热电偶温度计

以热电效应为基础的测温仪表

热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。它的结构简单、测量范围宽、使用方便、测温准确可靠，信号便于远传、自动记录和集中控制，因而在工业生产中应用极为普遍。热电偶温度计由三部分组成：热电偶（感温元件）；测量仪表（动圈仪表或电位差计）；连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线）。热电偶是工业上最常用的一种测温元件。它是由两种不同材料的导体A和B焊接而成。焊接的一端插入被测介质中，感受到被测温度，称为热电偶的工作端或热端，另一端与导线连接，称为冷端或自由端（参比端）。导体A、B称为热电极。

设备原理

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工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端两端温度函数的差；

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。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图11所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

应用

采用双金属温度计、热电偶或热电阻一体化温度变送的方式，既满足现场测温需求，亦满足远距离传输需求,可以直接测量各种生产过程中的-80~+500℃范围内液体、蒸气和气体介质以及固体表面测温。

用途：用于测量各种温度物体，测量范围极大，远远大于酒精、水银温度计。它适用于炼钢炉、炼焦炉等高温地区，也可测量液态氢、液态氮等低温物体。

温差电序

旧称“热电序”，按金属（或半导体，下同）在温差电现象中的性质排成的序列。从序列中任取两种金属制成一温差电偶时，在温度高的结合点，电流从序列中在前的金属流向序列中在后的金属。

常见温差电序如下：

Bi-Ni-Co-K-Rb-Ca-Pd-Na-Hg-Pr-Ta-Al-Mn-Pb-Sn-Cs-W-Tl-In-Ir-Ag-Re--Cu-Au-Cd-Zn-Mo-Ce-Li-Fe-Sb-Ge-Te-Se。

安装

热电偶和热电阻温度计属于接触式温度计，由于其无法替代的优点成为工矿企业和科研院所常用的温度测量仪表。正确的安装热电偶和热电阻传感器是保证其测量精度和使用寿命的重要因素。下面根据平时的使用情况以几种常用的安装方式作些介绍，希望能给大家的实际工作提供点参考。

首先热电偶和热电阻的安装应尽可能保持垂直，以防止保护套管在高温下产生变形，但在有流速的情况下，则必须迎着被测介质的流向插入，以保证测温元件与流体的充分接触以保证其测量精度。

另外热电偶和热电阻应尽量安装在有保护层的管道内，以防止热量散失。其次当热电偶和热电阻传感器安装在负压管道中时，必须保证测量处具有良好的密封性，以防止外界冷空气进入，使读数偏低。

当热电偶和热电阻传感器安装在户外时，热电偶和热电阻传感器的接线盒面盖应向上，入线口应向下，以避免雨水或灰尘进入接线盒，而损坏热电偶和热电阻接线盒内的接线影响其测量精度。

应经常检查热电偶和热电阻温度计各处的接线情况，特别是热电偶温度计由于其补偿导线的材料硬度较高，非常容易从接线柱脱离造成断路故障，因此要接线良好不要过多碰动温度计的接线并经常检查，以获得正确的测量温度。

热电偶安装时应放置在尽可能靠近所要测的温度控制点。为防止热量沿热电偶传走或防止保护管影响被测温度，热电偶应浸入所测流体之中，深度至少为直径的10倍。当测量固体温度时，热电偶应当顶着该材料或与该材料紧密接触。为了使导热误差减至最小，应减小接点附近的温度梯度。

当用热电偶测量管道中的气体温度时，如果管壁温度明显地较高或较低，则热电偶将对之辐射或吸收热量，从而显着改变被测温度。这时，可以用一辐射屏蔽罩来使其温度接近气体温度，采用所谓的屏罩式热电偶。

选择测温点时应具有代表性，例如测量管道中流体温度时，热电偶的测量端应处于管道中流速最大处。一般来说，热电偶的保护套管末端应越过流速中心线。

常见问题

1、热电偶安装不合理引起的问题

热电偶在对待测物质进行测温时，位置的选择十分的重要，对其精确度影响较大。一旦位置安装不对，插入深度不达使用标准，热电偶工作误差就会随之增大。而且由于没同物质的导热性能不同，应用热电偶时，要对插入深度进行校正与调整，并反得试验来确度深度，否则误差控制很难到位。

2、热辐射以及导热问题

热辐射范围较大，会对正在测量的热电偶测量端产生辐射热影响，成为测量误差的来源之一。而导热误差则是热电偶本身构造所形成的，其导体导热随着长度的变化会出现温度差，使得温度指示值出现偏差。

3、热电偶动态响应问题

热电偶的动态响应问题是指热电偶进入待测物质后，其指示值响应时间超出了标准响应时间。热电偶是插入式测温，需要测量端与待测物温度无偏差，才能进行电信号的转化。因此，这种响应时间的快速直接影响着其灵敏度。这种灵敏度受构造和使用环境温度条件所影响。静止测量时，热电偶灵敏度高，准确度高。而当待测物质温度是动态变化状态时，热电偶或无法与这种变化保持同步，就会产生动态响应误差，使每一时刻的测量值出现偏差。

4、测量系统漏电引起的问题

热电偶结构存在缺陷，如绝缘层老化开裂而漏电，温度差形成的热电流损失，热电势受影响，导致测量端出示的温度值与实际温度存在温差误差，甚至出现测量值无法显示的故障。

处理措施

1、合理选择测温点与插入深度

热电偶测温，位置和深选择至关重要。为保证测量准确，要对待测环境进行数据采集分析总结，寻找最佳的检测点来消除测温误差，从而达到温度监测和控制的作用。对于最佳的插入深度，要从热电偶本身结构、材质和保护材质、密封性等方面综合考虑，进行深度检测实线并总结数据变化规律，利用其它工具对其进行分析，从而将最佳深度数据确定下来。

对于测量环境的不同，热电偶插入深度确定同样需要实验确定，才能有效避免测温误差超差问题的出现。

2、热辐射及导热问题的修正

热辐射误差修正方法如下：一是通过对流形式来降低辐射热；二是通过隔离措施控别热交换。

3、热电偶动态响应问题的修正

热电偶动态响应强弱是其灵敏性的表现。提高灵敏性，才能加快热响应速度。可以从加快热传感响应速度和调小滞后时间两方面来校正。研究结果表明，热电偶热响应越快，其接点体积越细小，接触面越大。

因此，进行校正时，可以改变检测端外形，使热电偶接点体积精细化，还要与待测液的接触面积增大，从而缩小热电偶的热响应滞后时间。此外，采用导热性能强，热响应快的材质作热电偶传感器，将动态响应误差降至安全标准内，才能将热电偶的最佳性能发挥出来。

4、测量系统漏电问题的修正

热电偶测温系统有电流变，绝缘层容易老化，必须定期维护、检查和保养，才能避免漏电误差。此外，还可增大热电偶直径，加厚保护层等方法来避免误差超差。

注意事项

1）从实际测温环境出发，科学选择热电偶类型和保护层材质。

2）合理选用冷端补偿器。

3）插入深度经确定不要随意更改，与被测物质接触距离在10cm以内，保证插入部位为中央部位。