熱電偶溫度計

熱電偶溫度計是以熱電效應為基礎的測溫儀表。它的結構簡單、測量範圍寬、使用方便、測溫準確可靠，信號便於遠傳、自動記錄和集中控制，因而在工業生產中套用極為普遍。熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶（感溫元件）；測量儀表（動圈儀表或電位差計）；連線熱電偶和測量儀表的導線（補償導線）。熱電偶是工業上最常用的一種測溫元件。它是由兩種不同材料的導體A和B焊接而成。焊接的一端插入被測介質中，感受到被測溫度，稱為熱電偶的工作端或熱端，另一端與導線連線，稱為冷端或自由端（參比端）。導體A、B稱為熱電極。

基本介紹

• 中文名：熱電偶溫度計
• 套用：工業生產
• 性質：測溫裝置
• 優點：精確度高，量程範圍寬

設備原理

兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成迴路，當接合點的溫度不同時，在迴路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連線，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。

熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對於熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：

1）熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函式的差，而不是熱電偶冷端與工作端兩端溫度函式的差；

2）熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；

3）當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定後，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函式。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合迴路，如圖所示。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在迴路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。

套用

採用雙金屬溫度計、熱電偶或熱電阻一體化溫度變送的方式，既滿足現場測溫需求，亦滿足遠距離傳輸需求,可以直接測量各種生產過程中的-80~+500℃範圍內液體、蒸氣和氣體介質以及固體表面測溫。

用途：用於測量各種溫度物體，測量範圍極大，遠遠大於酒精、水銀溫度計。它適用於煉鋼爐、煉焦爐等高溫地區，也可測量液態氫、液態氮等低溫物體。

溫差電序

舊稱“熱電序”，按金屬（或半導體，下同）在溫差電現象中的性質排成的序列。從序列中任取兩種金屬製成一溫差電偶時，在溫度高的結合點，電流從序列中在前的金屬流向序列中在後的金屬。

常見溫差電序如下：

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。

安裝

熱電偶和熱電阻溫度計屬於接觸式溫度計，由於其無法替代的優點成為工礦企業和科研院所常用的溫度測量儀表。正確的安裝熱電偶和熱電阻感測器是保證其測量精度和使用壽命的重要因素。下面根據平時的使用情況以幾種常用的安裝方式作些介紹，希望能給大家的實際工作提供點參考。

首先熱電偶和熱電阻的安裝應儘可能保持垂直，以防止保護套管在高溫下產生變形，但在有流速的情況下，則必須迎著被測介質的流向插入，以保證測溫元件與流體的充分接觸以保證其測量精度。

另外熱電偶和熱電阻應儘量安裝在有保護層的管道內，以防止熱量散失。其次當熱電偶和熱電阻感測器安裝在負壓管道中時，必須保證測量處具有良好的密封性，以防止外界冷空氣進入，使讀數偏低。

當熱電偶和熱電阻感測器安裝在戶外時，熱電偶和熱電阻感測器的接線盒面蓋應向上，入線口應向下，以避免雨水或灰塵進入接線盒，而損壞熱電偶和熱電阻接線盒內的接線影響其測量精度。

應經常檢查熱電偶和熱電阻溫度計各處的接線情況，特別是熱電偶溫度計由於其補償導線的材料硬度較高，非常容易從接線柱脫離造成斷路故障，因此要接線良好不要過多碰動溫度計的接線並經常檢查，以獲得正確的測量溫度。

熱電偶安裝時應放置在儘可能靠近所要測的溫度控制點。為防止熱量沿熱電偶傳走或防止保護管影響被測溫度，熱電偶應浸入所測流體之中，深度至少為直徑的10倍。當測量固體溫度時，熱電偶應當頂著該材料或與該材料緊密接觸。為了使導熱誤差減至最小，應減小接點附近的溫度梯度。

當用熱電偶測量管道中的氣體溫度時，如果管壁溫度明顯地較高或較低，則熱電偶將對之輻射或吸收熱量，從而顯著改變被測溫度。這時，可以用一輻射禁止罩來使其溫度接近氣體溫度，採用所謂的屏罩式熱電偶。

選擇測溫點時應具有代表性，例如測量管道中流體溫度時，熱電偶的測量端應處於管道中流速最大處。一般來說，熱電偶的保護套管末端應越過流速中心線。

常見問題

1、熱電偶安裝不合理引起的問題

熱電偶在對待測物質進行測溫時，位置的選擇十分的重要，對其精確度影響較大。一旦位置安裝不對，插入深度不達使用標準，熱電偶工作誤差就會隨之增大。而且由於沒同物質的導熱性能不同，套用熱電偶時，要對插入深度進行校正與調整，並反得試驗來確度深度，否則誤差控制很難到位。

2、熱輻射以及導熱問題

熱輻射範圍較大，會對正在測量的熱電偶測量端產生輻射熱影響，成為測量誤差的來源之一。而導熱誤差則是熱電偶本身構造所形成的，其導體導熱隨著長度的變化會出現溫度差，使得溫度指示值出現偏差。

3、熱電偶動態回響問題

熱電偶的動態回響問題是指熱電偶進入待測物質後，其指示值回響時間超出了標準回響時間。熱電偶是插入式測溫，需要測量端與待測物溫度無偏差，才能進行電信號的轉化。因此，這種回響時間的快速直接影響著其靈敏度。這種靈敏度受構造和使用環境溫度條件所影響。靜止測量時，熱電偶靈敏度高，準確度高。而當待測物質溫度是動態變化狀態時，熱電偶或無法與這種變化保持同步，就會產生動態回響誤差，使每一時刻的測量值出現偏差。

4、測量系統漏電引起的問題

熱電偶結構存在缺陷，如絕緣層老化開裂而漏電，溫度差形成的熱電流損失，熱電勢受影響，導致測量端出示的溫度值與實際溫度存在溫差誤差，甚至出現測量值無法顯示的故障。

處理措施

1、合理選擇測溫點與插入深度

熱電偶測溫，位置和深選擇至關重要。為保證測量準確，要對待測環境進行數據採集分析總結，尋找最佳的檢測點來消除測溫誤差，從而達到溫度監測和控制的作用。對於最佳的插入深度，要從熱電偶本身結構、材質和保護材質、密封性等方面綜合考慮，進行深度檢測實線並總結數據變化規律，利用其它工具對其進行分析，從而將最佳深度數據確定下來。

對於測量環境的不同，熱電偶插入深度確定同樣需要實驗確定，才能有效避免測溫誤差超差問題的出現。

2、熱輻射及導熱問題的修正

熱輻射誤差修正方法如下：一是通過對流形式來降低輻射熱；二是通過隔離措施控別熱交換。

3、熱電偶動態回響問題的修正

熱電偶動態回響強弱是其靈敏性的表現。提高靈敏性，才能加快熱回響速度。可以從加快熱感測回響速度和調小滯後時間兩方面來校正。研究結果表明，熱電偶熱回響越快，其接點體積越細小，接觸面越大。

因此，進行校正時，可以改變檢測端外形，使熱電偶接點體積精細化，還要與待測液的接觸面積增大，從而縮小熱電偶的熱回響滯後時間。此外，採用導熱性能強，熱回響快的材質作熱電偶感測器，將動態回響誤差降至安全標準內，才能將熱電偶的最佳性能發揮出來。

4、測量系統漏電問題的修正

熱電偶測溫系統有電流變，絕緣層容易老化，必須定期維護、檢查和保養，才能避免漏電誤差。此外，還可增大熱電偶直徑，加厚保護層等方法來避免誤差超差。

注意事項

1）從實際測溫環境出發，科學選擇熱電偶類型和保護層材質。

2）合理選用冷端補償器。

3）插入深度經確定不要隨意更改，與被測物質接觸距離在10cm以內，保證插入部位為中央部位。

4）熱電偶的使用環境要均衡，避免忽冷忽熱損傷防瓷骨保護管。

5）設有保護裝置的熱電偶必須帶保護裝置進行作業。

6）熱電偶保護裝置要及時保養維護，發現變薄、開焊、腐蝕等情況立即更換。

7）熱電偶接線要按照圖紙進行，特別需要注意的是補償導線的正、負極。

8）特別注意保護補償導線，防刮傷、折斷和電磁干擾等。