热电偶温度计

热电偶温度计是工业生产自动化领域应用*广泛的一种测温仪表，某些高精度的热电偶被用作复现热力学温标的基准仪器。热电偶温度计由热电偶、显示仪表及连接二者的中间环节组成。热电偶是整个热电偶温度计的核心元件，能将温度信号直接转化成直流电势信号，便于温度信号的传递、处理、自动记录和集中控制。热电偶温度计具有结构简单、使用方便、动态响应快、测温范围广、测量精度高等特点，这些优点都是膨胀式温度计所无法比拟的。一般情况热电偶温度计被用来测量-200~1600℃的温度范围，某些特殊热电偶温度计可以测量高达2800℃的高温或低至4K的低温。

1、 热电偶的工作原理

热电偶是热电偶温度计的检测元件即传感器。热电偶测温是工作在热电效应的基础之上的。            将两种不同材质的导体或半导体构成的闭合回路，该闭合回路称为热电偶。构成热电偶的两种不同材料称为热电极。热电极有两个连接点：其中一个连接点在工作时插入被测温度场，感受被测温度信号，称该点为测量端、工作端或热端；另一个连接点在工作时一般处于周围环境中，称为参比端、自由端、固定端或冷端。由热电效应原理可知，对于A、B两种材质组成的热电偶，两端温度分别为t、t₀ 时产生的热电势大小E_AB（t，t₀）可用下式表示，即

                       E_AB（t，t₀）=e_AB (t)-e_AB(t₀)    

式中E_AB（t，t₀）——A、B两种材质组成的热电偶，两端温度分别为t、t₀时产生的热电势；

          e_AB (t) ——热电偶测量端的热电势；

         e_AB (t₀) ——热电偶参比端的热电势；

            t，t₀——测量端、参比端温度。

当热电偶材料已知且均匀时，固定参比端温度t₀ ，热电势E_AB（t，t₀）将只与测量端温度t有关，这就建立了热电势与被测温度间一一对应的函数关系。因此通过测量热电势就可以知道被测温度的大小，这就是热电偶测温的依据。

热电偶的热电势与温度间的数学关系称为热电偶的热电特性。热电偶的热电特性由热电极材料的化学成分和物理性能决定，到目前为止，热电偶的热电特性都是通过实验测得的，不能由理论计算得到。热电势的大小只与组成热电偶的材料和热电偶两端温度有关，与热电偶的形状、尺寸、长短及粗细无关。

关于热电势的几点说明如下：

①    热电偶的热电势与温度直接是非线性的关系，目前采用热电特性曲线和分度表（各种热电偶的热电势与温度的对照表）两种形式描述二者的关系。

②    热电极有正、负之分，热电势也有正负极性之分。

            E_AB（t，t₀）=-E_AB（t，t₀）=-E_AB（t₀ ，t）

③    使用热电偶测温时只有保证t₀保持不变，热电势E_AB（t，t₀）与被测温度t才是一一对应的关系，如果t₀发生变化，及时t保持不变，E_AB（t，t₀）也会发生变化，给测量带来附加误差。

④    如果组成热电偶的两种热电极材料相同，无论两个接触点的温度如何，热电势保持为零。

⑤    如果两个接触点的温度相同，即使组成热电偶的两种热电极材料不同，热电势也会为零。