷端位置，即将冷端从温度波动剧烈的地点迁移至相对稳定的地点，便于与其他温度补偿方法配合实现温度的正确指示。对稳定的地点，便于与其他温度补偿方法配合实现温度的正确指示。例如例如：测：测量炉膛温度的热电偶的冷端通常在炉膛外部不远的就地，该处温度受高温设备量炉膛温度的热电偶的冷端通常在炉膛外部不远的就地，该处温度受高温设备及环境温度变化的影响，波动较剧
46、烈，同时该处的温度一般高于冷端温度补偿及环境温度变化的影响，波动较剧烈，同时该处的温度一般高于冷端温度补偿器的补偿温度，因此不能采用前述温度补偿方法。使用补偿导线将热电偶的冷器的补偿温度，因此不能采用前述温度补偿方法。使用补偿导线将热电偶的冷端迁移至集控室后的电子间，当该处温度稳定时，可采用显示仪表机械调零等端迁移至集控室后的电子间，当该处温度稳定时，可采用显示仪表机械调零等预置电势法；当该处温度不很稳定时，由于温度处于冷端温度补偿器的补偿范预置电势法；当该处温度不很稳定时，由于温度处于冷端温度补偿器的补偿范围，所以可使用冷端温度补偿器进行补偿。围，所以可使用冷端温度补偿器进行补偿。型号型号配
47、用热电偶配用热电偶电桥平衡电桥平衡时温度时温度（）补偿范补偿范围围 （）电源电源（V V）内阻内阻（）补偿误差补偿误差WBC-01WBC-01铂铑铂铑1010- -铂铂20200 05050 2202201 10.045mV0.045mVWBC-02WBC-02镍铬镍铬- -镍硅镍硅0.16mV0.16mVWBC-03WBC-03镍铬镍铬- -考铜考铜0.18mV0.18mVWBC-57-WBC-57-S S铂铑铂铑1010- -铂铂20200 040402 24 41 1(0.015(0.0150.0015t)0.0015t)WBC-57-WBC-57-K K镍铬镍铬- -镍硅镍硅(0.04
48、(0.040.004t)0.004t)WBC-57-EAWBC-57-EA 镍铬镍铬- -考铜考铜(0.005(0.0050.0065t)0.0065t)常用补偿导线常用补偿导线补偿补偿导线导线型号型号配用配用热电热电偶分偶分度号度号补偿导线合金丝补偿导线合金丝绝缘层着绝缘层着色色100100时允差时允差（）200200时允差时允差（）正极正极负极负极正正极极负负极极普通级普通级精密级精密级普通级普通级精密精密级级SCSCS SSPCSPC（铜（铜）SNCSNC（铜（铜镍）镍）红红绿绿+ +5 5+ +3 3+ +5 5KCKCK KKPCKPC（铜（铜）KNCKNC（镍硅（镍硅）红红蓝蓝+
49、+2.52.5+ +1.51.5KXKXK KKPXKPX（镍（镍铬）铬）KNXKNX（铜镍（铜镍）红红黑黑+ +2.52.5+ +1.51.5+ +2.52.5+ +1.51.5EXEXE EEPXEPX（镍（镍铬）铬）ENXENX（铜镍（铜镍）红红棕棕+ +2.52.5+ +1.51.5+ +2.52.5+ +1.51.5JXJXJ JJPXJPX（铁（铁）JNXJNX（铜镍（铜镍）红红紫紫+ +2.52.5+ +1.51.5+ +2.52.5+ +1.51.5TXTXT TTPXTPX（铜（铜）TNXTNX（铜镍（铜镍）红红白白+ +2.52.5+ +1.51.5+ +2.52.5+ +
50、1.51.5热电偶的检定热电偶的检定l.l.热电偶的检定热电偶的检定热电偶在使用前应预先进行校验或检定，标准热电偶必须进行个别分度。热电偶在使用前应预先进行校验或检定，标准热电偶必须进行个别分度。热电偶经一段时间使用后，由于热电偶的高温挥发、氧化、外来腐蚀和污染、热电偶经一段时间使用后，由于热电偶的高温挥发、氧化、外来腐蚀和污染、晶粒组织变化等原因，使热电偶的热电特性逐渐发生变化，使用中会产生测量晶粒组织变化等原因，使热电偶的热电特性逐渐发生变化，使用中会产生测量误差，有时此测量误差会超出允许范围。为了保证热电偶的测量精度，必须定误差，有时此测量误差会超出允许范围。为了保证热电偶的测量精度，必
