热电偶温度计的原理及应用
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日期:2006-3-24 7:25:26 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：不详热度：
热电偶原理
热电偶温度计由三部分组成
1.热电偶（感温元件）；
2.测量仪表；
3.连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线及铜线）。
它是有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，感受被测温度，称为工作端或热端，另一端与导线相连，称为冷端或自由端。
热电偶的工作原理是：两种不同成分的导体两端经焊接、形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端。当测量端和参比端存在温差时，就会在回路地产生热电流，接上显示仪表，仪表上就批示出热电偶所产生的热电流，接上显示仪表，仪表上就批示同热电偶所产生的热电动势的温度值。
热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长，热电动势的的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关，和热电极的长度、直径无关。装配式热电偶主要由接线盒、保护管、绝缘套管、接线端子、热电极组成基本结构，并配以种安装固定装置组成。
热电偶补偿导线及补偿电缆
补偿导线是特种导线，用于热电偶和二次（基地）仪表间的信号传输，能够消除热电偶冷端温度变化引起的测量误差，保证仪表对介质温度的精确测量。用它们将热电偶与测量装置联接，以补偿热电偶连接处的温度变化所产生的误差，补偿导线应因芯线合金丝材质不同分为延长型和补偿型两种，而绝缘包覆层有塑料、氟塑料、玻璃纤维及带金属屏蔽电缆结构型式等。
热电偶补偿导线标准：GB/T4989-94
热电偶补偿电缆标准：Q/320831SQL07-96
由于热电偶的测试精度高，在电子产品的热测试中广泛使用。
责任编辑: banye
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1.热电偶测温基本原理 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。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。 2.热电偶的种类及结构形成 (1)热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用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的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 我国从1988年1月1日起，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七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时)，而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线
《自动检测技术及仪表》课程设计报告 热电偶温度计的测温原理、选型及其应用 学院： 班级： 姓名： 学号：
目录 一摘要 (3) 二热电偶温度计的测温原理 (3) 2.1 热电偶的测温原理 (3) 2.2 接触电势 (4) 2.3 温差电势 (4) 2.4 热电偶温度计闭合回路的总热电势 (4) 三热电偶温度计的组成结构及其作用和特 (5) 3.1 热电偶温度计的组成结构 (5) 3.2 热电偶温度计的作用及特点 (6) 四热电偶温度计测温技术中涉及到的定则 (7) 4.1 均质导体定则 (7) 4.2 中间导体定则 (7) 4.3 连接导体和中间温度定则 (8) 五热电偶温度计的误差分析及选型 (8) 5.1 影响测量误差的主要因素 (8) 5.1.1插入深度 (8) 5.1.2响应时间 (9) 5.1.3热辐射 (10) 5.1.4冷端温度 (11) 5.2 热电偶温度计的选型 (11) 六现场安装及其注意事项 (13) 七总结 (13) 八参考文献 (15)
一、摘要 热电偶温度计是一种最简单﹑最普通，测温范围最广的温度传感器，是科研﹑生产最常用的温度传感器。在使用时不注意，也会引起较大测量误差。针对当前存在的问题，详细探讨影响测量误差的主要因素：热电偶插入深度﹑响应时间﹑热辐射及冷端温度等因素对测量的影响；在使用时应该怎样选择热电偶温度计，以及使用时的一些安装注意事项，这对提高测量精度，延长热电偶寿命，都有一定的意义。 二、热电偶温度计的测温原理 热电偶温度计是一种感温元件 , 把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气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均质导体组成闭合回路 , 当两端温度不同时 , 回路中就会产生电势，这种现象称为热电效应（或者塞贝克效应）。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°C 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。 热电偶温度计测温原理图如图所示： 其中，T是热端、工作端或者测量端， T
光测高温计（optical pyrometer） 原理： 集中于一幕屏（screen）上，幕屏后装一红色滤镜，仅让波长为之辐射能透过，俾使观察者易观察幕屏上之情形。同时另装一标准钨丝灯，其发出之辐射能亦可集中在幕屏上，以作为比较。调整变阻器以调整通过标准钨丝灯之电流，使标准光源在幕屏上之亮度（brightness）与辐射热之亮度相等。此时变阻器之刻度即代表此辐射热源之温度。 优缺点： 优点： 1. 轻便 2. 可测1000度C以上之高温 3. 勿需接近待测物 缺点： 1. 需人工操作 2. 因人工操作，可能产生读出误差 辐射高温计（Rediation pyrometer） 原理：当热源放射之辐射光射到物体时，则使该物体之温度上升，温度上升的程度与热源辐射光之强度成一定的关系。因此如将高温待测物体放射出之辐射光用小型之受光器予以吸收，而测受光器温度之上升，便可测知高温待测物之温度。
双金属温度计（bimetal thermometer） 原理： 将二种或二种以上具有不同膨胀系数之金属片焊合在一起，当温度改变时，因金属片膨胀程度之不同而使此金属片组产生弯曲。如将此金属片组之一端固定，另一端装上指针则因偏转而产生指示。 构造： 将具有不同物理特性（热膨胀）之两合金熔合在一起成双金属片。再将之形成螺旋形状，其两合金之一，系一种称为因钢之镍合金，易于受热时几乎全无膨胀；另一乃使用一种镍合金，于受热时膨胀甚多。将该两合金熔接在一起，辗平至想要厚度，使成双金属片。 使用说明： Ⅰ、工业上常用之双金属膨胀温度仪器，其低膨胀金属多用恒范钢，此为一种含镍36%的镍铁合金。高膨胀金属在较低温时用青铜，高温度时用镍。 Ⅱ、为保持其精确度，此种温度计不宜长期连续使用，以防金属片组产生弹性疲乏现象。 Ⅲ、含有金属片组部分应全部插入待测流体中，以求取测得的温度之精确。 Ⅳ、为消除辐射能之影响，金属片组之外壳应为光滑之金属表面。
热电偶的原理及现象 一、实验目的：了解热电偶测温原理。 二、基本原理：1821年德国物理学家赛贝克（T?J?Seebeck）发现和证明了两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。这种物理现象称为热电效应（塞贝克效应）。 热电偶测温原理是利用热电效应。如图21—1所示，热电偶就是将A和B二种不同金属材料的一端焊接而成。A和B称为热电极，焊接 的一端是接触热场的T端称为工作端或测量端， 也称热端；未焊接的一端处在温度T0称为自由端 或参考端，也称冷端(接引线用来连接测量仪表的图21—1热电偶 两根导线C是同样的材料，可以与A和B不同种材料)。T与T0的温差愈大，热电偶的输出电动势愈大；温差为0时，热电偶的输出电动势为0；因此，可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上，将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号，并且有相应的分度表即参考端温度为0℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表；可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。热电偶一般用来测量较高的温度，应用在冶金、化工和炼油行业，用于测量、控制较高的温度。 本实验只是定性了解热电偶的热电势现象，实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它们封装在悬臂双平行梁上、下梁的上、下表面中，二个热电偶串联在一起，产生热电势为二者之和。 三、需用器件与单元：机头平行梁中的热电偶、加热器；显示面板中的F/V表(或电压表)、-15V电源；调理电路面板中传感器输出单元中的热电偶、加热器；调理电路单元中的差动放大器；室温温度计（自备）。 四、实验步骤： 1、热电偶无温差时差动放大器调零：将电压表量程切换到2V档，按图21—2示意接线，检查接线无误后合上主、副电源开关。将差动放大器的增益电位器顺时针方向缓慢转到底（增益为101倍），再逆时针回转一点点（防电位器的可调触点在极限端点位置接触不良）；再调节差动放大器的调零旋钮，使电压表显示0V左右，再将电压表量程切换到200mV档继续调零，使电压表显示0V。并记录下自备温度计所测的室温tn。
1．热电偶测温基本原理 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。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。 A,B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)
在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补偿导线的原因， 2．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
详解各种温度计原理介绍（附图说明）温度计是测温仪器的总称，可以准确的判断和测量温度。其制造的原理主要有以下几个方面：一是利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩的现象；二是在定容条件下，气体（或蒸汽）的压强因不同温度而变化；三是热电效应的作用；四是电阻随温度的变化而变化；五是热辐射的影响等。根据这些作用原理，目前已经开发出许多种类的温度计，下面就和小编一起看看个各种温度计的工作原理吧！ 1. 电阻温度计 铂电阻温度计 工作原理：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度或者与温度有关的参数。 工作特点：精度高，低漂移，测量范围宽，一般用于低于600℃的温度测量。 2. 温差电偶温度计
温差电偶温度计 工作原理：利用温差电偶，将两种不同金属导体的两端分别连接起来，构成一个闭合回路，一端加热，另一端冷却，则两个接触点之间由于温度不同，将产生电动势，导体中会有电流发生。因为这种温差电动势是两个接触点温度差的函数，所以利用这一特性制成温度计。 工作特点：根据两种金属材料的不同，温度计测量范围也不同，如铜和康铜构成的温差电偶的测温范围在200～400℃之间；铁和康铜则被使用在200～1000℃之间；由铂和铂铑合金（铑10%）构成的温差电偶测温可达千摄氏度以上；铱和铱铑（铑50%）可用在2300℃；若用钨和钼（钼25%）则可高达2600℃。 3. 指针式温度计 指针式温度计 工作原理：利用两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同的原理工作的。主要的元件是一个用两种或多种金属片叠压在一起组成的多层金属片。为提高测温灵敏度，通常将金属片制成螺旋卷形状。当多层金属片的温度改变时，各层金属膨胀或收缩量不等，使得螺旋卷卷起或松开。由于螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由转动的指针相连，因此，当双金属片感受到温度变化时，指针即可在一圆形分度标尺上指示出温度。 工作特点：温度显示直观方便；安全可靠，使用寿命长；多种结构形式，可满足不同要求；可以直接测量各种生产过程中的-80℃～500℃范围内液体、蒸汽和气体介质温度。 4. 玻璃管温度计
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．热电偶测温基本原理 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。 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6 K 镍铬镍硅 T 纯铜铜镍 J 铁铜镍 N 镍铬硅镍硅 E 镍铬铜镍 2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用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的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起，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七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。
热电偶、热电阻工作原理及特点 热电偶工作原理 将两种不同的金属导体焊接在一起，构成闭合回路，如在焊接端（即测量端）加热产生温差，则在回路中就会产生热电动势，此种现象称为塞贝克效应（Seebeck-effect）。如将另一端（即参考端）温度保持一定（一般为0℃），那么回路的热电动势则变成测量端温度的单值函数。这种以测量热电动势的方法来测量温度的元件，即两种成对的金属导体，称为热电偶。 热电偶产生的热电动势，其大小仅与热电极材料及两端温差有关，与热电极长度、直径无 关。 热电偶工作原理图 热电阻工作原理 工业用热电阻分铂热电阻和铜热电阻两大类。 热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部份(感温元件)是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。当被测介质中有温度发生变化时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质中的平均温度。 热电偶、热电阻特点 热电偶热电阻 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点： a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便， ·结构简单，制造容易， ·价格便宜， ·惰性小，热电阻同其它种温度计相比具有如下特点：a、优点 ·准确度高。在所有常用温度计中，准确度最高，可达1mk。 ·输出信号大，灵敏度高。如在0℃用Pt100铂热电阻测温，当温度变化1℃时，其电阻值约变化0.4Ω，如果通过电流为2mA，则其电压输出量变化为800μV。在相同条件下，即使灵敏度比较高的K型热电偶，其热电动势变化也只有
热电偶热电阻 热电偶同其它种温度计相比具有如下特点： a、优点 ·热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便， ·结构简单，制造容易， ·价格便宜， ·惰性小， ·准确度高， ·测温范围广， ·能适应各种测量对象的要求（特定部位或狭小场所），如点温和面温的测量，·适于远距离测量和控制。 b、缺点 ·测量准确度难以超过0.2℃， ·必须有参考端，并且温度要保持恒定。·在高温或长期使用时，因受被测介质影响或气氛腐蚀作用（如氧化、还原）等而发生劣化。热电阻同其它种温度计相比具有如下特点：a、优点 ·准确度高。在所有常用温度计中，准确度最高，可达1mk。 ·输出信号大，灵敏度高。如在0℃用Pt100铂热电阻测温，当温度变化1℃时，其电阻值约变化0.4Ω，如果通过电流为2mA，则其电压输出量变化为800μV。在相同条件下，即使灵敏度比较高的K型热电偶，其热电动势变化也只有40μV左右。由此可见，热电阻的灵敏度较热电偶高一个数量级。 ·测温范围广，稳定性好。在振动小而适宜的环境下，可在很长时间内保持0.1℃以下的稳定性。 ·无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求出。 ·输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性输出，显示仪表可均匀刻度。 b、缺点 ·采用细金属丝的热电阻元件抗机械冲击与振动性能差。 ·元件结构复杂，制造困难大，尺寸较大，因此，热响应时间长。·不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。
温度计的种类及其应用 Zdg喵喵温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。而温度计是判断和测量温度的仪器。从测温范围来看，在低温区域（<550℃）通常采用膨胀式、电阻式、热电式等接触式温度计；而在高温区域（>550℃）通常采用辐射式非接触温度计。下面据此介绍各种温度计种类和原理。 一、低温区域 1.膨胀式温度计利用气体、液体、固体热胀冷缩的性质测量温度。 (1)气体温度计利用一定质量的气体作为工作物质的温度计。用气体温度计来体现理想气体温标为标准温标。用气体温度计所测得的温度和热力学温度相吻合。气体温度计是在容器里装有氢或氮气（多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围很广），它们的性质可外推到理想气体。这种温度计有两种类型：定容气体温度计和定压气体温度计。定容气体温度计是气体的体积保持不变，压强随温度改变。定压气体温度计是气体的压强保持不变，体积随温度改变。 (2)液体温度计利用作为介质的感温液体随温度变化而体积发生变化与玻璃随温度变化而体积变化之差来测量温度。温度计所显示的示值即液体体积与玻璃毛细管体积变化的差值。玻璃液体温度计的结构基本上是由装有感温液(或称测温介质)的感温泡、玻璃毛细管和刻度标尺三部分组成。感温泡位于温度计的下端，是玻璃液体温度计感温的部分，可容纳绝大部分的感温液，所以也称为贮液泡。感温泡或直接由玻璃毛细管加工制成(称拉泡)或由焊接一段薄壁玻璃管制成(称接泡)。感温液是封装在温度计感温泡内的测温介质．具有体膨胀系数大，粘度小．在高温下蒸气压低，化学性能稳定，不变质以及在较宽的温度范围内能保持液态等待点。常用的有水银．以及甲苯、乙醇和煤油等有机液体。玻璃毛细管是连接在感温泡上的中心细玻璃管，感温液体随温度的变化在里面移动。标尺是将分度线直接刻在毛细管表面，同时标尺上标有数字和温度单位符号，用来表明所测温度的高低。 (3)双金属温度计双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测 仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80℃~+500℃范围内液体蒸汽和气体介质温度。双金属温度计的工作原理是利用二种不同温度膨胀系数
热电偶测温原理 教育知识 热电偶测温原理与检定 前言 热电偶是热电效应理论的具体应用，它在温度测量中得到了广泛的应用。热电偶具有结构简单，容易制造，使用方便和测量精度高等优点。 本论文阐述了热电偶的测温原理、热电偶的安装使用方法以及热电偶检定等方面，特别重点讨论了热电偶的测温原理和检定方法，以便能重点突出本论文的写作目的及观点。通过撰写此论文，使自己能更进一步地掌握和熟悉这些关于热电偶的知识点，为以后在工作岗位上的实践和对热电偶进一步的讨论中打下坚实而有力的基础。 撰写人：王彭 2006年1月12日 摘要：热电偶的测温原理是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。当导体A和B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。 关键词：原理，使用，检定，实例 热电偶测温原理与检定 第一章热电偶测温原理及正确使用 第一节热电偶的测温原理 在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效应以来，经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文等科学家的大量研究，热电效应理论得到了不断的发展，并日趋完善。热电偶是热电效应的具体应用之一，它在温度测量中得到了广泛的应用，热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。可用于快速测温、点温测量和表面测量等，但是热电偶也存在着不足的地方，如使用的参考端温度必须恒定，否则将歪曲测量结果；在高温或长期使用中，因受被测介质或气氛的作用（如氧化、还原等）而发生劣化，降低使用寿命。尽管如此，热电偶
仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。下面我们从三个热电效应的阐述中来讨论热电偶的测温原理。 一、塞贝克效应和塞贝克电势 热电偶为什么能用来测量温度呢？这就是从热能和电能的相互转化的热电现象说起。在1821年，塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的闭合回路（如图1—1）中，如果对接点a加热，那么，a,b两接点的温度就会不同，温度不同，就会有电流产生，使得接在电路中的电流表发生偏转。这一现象现今称为温差电效应或塞贝克效应，相应的电势称为温差热电势或塞贝克电势，它在热电偶回路中产生的电流称为热电流。Ａ、Ｂ称为热电极，接点a是用焊接的方法连接一起的，测温时，将它置于被测温度场中，称为测量端或者工作端，接点b一般要求恒定在某一温度称为参考端或自由端。 A A T a b T0 图１—１塞贝克效应示意图 不同的导体材料的电子密度不同，即使相同的导体材料，温度不同，其电子密度也不相同，当异质金属Ａ、Ｂ组成闭合回路，由于接点a、b的温度不同（设Ｔ>Ｔ０），则同一导体温度高的地方自由电子密度大，温度低的地方自由电子密度小，即ＮＡ,Ｔ>ＮＡ,T0；ＮＢ,T>ＮＢ,T0。由于两金属导体的自由电子密度不同（设ＮＡ，T>NB，T；ＮＡ，T0>NB，T0）,所以在闭合回路中，自由电子密度大的要向自由电子密度小的区域扩散，这样在回路中就产生了“净”电荷流动，即回路中有电动势eＡB，这就是产生塞贝克电动势原因。实验证明，当热电极材料一定后，则热电势仅与两接点的温度有关，即： dEＡB(T,T0)=SＡBdT (1—1) 式中：SＡB——热电势率或塞贝克系数，其随热电极材料和两接点温度而定。 当两接点的温度分别为T，T0时，回路的热电势为： EＡB（T，T0）= SＡBdT=eＡB (T)- eＡB (T0) （1—2） 式中：eＡB (T)，eＡB (T0)——接点a,b的分热电势或分塞贝克电势 式（1—2）中角标A、B表示不同的热电极材料，按正极写在前，负极写在后的顺序排列。当温度T>T0时，eＡB(T)与总电动势的方向一致，eＡB (T0)与总热电动势的方向相反。如果接点的分热电势角标颠倒，它不会改变分热电势的大小，而改变热电势的方向，即： eＡB (T0)=- eBＡ(T0) （1—3） 代入式（1—2）得： EＡB（T，T0）= eＡB (T)+ eBＡ(T0) （1—4） 由此可知，热电偶回路的总热电动势的大小仅与热电极的材料和两接点的温度有关，与热电极中间温度分布无关。 对于已定的热电偶，当其参考端温度T0恒定时，eＡB（T0）为一常数，则热电势EＡB（T，T0）仅是测量端温度的函数，即：
A,B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1) 在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定律) (2) 从式(2)我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3 ) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补
1、2两点的温度不同时，回路中就会产生热电势，因而?就有电流产生，电流表就会?发生偏转，这一现象称为热?电效应（塞贝克效应），产生的电势、电流分别叫热电?势、热电流。 热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的，是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路,接触测温点的一端称测量端,一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0 不同,则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t，t0 ),这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变,这种回路称为原型热电偶。在实际应用中，将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度而t变化。 第一节热电偶的测温原理 在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效应以来，经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文等科学家的大量研究，热电效应理论得到了不断的发展，并日趋完善。热电偶是热电效应的具体应用之一，它在温度测量中得到了广泛的应用，热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。可用于快速测温、点温测量和表面测量等，但是热电偶也存在着不足的地方，如使用的参考端温度必须恒定，否则将歪曲测量结果；在高温或长期使用中，因受被测介质或气氛的作用（如氧化、还原等）而发生劣化，降低使用寿命。尽管如此，热电偶仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。下面我们从三个热电效应的阐述中来讨论热电偶的测温原理。 一、塞贝克效应和塞贝克电势 热电偶为什么能用来测量温度呢？这就是从热能和电能的相互转化的热电现象说起。在1821年，塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的闭合回路（如图1-1）中，如果对
温度计工作原理 看看屋里屋外，您会发现有许多设备，它们的作用就是测量温度的变化： 院子里的温度计可以告诉您外面多热或多冷。 厨房里的肉类和糖果温度计可以测量食物的温度。 加热炉里的温度计可以控制什么时候开关。 烤箱里的温度计可以保持设定的温度（热）。 冰箱里的温度计可以保持设定的温度（冷）。 药柜里的体温计可以准确测量一个小范围内的温度。 所有这些设备都在以某种方式测量温度。在本篇文章中，我们将了解现在使用的各种温度计技术及其工作原理。您还可以制作自己的温度计！ 球状温度计就是您可能从小就在用的玻璃温度计。这种温度计含有某种液体， 通常是水银。 球状温度计依据的是一个简单的原理，即液体的体积会随温度的变化而变化。 液体变冷时收缩，变热时膨胀，这一原理同样适用于气体，也是热气球的工 作原理。 您可能每天都会接触液体，但是您可能没有注意到，水、牛奶和食用油的体 积都会随着温度的变化而变化，这些变化是相当小的。所有的球状温度计都 使用一个大大的球和一根细细的管子来突出体积的变化。如果您自己动手做 一个球状温度计，您就会亲眼看到这一点。下面就是您需要的物品： 带不透水密封盖的玻璃罐或玻璃瓶，盖子应为金属或塑料制成的旋盖。 我用的是1360克的苹果酱罐。罐子必须是玻璃的，这样您挤压它时， 它的形状不会发生改变。 一把钻头，或一把锤子和一颗大钉子。 一些橡皮泥、油灰、填缝剂或口香糖。 吸管，约23厘米长，越细越好，最好是透明的。 一些食用色素（非必需）。 制作温度计： 1.在罐子盖上打一个孔，孔的大小应尽可能地接近吸管的直径。 2.将吸管的一端插入孔中，然后密封孔的四周，要用橡皮泥把盖子的内外两侧都密封 住。完成后，它看起来应该是下面这样的：
热电偶测温原理及其应用 重点 1、掌握热电偶测温原理 2、了解热电偶测量电路及其补偿方法 3、了解热电偶应用 一、热电偶简介 热电温度记录仪常以热电偶作为测温元件. 它广泛用来测量 -200 ℃ ~1300 ℃范围内的温度，特殊情况下，可测至2800 ℃的高温或 4K 的低温。 它具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范围广等特点。 由于热电偶将温度转化成电量进行检测，使温度的测量、控制、以及对温度信号的放大变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。 在接触式测温法中，热电温度计的应用最普遍。 二、热电偶测温原理
1.定义: 由两种导体组合而成,将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶。2. 测温原理 : 热电偶的测温原理基于热电效应。 将两种不同材料的导体 A 和 B 串接成一个闭合回路，当两个接点 1 和 2 的温度不同时，如果 T ＞ T0（如上图 12-1热电效应），在回路中就会产生热电动势，在回路中产生一定大小的电流，此种现象称为热电效应。 热电动势记为 E AB，导体 A 、 B 称为热电极。接点 1 通常是焊接在一起的，测量时将它置于测温场所感受被测温度，故称为测量端（或工作端，热端）。 接点 2 要求温度恒定，称为参考端（或冷端）。 3.热电效应 导体 A 和 B 组成的热电偶闭合电路在两个接点处分别由e AB (T) 与e AB (T0 )两个接触电势，又因为 T ＞ T0，在导体 A 和 B 中还各有一个温差电势。所以闭合回路总热电动势 E AB (T,T0 ) 应为接触电动势和温差电势的代数和，即： 4.闭合回路总热电动势
对于已选定的热电偶，当参考温度恒定时，总热电动势就变成测量端温度T 的单值函数，即E AB( Ｔ, T 0 )= f ( T ) 。这就是热电偶测量温度的基本原理。 在实际测温时，必须在热电偶闭合回路中引入连接导线和仪表。 三、有关热电偶测温的基本原则 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积，长度以及温度分布如何均不产生热电动势。 如果热电偶的两根热电极由两种均质导体组成，那么，热电偶的热电动势仅与两接点的温度有关，与热电偶的温度分布无关； 如果热电极为非均质电极，并处于具有温度梯度的温场时，将产生附加电势，如果仅从热电偶的热电动势大小来判断温度的高低就会引起误差。 1、均质导体定则 : 2、中间导体定则: 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要两端的温度相等，该导体接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。
温度计的使用教案． 温度计的使用教案 【教学目标】 1、：知道温度的概念；知道温度计的工作原理及使用方法；能够使用温度计进行简单的测量。 2、过程与方法：通过动手制作简单的温度计，让学生体验科学探究的乐趣。 【教学方法】教师演示实验引导，学生实验探究。 【教学手段与准备】传统教学手段与多媒体教学相结合；若干只
烧杯、冷水、热水、温水、实验常用温度计、寒暑表、带玻璃管的小瓶。 【教学过程】 1、巧设实验、导入新课。 首先在讲台上放置冷、热、温三杯水，然后找一位学生走上讲台，先把两根手指分别放入热水和冷水中，一段时间以后，将手指取出然后同时放入温水中，我会问：两只手对温水的感觉相同吗?让学生描述自己的感受。接着我会追问：凭感觉判断温度可靠吗？要想准确知道物体的温度该怎么办呢？这样很自然的导入课题——温度计。 2、启发思维、新课教学。 首先我会向学生展示冬季与夏季的图片，启发学生思考为什么在夏季和冬季会感到热和冷呢？为何有如此大的差别呢？学生根据生活经 验会很容易回答：因为温度不同。进而我会引导学生总结得出温度的概念及其单位。温度——物体的冷热程度；单位:摄氏度(℃)。接下来让同学们说一说生活中常见的温度值，比如人体的正常体温、沸水的温度、冰水混合物的温度等等。随后给学生讲解摄氏温度的相关知识，包括0C和100C的具体规定，以及0到100摄氏度之间刻度的划分，为后面的自制温度计铺平了道路。掌握了温度的概念，接下来是我新课教学中的重点部分——温度计。为了培养学生动手、动脑的能力，我将带领学生自制温度计。学生在我的引导下积极讨论，大胆尝试，像发明家一样研制温度计，体验发明创造的无穷乐趣。学生在制作过程中深刻的理解了温度计的构造及其原理，从而掌握重点，
实验报告 热电偶特性及其应用研究 姓名： 学号： 班级:
热电偶特性及其应用研究 一、实验目的 1.了解电位差计的构造、工作原理及使用方法； 2.了解温差电偶的测温原理和基本参数； 3.测量铜—康铜热电偶的温差系数。 二、实验原理 1.电位差计的补偿原理 为了能精确测得电动势的大小，可采用图2.10.2所示的线路。其中是电动势可调节的电源。调节，使检流计指针指零，这就表示回路中两电源的电
动势、方向相反，大小相等。故数值上有(2.10.1) 这时我们称电路得到补偿。在补偿条件下，如果的数值已知，则即可求出。据此原理构成的测量电动势和电位差的仪器称为电位差计。 2.实际电位差计的工作原理 使用时，首先使工作电流标准化，即根据标准电池的电动势调节工作电流I。将开关K2合在S位置，调节可变电阻，使得检流计指针指零。这时工作电流I 在段的电压降等于标准电池的电动势，即(2.10.2) 再将开关K2合向X位置，调节电阻Rx，再次使检流计指针指零，此时有 这里的电流I就是前面经过标准化的工作电流。也就是说，在电流标准化的基础上，在电阻为Rx的位置上可以直接标出与对应的电动势(电压)值，这样就可以直接进行电动势(电压)的读数测量。 3. 温差电偶的测温原理 把两种不同的金属或不同成分的合金两端彼此焊接成一闭合回路，如图所示。 若两接点保持在不同的温度t和t0，则回路中产生温差电动势。温差电动势
的大小除了和组成热电偶的材料有关外，唯一决定于两接点的温度函数的差。一般地讲，电动势和温差的关系可以近似地表示成 这里t是热端温度，t0是冷端温度，c称为温差系数，其大小决定于组成电偶的材料。 三、实验所用仪器及使用方法 1.仪器：UJ31型电位差计、标准电池、光点检流计、稳压电源、温差电偶、冰筒、水银温度计、烧杯、控温实验仪等。 2.使用方法 UJ31型电位差计： (1)将K2置于“断”，K0置于“×1”档(或“×10”档，视被测量值而定)，分别接上标准电池、检流计、工作电源。被测电动势(或电压)接于“未知1”或“未知2”。 (2)根据温度修正公式计算出标准电池的电动势Es的值，调节Rs的示值与其相等。将K2旋至“标准”档，按下K1(粗)按钮，调节Rn1、Rn2、Rn3，使检流计指针指零，再按下K1(细)按钮，用Rn3精确调节至检流计指针指零。 (3)将K2旋至“未知1”(或“未知2”)位置，按下K1(粗)按钮，调节读数转盘Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，使检流计指针指零，再按K1(细)按钮，细调读数转盘III使检流计指针精确指零。此时被测电动势(或电压)Ex等于读数转盘Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上的示值乘以相应的倍率之和。 标准电池：
热电偶工作原理 中电华辰（天津）精密测器股份公司简述热电偶工作原理 热电偶的工作原理就是利用两种不同的材料组成的闭合电路；当2端的温度不同时，就会有电流产生；再通过测量仪表，就可以轻松的获得介质的温度。 中电华辰HC系列工业用铂铑热电偶又叫贵金属热电偶，它作为温度测量传感器,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用,组成过程控制系统，用以直接测量或控制各种生产过程中0-1800℃范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。 铂铑热电偶是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点温度不同时，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在有温差时，显示仪表将会批示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。 铂铑热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关、与热电极的长度、直径无关。 各种铂铑热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等。 中电华辰（天津）精密测器股份公司简述常用热电偶 适于制作热电偶的材料有300多种，其中广泛应用的有40~50种。国际电工委员会向世界各国推荐8 种热电偶作为标准化热电偶. 我国标准化热电偶也有8 种。分别是：铂铑10-铂（分度号为S）、铂铑13-铂（R）、铂铑30-铂铑6（B）、镍铬-镍硅（K）、镍铬-康铜（E）、铁-康铜（J）、铜-康铜（T）和镍铬硅-镍硅（N）。下面简要介绍其中几种： 五、几种常用的热电偶 1、铂铑10-铂热电偶组成：由φ0.5mm 的纯铂丝和直径相同的铂铑丝制成，分度号为 S 。铂铑丝为正极, 纯铂丝为负极。 2.特点：热电性能好，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。长期适用的温 度为1400℃，超过此温度时，即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶粒增大。短期使用温度为1600℃。在所有的热电偶中，它的准确度等级最高,通常用作标准或测量高
5种常见温度计的工作原理（动图） 介绍以下五种常见的工业用温度计：液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计。 液体膨胀式温度计 液体膨胀式温度计是根据液体的热胀冷缩的性质制造而成的。最常见的为玻璃管液体温度计，它利用玻璃管内液体的体积随温度的升高而膨胀的原理。由液体存储器、毛细管、标尺、安全泡四部分组成。液体可为：水银、酒精、甲苯等。 图：玻璃管液体温度计 使用玻璃管液体温度计时，视线应与标尽垂直，并与液柱于同一水平面上，手持温度计顶端的小耳环，不可触摸标尺。 固体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计利用两种线膨胀系数不同的材料制成。常见的类型有：杆式温度计（一般采用膨胀系数较大的固体材料构成），双金属片式温度计（它的感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢固地结合在一起制成）。
固体膨胀式温度计具有结构简单、可靠的优点，但精度不高。 压力式温度计 压力式温度计是利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。压力式温度计的工作介质可以是气体、液体或蒸汽。 压力式温度计简单可靠、抗震性能好，具有良好的防爆性，故常用在飞机、汽车、拖拉机上，也可用它做温度控制信号；这类温度计动态性能差，示值的滞后大，不能用于测量迅速变化的温度。 热电偶温度计
热电偶温度计是在工业生产中应用较为广泛的测温装置。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。 根据热电偶的材质和结构不同，可分为标准化热电偶和非标准化热电偶。 热电阻温度计 随着温度的升高，导体或半导体的电阻会发生变化，温度和电阻间具有单一的函数关系，利用这一函数关系来测量温度的方法，即为热电阻测温法，用于测温的导体或半导体被称为热电阻。 图：三线制热电阻温度计 测温用的热电阻主要有金属电阻和半导体两大类。热电阻引线有两线制、三线制和四线制3种。