热电偶原理测温及其应用定则

热电偶用于温度测量电路1.1热电偶工作原理：热电偶是一种感温元件，热电偶由两种不同成份的均质金属导体组成，形成两个热电极端。

温度较高的一端为工作端或热端，温度较低的一端为自由端或冷端，自由端通常处于某个恒定的温度下。

当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在塞贝克电动势—热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。

测得热电动势后, 即可知道被测介质的温度。

热电偶温度测量由如图所示三部分组成：⑴ 热电偶⑵ 毫伏测量电路或毫伏测量仪表⑶ 连接热电偶和毫伏测量电路的补偿导线与铜线图1-1热电偶温度测量电路：图1-2原理如图1-2所示，热电偶产生的毫伏信号经放大电路后由VT 端输出。

它可作为A/D 转换接口芯片的模拟量输入。

第1级反相放大电路，根据运算放大器增益公式： 1111012L L O U R U R U ⨯-=⨯-=增益为10。

第2级反相放大电路，根据运算放大器增益公式：11101200561O O O VT U RW R U R RW U V ⨯+-=⨯+-===）（ 增益为20。

总增益为200，由于选用的热电偶测温范围为0～200℃变化，热电动势0～10mV 对应放大电路的输出电压为0～2V 。

A/D 转换接口芯片最好用5G14433，它是三位半双积分A/D ，其最大输入电压为1999mV 和1999V 两档(由输入的基准电压VR 决定)。

我们应选择1999V 档，这样5G14433转换结果(BCD 码)和温度值成一一对应关系。

如读到的BCD 码为01、00、01、05，则温度值为101℃。

因此，用5G14433 A/D 芯片的话，你可以将转换好的A/D 结果(BCD 码)右移一位(除以10)后直接作为温度值显示在显示器上。

如果A/D 转换芯片用ADC0809，则在实验前期，应先做两张表格：一、放大电路的输出电压和温度的对应关系，一一测量并记录下来制成表格；二、ADC0809的转换结果(数字量)和输入的模拟电压一一对应关系记录下来并制成表格，然后将这两张表格综合成温度值和数字值的一一对应关系表存入系统内存中，最后，编制并调试实验程序，程序中将读到的A/D 转换结果(数字量)通过查表转换成温度值在显示器上显示。

补偿 导 线 a T b To 显示 仪 表
2、 室温20℃，采用K型热电偶测量某物体温度。与其相配的显示仪表 具有冷端补偿功能。测量电路如上图所示，当仪表指示为100℃时，此 时用万用表测量热电偶的实测热电势为多少 ？（已知： E （ 20,0 ） =0.798mV; E （ 80,0 ） =3.266mV; E （ 100,0 ） =4.095mV; E （ 120,0 ） =4.919mV）。3.297
热电偶原理图 接触电势原理图
在实际应用中，温度为T的一侧是被测温度侧，又称电偶工作端或热 端；T0的一侧是参考温度侧，又称电偶参考端或冷端。 根据以上所述，可以得出下面几点结论： 1） 凡是两种不同性质的导体材料均可制成热电偶。 2） 热点偶所产生的热电势在热电极材料一定的条件下，仅决定于 测量端和参考端的温度，而与电极形状无关。 3）热点偶参考端温度必须保持恒定，最好保持为0℃。
E AB (T , T0 ) E AB (T ) E AB (T0 ) f (T ) f (T0 )
回路电势差：
接触电势原理图
＋ —
NA>NB 电子扩散方向→
ห้องสมุดไป่ตู้
热电偶接入第三种导体
E ABC (T , T0 ) E AB (T ) E BC (T0 ) ECA (T0 )
E AB (T , T0 ) E AB (T , Tn ) E AB (Tn , T0 )
3、热电偶结构及标准化热电偶
K,S
1-出线孔密封圈；2-出线孔螺母；3-链 环；4-盖；5-盖的密封圈；6-接链座； 7-接线盒；8-保护套管；9-热电极绝缘 子；10-热电偶测量端
工业热电偶结构图
4、冷端温度处理
因为 kT0 N BT 0 kT0 N CT 0 kT0 N BT 0 EBC (T0 ) ECA (T0 ) ln ln ln E AB (T0 ) e N CT 0 e N AT 0 e N AT 0

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热电偶的测温原理及误差分析
陆建东 （ 宁夏电建公司， 银川市 ７５０００１）
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摘 要： 温度是一个重要的物理量， 许多物理现象和化学性质都与温度有关， 许多生产过程均在一定温度
范围内进行， 所以在国民经济各个领域中， 必然会遇到有温度测量的问题。而热电偶具有结构简单， 制造容
对单一金属导体， 如果两端的温度不同， 则两端的自由
电子就具有不同的动能。温度高则动能大， 动能大的自由电
子就会向温度低的一段扩散。失去了电子的这一端就处于
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Ａ
Ｔ
Ｔ０
Ｂ 图 ３ 两种导体构成的热电偶回路
正电位， 而低温端由于得到电子处于负电位。这样两端就形
成了电位差， 称为温差电动势。
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种不同的导体首尾相连组成闭合回路， 如果两连接点温度 （ Ｔ， Ｔ０） 不 同 ， 则 在 回 路 中 就 会 产 生 热 电 动 势 ＥＡ（Ｂ ｔ， ｔ０） ， 形 成 热电流， 这就是热电效应。热电偶就是将 Ａ 和 Ｂ 两种不同 的金属材料一端焊接而成。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（ 接引线） 处在温度 Ｔ０ 称为 自由端或参考端， 也称 冷 端。Ｔ 与 Ｔ０ 的温差愈大， 热电偶的输出热电动势愈大； 温差 为 ０ 时， 热 电 偶 的 输 出 电 动 势 为 ０ｍＶ； 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 ， 如 常 用 的 Ｋ（ 镍 铬－ 镍 硅 或 镍 铝） 、Ｅ（ 镍 铬－ 康 铜） 、Ｔ（ 铜－ 康 铜） 等 等 ， 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。