热电偶原理及分度表的应用

热电偶的测温原理摘要：通过对金属的接触电动势和温差电动势来进行简化的数学推导，从根源来阐述热电偶的工作原理，并通过实验来简化。

从而系统地解释了热电偶的输入量（温度）和输出量（电流，电压）的线性关系。

以及热电偶的选型要求，和材料性能。

关键词：热电效应、电动势、选型、材料；0 引言温度测量是通过某些测温物质的各种物理性能变化，例如固体的尺寸,密度,硬度粘度,电导率,热辐射等的变化来判断被测物体的温度。

在许多测量方法中，热电偶测温的应用为最广泛之一。

主要优点：①接触式测温，准确度较高；②结构简单，体积小，安装方便；③测量范围广：-150ºC----1600ºC，采用特殊材料时可达2800ºC。

④热容量小，响应速度快，热电极不受形状限制1热电偶传感器的工作原理1.1 热电效应如图1所示，由两种导体A,B 构成一个闭合回路，使两端结点处于不同温度下。

回路中便产生热电势和电流。

这种物理现象称为热电效应。

图 1定义：导体A，B为热电极；测温结点处在T温度场下为测量端，或工作端，热端。

结点处在To温度场下为参考端，或自由端，冷端。

1.2 热电偶中的电势1.2.1接触电势（伯尔帖电势）互相接触的两种金属导体内部因自由电子密度不同，当接触时两种导体在接触界面上会发生电子扩散。

电子扩散的速率与自由电子的密度及金属所处的温度呈正比。

假定,金属A 的自由电子的密度为NA,金属B 的自由电子的密度为NB. 自由电子的密度大的向自由电子的密度小的方向扩散。

失去电子一方带正电，得到电子一方带负电。

这种扩散运动逐渐在界面上建立电势，类似于势垒，它又阻碍自由电子进一步扩散，产生了一个动态平衡。

图 2接触电势的关系式：图 3K:波尔兹曼常数 J/KT:接触界面处的温度e:电子电荷量 C NA,NB 分别为金属A,B 的自由电子密度.对于To 结点有:回路总接触电势:BAAB N N e kT T e ln)(=•当T=To,或A ，B 导体同质材料时，则回路总接触电势为零。

热电偶测量原理摘要：温度，无论是在工业还是农业生产过程中都属于很普遍又很重要的指标。

测量温度信号使用各种类型的温度传感器实现，如热电偶（TC）、热电阻（RTD）、热敏电阻（NTC）等。

本文主要介绍热电偶测量原理及其类型，以及对热电偶选取的简单介绍。

一、何为热电偶两种不同材料的导体或半导体（通常称为热点极）两端接合（接合点A与B）形成回路时候，当两端的接合点T A≠T B时，在回路中就会产生电动势，通过温度差变化引起电动势的变化称为热电效应，该电动势又被称为热电势，如图 1所示。

由于该热电势是由两种不同的导体材料产生的，又称之为热电偶。

由热电偶的定义可以发现，热电偶可将温度直接转化电信号，使得测量可以很容易简单的进行。

图 1 热电效应原理二、热电偶类型对于热电偶热电势的产生需要达到如下条件：1.两种不同材料的导体或半导体；2.温度差的产生，即TA≠TB；改变T A（称之为测量端，也叫热端）结点温度时，保持T B（称之为参考端，也叫冷端）处于一恒温状态，就能通过热电势与温度关系得出该两种材料所形成的热电偶分度表，由于热电势指的是E AB（T A，T B），两端接合点温度差所对应的电势差有关，而温度差相同但温度段不同时对应的信号大小也是不一致的，例如0~50℃和50~100℃的温度差相同，但信号大小却是不相同，为了准确测量温度信号就必须把其中一头的温度固定下来，通常分度表的T B一般为0℃。

所以从理论上讲，任何两种导体都可以配制为热电偶，但得到的并不全是满足测量需求的，如测温精度、测温范围、测温瞬变程度等。

在多年的时间测试了许多种热电材料组合的热电特性，经过百多年的发展已经对产品的规格及性能都已标准化。

目前常用的热电偶类型有8种，S、R、B、E、T、J、K、N。

其中S、R、B属于贵金属材料热电偶；E、T、J、K、N属于廉金属材料热电偶。

对于热电偶类型所选用的材料均可在网上找到对应资料。

对于不同型号类型热电偶拥有自己所测量的最优温度区间，将在后续选取中进一步介绍。

热电偶测温原理及应用摘要热电偶测温在化工生产中有着重要的意义, 本文阐述了热电偶测温的原理及其应用。

关键词温度测温方法热电偶测温一、热电偶测温基本原理将两种不同材料(但符合一定要求)的导体或半导体A 和B 的任意一端焊接在一起就构成了热电偶。

组成热电偶的导体或半导体称为热电极, 被焊接的一端插入测温场所,称为工作端, 另一端称冷端。

当两端温度不同时就会有热电势产生, 它是测量温度的感温元件, 将温度信号转换为电信号再由仪表显示出来。

热电偶的测温原理就是利用了热电效应。

任意两种材质不同的金属导体或半导体A 和B 首尾连接成闭合回路, 只要两接点T1和T2 的温度不同, 就会产生热电势, 形成热电流, 这就是热电效应。

热电偶原理图热电势的大小与材质有关, 与热电偶两端的温差有关。

对应一定材质, 其两端的温度与热电势间有固定的函数关系, 利用这个关系就可以测出温度值来。

热电偶的热电势随温度的升高而增大, 其热电势的大小与热电偶的材料和热电偶两端的温度值有关, 而与热电极的长度、直径无关。

1 .热电偶的广义分类热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

所为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。

非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准热电偶, 一般也没有统一的分度表, 主要用于某些特殊场合的测量。

为了保证热电偶可靠、稳定地工作, 对它的结构要求是:组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;两个热电极彼此之间应很好地绝缘, 以防短路;补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

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。

实验三热电偶与热电阻的温度测量一、实验目的：1、了解热电偶测量温度的原理与应用。

2、了解热电偶冷（自由）端温度补偿的原理与方法。

3、了解热电阻的测温原理与特性。

二、实验原理：将两种不同的金属丝组成回路，如果二种金属丝的两个接点有温度差，在回路内就会产生热电势，这就是热电效应，热电偶就是利用这一原理制成的一种温差测量传感器，置于被测温度场的接点称为工作端，另一接点称为冷端(也称自由端)，冷端可以是室温值也可以是经过补偿后的0℃、25℃的模拟温度场。

热电偶是一种温差测量传感器。

为直接反映温度场的摄氏温度值，需对其自由端进行温度补偿。

热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温槽法、自动补偿法、电桥法，常用的是电桥法(图3-2)，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0℃时达到平衡(亦有20℃平衡)。

当热电偶自由端(a、b)温度升高时(>0℃)热电偶回路的电势Uab下降，由于补偿器中PN结呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。

热电阻用于测温时利用了导体电阻率随温度变化这一特性，对于热电阻要求其材料电阻温度系数大，稳定性好、电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。

常用的有铂电阻和铜电阻，热电阻阻值Rt与温度t的关系为：Rt=R0(1+At+Bt2)本实验采用的是Pt100铂电阻，它的R0=100Ω，A=3.9684×10-2/℃，B=5.847×10-7/℃2，铂电阻采用三线连接法，其中一端接二根引线主要为了消除引线电阻对测量的影响。

三、需用器件与单元：K型、E型热电偶、温度源、温度控制仪表、温度控制测量仪（9000型）。

温度传感器实验模板、冷端温度补偿器、直流±15V、外接+5V电源适配器。

Pt100铂热电阻。

四、实验步骤：1、将热电偶插到温度源两个传感器插孔中任意一个插孔中，（K型、E型已装在一个护套内），K型热电偶的自由端接到主控箱面板上温控部分的Ek端，用它作为标准传感器，配合温控仪表用于设定温度，注意识别引线标记，K型、E型及正极、负极不要接错。

热电偶原理及其分度表的应用1. 热电偶原理热电偶是一种基于热电效应的温度测量仪器，由两种不同金属导线组成。

热电偶的原理是基于两种金属导线在温度变化时产生的热电势差。

当两种金属导线的接触点处于不同温度环境下时，由于两种金属导线的热电势差不同，会形成一个闭合回路。

通过测量这个闭合回路的热电势差，可以间接测量温度。

2. 热电偶的组成热电偶由两种不同金属导线组成，常用的金属有铜、铁、镍、铬等。

这两种金属导线的接触点处于测量温度的位置，称为测点。

通常将与温度测量无关的那一段金属导线称为冷端，以保持其在一个恒定温度下。

3. 热电偶的原理当两种金属导线的接触点处于不同温度环境下时，由于两种金属的热电势差不同，会形成一个闭合回路。

这个热电势差可以通过热电偶表（冷端与测点之间的两段导线）来测量。

热电偶表可以根据热电势差的变化来确定温度的变化。

4. 热电偶分度表的应用热电偶分度表是通过实验测量得出的热电势差和温度之间的关系表格。

它可以用于将热电偶的热电势差转化为对应的温度值。

通过查阅热电偶分度表，可以准确得到特定的热电势差对应的温度。

由于不同种类的热电偶具有不同的热电势差-温度关系，因此需要选择正确的分度表来进行测量。

常用的热电偶分度表有K型、J型、T型等。

在实际应用中，我们需要根据测量温度的范围和要求来选择合适的热电偶和相应的分度表。

5. 热电偶分度表的示例下面是K型热电偶的分度表示例，用于将热电势差转化为温度值的参考：热电势差（mV）温度（℃）0.000 -200.00.515 -150.01.073 -100.0 1.928 -50.03.554 0.06.203 50.09.208 100.013.448 150.018.900 200.0通过这个示例表格，我们可以看到不同热电势差对应的温度。

在实际测量中，可以通过测量到的热电势差查阅分度表，从而得到精确的温度值。

6. 总结热电偶是一种基于热电效应的温度测量仪器，利用两种不同金属导线在温度变化时产生的热电势差来测量温度。

S型热电偶分度表简介热电偶是一种常见的温度测量装置，常用于工业生产过程中对温度的测量和控制。

S型热电偶是热电偶的一种，广泛应用于高温测量场合，其测量范围可达到1300摄氏度。

为了能够准确测量温度，需要对热电偶进行校准，而热电偶分度表就是用于校准S型热电偶的参考表。

分度表的作用热电偶分度表是一份表示热电偶的电动势与温度之间关系的表格。

通过测量热电偶的电动势并查找分度表，可以准确地确定热电偶所测量的温度。

分度表的编制需要经过一系列实验和数据处理，以建立电动势与温度之间的数学模型，从而实现温度的精确测量。

S型热电偶分度表的结构S型热电偶分度表通常以温度为横坐标，电动势为纵坐标，通过数学插值的方式得到不同温度下的电动势数值。

分度表一般是一个二维表格，其中每个单元格代表一个温度点对应的电动势值。

通常分度表的精度要求较高，以保证热电偶测量的准确性。

分度表的使用方法使用S型热电偶分度表进行温度测量时，需要通过测量热电偶的电动势来查表得到对应的温度值。

具体步骤如下：1.使用热电偶测量待测温度的电动势。

2.将测量得到的电动势与分度表进行比对，找到电动势最接近的数值。

3.在分度表中找到对应电动势数值的温度值。

如果找不到完全匹配的数值，可以使用插值的方法计算出近似的温度值。

分度表通常提供了更加详细的数据，在使用时还需要考虑其他因素，如环境温度、线路电阻的影响等。

需要注意的是，分度表只能用于校准具有相同型号的热电偶，不同型号的热电偶可能有不同的分度表。

分度表的更新和校准随着时间的推移，热电偶的测量性能会发生变化，因此，分度表的数据也会存在一定的变化。

为了确保测量的准确性，需要定期更新和校准热电偶分度表。

更新分度表需要进行实验和数据处理，以获得更准确的热电偶电动势与温度之间的关系。

校准过程中，需要将热电偶与已知温度源相连接，确认热电偶测量的准确性。

总结S型热电偶分度表是校准S型热电偶的重要工具，通过对热电偶的电动势和温度之间关系的建立，实现了温度测量的精确性。

热电偶热电阻测温应用原理热电偶测温的应用原理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。

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。

热电偶的原理及使用热力学温标1848年威廉•汤姆首先提出以热力学第二定律为基础，建立温度仅与热量有关，而与物质无关的热力学温标。

因是开尔文总结出来的，故又称开尔文温标，用符号K表示。

它是国际基本单位制之一。

根据热力学中的卡诺定理，如果在温度T1的热源与温度为T2的冷源之间实现了卡诺循环，则存在下列关系式Q1——热源给予热机的传热量Q2——热机传给冷源的传热量如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的传热量来完全地确定温标。

1954年，国际计量会议选定水的三相点为273.16，并以它的1/273.16定为一度，这样热力学温标就完全确定了，即T=273.16(Q1/Q2)。

国际实用温标为解决国际上温度标准的同意及实用问题，国际上协商决定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一定的准确度），又使用方便、容易实现的温标，即国际实用温标International Practical Temperature Scale of 1968(简称IPTS-68)，又称国际温标。

1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用t表示，其单位是开尔文，符号为K。

1K定义为水三相点热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为273.16 K，这是建立温标的惟一基准点。

注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温度间隔1K=1℃。

T0是在标准大气压下冰的融化温度，T0 = 273.15 K。

水的三相点温度比冰点高出0.01 K。

温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。

它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。

微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。

一、热电偶的工作原理两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。