什么是熱電偶？它是如何被定義的？

熱電偶(thermocouple)是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。選擇熱電偶要根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測定對象的性能、響應(yīng)時間和經(jīng)濟(jì)效益等綜合考慮。

熱電偶是利用熱電效應(yīng)來進(jìn)行溫度測量的，熱電效應(yīng)是指兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)兩個接合點溫度不同時，就會在回路中產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，產(chǎn)生的電動勢稱之為熱電勢。我們將直接用作測量介質(zhì)溫度的一端稱為工作端或測量端，將不直接用作測量介質(zhì)溫度的一端稱為冷端或補(bǔ)償端，將冷端與顯示儀表或其他配套儀器相連接，儀表上便會顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。

熱電偶產(chǎn)生的熱動勢由兩部分組成，一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動勢，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動勢。因此，熱電勢的大小僅與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接合點的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺寸等參數(shù)無關(guān)。當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動勢便是兩接合點溫度的函數(shù)差。

從理論上講， 任何兩種導(dǎo)體都可以配制成熱電偶， 但實際上并不是所有材料都能制作熱電偶， 故對熱電極材料必須滿足以下幾點：

1. 熱電偶材料受溫度作用后能產(chǎn)生較高的熱電勢， 熱電勢和溫度之間的關(guān)系最好呈線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系;

2.能測量較高的溫度， 并在較寬的溫度范國內(nèi)應(yīng)用， 經(jīng)長期使用后， 物理、化學(xué)性能及熱電特性保持穩(wěn)定;

3.要求材料的電阻溫度系數(shù)要小， 電阻率高， 導(dǎo)電性能好， 熱容量要小;

4. 復(fù)現(xiàn)性要好， 便于大批生產(chǎn)和互換， 便于制定統(tǒng)一的分度表;

5.機(jī)械性能好， 材質(zhì)均勻;

6.資源豐富， 價格便宜。

大多數(shù)測量問題和錯誤與熱電偶由于缺乏對熱電偶工作的認(rèn)識。下面列出的是一些需要注意的常見問題和誤區(qū)。

連接問題

許多測量誤差是由熱電偶引起的意外。記住，任何不同金屬的連接會造成結(jié)。如果你需要增加你的熱電偶引線的長度，你必須使用熱電偶線正確的類型(例如K型熱電偶K型)。使用其他類型的導(dǎo)線將熱電偶。任何使用的連接器必須用正確的熱電偶材料和極性正確必須遵守。

引線電阻

為了減少熱分流和提高響應(yīng)時間，熱電偶由細(xì)線(在鉑類成本的情況下也是一個考慮因素)。這會導(dǎo)致熱電偶具有較高的電阻，可以使它對噪聲敏感，也會導(dǎo)致誤差的測量儀器的輸入阻抗。一個典型的暴露的結(jié)熱電偶32 AWG電線(直徑0.25毫米)將電阻約15歐姆/米。Pico TC-08儀器有2米Ω輸入阻抗，所以會有小于12米的電纜0.01%錯誤。如果導(dǎo)線細(xì)、長電纜熱電偶是必要的，它是值得保留的熱電偶引線短，然后用熱電偶線(這是較厚的，因此具有較低的電阻)運行熱電偶與測量儀器之間。它總是在使用前測量你的熱電偶電阻很好的預(yù)防措施。

標(biāo)定降級

這是無意改變熱電偶絲的化妝效果。通常的原因是大氣顆粒擴(kuò)散到金屬在操作溫度的極端。另一個原因是從保溫擴(kuò)散到熱電偶絲和化學(xué)雜質(zhì)。如果在高溫下操作，檢查探頭的絕緣規(guī)范。

噪聲

從熱電偶的輸出信號是非常小的，因此很容易發(fā)生電噪聲拾取。大多數(shù)測量儀器(如TC-08儀器)拒絕任何共模噪聲(對線是相同的信號)，噪聲可以通過扭曲的電纜一起幫助確保電線接相同的噪聲最小化。此外，TC-08儀器使用一個集成的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器有助于平均任何剩余的噪聲。如果在非常嘈雜的環(huán)境中工作(如在大型電機(jī))正考慮采用屏蔽電纜值得推廣。如果懷疑是拾取噪聲，首先關(guān)掉所有可疑的設(shè)備看閱讀的變化。

共模電壓

雖然熱電偶信號是非常小的，大的電壓往往存在于輸入到測量儀器。這些電壓可能是感應(yīng)傳感器(一個問題時，測試電機(jī)繞組和變壓器的溫度)或“接地”連接。一個接地的交界處的一個典型的例子是一個絕緣的熱電偶測量溫度的熱水管。如果有任何不良的接地連接，幾伏愿管與測量儀器之間存在的地球。這些信號是再普通模式(在熱電偶絲一樣)所以不會造成問題的大多數(shù)儀器只要不是太大。例如，TC-08儀器有一個共模輸入范圍為4 V至4 V–如果共模電壓大于此，將導(dǎo)致測量誤差。共模電壓可以最小化，采用相同的布線預(yù)防噪聲，并采用絕緣熱電偶。

熱分流

所有熱電偶有質(zhì)量。加熱質(zhì)量需要能量，這樣會影響到你的測量溫度。例如測量液體溫度在試管中有兩個潛在的問題。一，熱能將前往了熱電偶絲和消散到大氣中，減少導(dǎo)線周圍的液體溫度。如果熱電偶不充分浸泡在液體中會出現(xiàn)類似的問題。由于較冷的環(huán)境空氣溫度對導(dǎo)線、熱傳導(dǎo)可能導(dǎo)致熱電偶是在不同溫度下的液體本身。在上面的例子中，用細(xì)導(dǎo)線的熱電偶可能有幫助，因為它會導(dǎo)致一個陡峭的梯度沿?zé)犭娕冀z溫度的交界處之間的液體和空氣。如果是用細(xì)線熱電偶，就必須考慮導(dǎo)線的電阻。一個用細(xì)線連接到更厚的熱電偶線熱電偶的使用往往提供了的妥協(xié)。