热电偶基础知识详解!干货

         一、温度与测温

　　1. 温度：是表征物体的冷热程度的物理量，是七个基本物理量之一，是物体内部分子无规则运动的宏观反映。

　　2. 温标：即温度的标准，是温度高低的标准尺度，是温度的数值表示方法。各种温度计的数值都是由温标决定的。

　　3. 温标三要素：利用物质的“相平衡温度”为固定点刻在温度计上，而固定点之间的温度值则用理论推导的数学公式(又称内插方程)来表达。温度计、固定点、内插方程称为温标三要素。

　　4. 常用固定点：水0.01℃，锡231.928℃，锌419.527℃，铝660.323℃，铜1084.62℃。

　　5. 华氏温标：1714年，规定水的凝固点为32度，水的沸点为212度，将这两个固定点之间等分180格，每一格称为华氏一度，用℉表示。

　　6. 摄氏温标：1742年，规定水的凝固点为0度，水的沸点为100度，将这两个固定点之间等分100格，每一格称为摄氏一度，用℃表示。它是应用最广的一种温度标准。换算公式：℉=1.8℃+32。

　　7. 热力学温标：1848年英国科学家开尔文提出了建立在热力学第二定律基础上的与测温物质性质无关的温标，叫热力学温标，用“K”表示。换算公式：℃=K-273.15。

　　8. 绝对零度：根据热力学第三定律，绝对零度就是理想气体分子停止无规则运动而处于静止状态，内能为零，即“0”K。

　　9. 国际实用温标：为了推进热力学温标的实际应用，1990年各国科学家在热力学温标的基础上共同制定了国际实用温标ITS-90，仍然用“K”表示。我国从1994年1月1日起执行ITS-90国际温标。

　　10. 温度计：测量温度的仪器叫温度计，分直接测温、间接测温两类。利用物质的热电特性测温的叫热电偶温度计(简称热电偶)，利用物体的电阻温度特性测温的叫热电阻温度计(简称热电阻)，利用物体的热膨胀特性测温的有双金属温度计、压力式温度计、玻璃液体温度计。间接测温有辐射温度计、远红外温度计、光电温度计等等。

　　11. 温度测量：热力学第零定律为温度测量和检定提供了理论依据。大多数的温度测量都是采用比较法，根据热交换系统的热平衡点来测量温度的。

　　二、热电偶基础

　　1. 热电效应：将两根不同的导体连接在一起，当导体的两端温度不一致时，导体构成的回路中就有电流产生，这种现象叫物质的热电效应(塞贝克效应)。热电特性是物质普遍具有的一种物理特性。

　　2. 热电偶：以测量热电动势的方法来测量温度的一对金属导体。注意是两根不同的均质导体，且只有热电特性曲线线性好、稳定性好、热电势率较大、耐蚀性好的一对金属导体才可用于热电偶。

　　3. 热电极：构成热电偶的两根金属导体叫热电极，其中一根叫正极，另一根叫负极。

　　4. 测量端与参比端：热电偶的焊接端叫测量端，也叫热端，另一端用于连接显示仪叫参比端，也叫冷端。

　　5. 热电动势：热电偶回路中由于测量端和参比端温度不一致时所产生的电动势，叫热电动势，包括温差电势和接触电势两部份。当参比端温度恒定时，热电偶的热电动势大小与测量端温度一一对应。

　　6. 热电势率：指温度每变化1℃引起热电偶的热电动势的变化值，又称“塞贝克系数”，单位为μV/℃。温度需换算成热电动势才能进行运算。

　　7. 热电偶的基本定律：均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律、连接导体定律、参考电极定律。

　　8. 热电偶起源：基于1821年塞贝克发现的热电效应，1826年贝克雷尔首先根据热电效应来测量温度。

　　9. 分度号：对热电特性在一定范围内一致的一个类别的热电偶的命名符号。热电极化学成分相同的两支热电偶，其分度号相同。

　　10. 分度表：每类分度号的热电偶在每摄氏度对应的热电动势的数据表，叫热电偶分度表。

　　11. 热电偶的结构：两端五部，热电偶三要素

　　12. 装配热电偶：热电偶偶丝、绝缘材料、保护套管经过装配而成，并可拆卸的热电偶。

　　13. 铠装热电偶：热电偶偶丝采用氧化镁粉绝缘，将偶丝、绝缘材料、保护套管组装在一起，反复拉拔缩径，加工成一体化的细长的不可拆卸的热电偶电缆，再分剪成需要的长度，制作测量端和接线端，即成为铠装热电偶。

　　三、热电偶选型基础

　　1. 热电偶分类：按结构分为装配热电偶、铠装热电偶;按热电特性，现有10个已标准化的分度号和其它具有专门用途的非标准化热电偶;按对数分单支、双支、多支热电偶;按热电极的资源状况，有贵金属热电偶和廉金属热电偶;按用途，有真空专用热电偶、高温耐磨热电偶等等。热电偶产品名称一般含有结构特征、分度号、对数等多种分类含义，如铠装K型双支热电偶。

　　2. 热电偶的使用温度：

　　名义使用温度：热电偶分度表的分度范围。

　　最高使用温度：在构成热电偶的偶丝、绝缘材料和保护套管中，取各自的最高耐温值中的最低值作为该热电偶的最高使用温度。一般指短期极限使用温度。

　　推荐最高使用温度：根据热电偶的最高使用温度，结合热电偶的直径、长度、介质特性等因素对热电偶的影响，确定的长期使用温度。

　　3. 热电偶的精度：指具体一支热电偶的热电特性与该类热电偶的标准分度表的符合程度，又叫允差(允许偏差)。热电偶的允差标准只与分度号有关，与结构形式无关。热电偶允差等级有I、II、III级。

　　4. 绝缘型与接地型：接地型热电偶是指在测量端把偶丝与外套管连通，但在其它部位，偶丝与套管的绝缘要求与绝缘型热电偶完全一样。绝缘材料的性能对热电偶的测温精度和使用寿命起着决定性作用，绝缘失效是热电偶损坏的主要形式之一。铠装热电偶室温绝缘电阻应大于1000 MΩ.m，装配热电偶室温绝缘电阻应大于100 MΩ.m。绝缘电阻还与长度和温度有关。

　　5. 铠装热电偶的性能特点：铠装热电偶相对于装配热电偶具有直径小、密封性好、可弯曲、热响应快、可靠性高、成本低、可批量生产、安装使用方便等特点，但机械强度和长期耐用性比装配热电偶略差。铠装热电偶在大多数场合都可以代替装配热电偶使用，有很多的厂家用铠装偶作为装配偶的芯子来改造装配热电偶。

　　6. 补偿导线：在一定温度范围内(-20～200℃)，具有与所连接的热电偶的热电特性相同的一对相互绝缘的导线，其作用是补偿热电偶接线端至显示控制仪表之间的温差所产生的热电动势。补偿导线根据线芯材质分为补偿型和延长型，根据使用温度分为普通型和耐热型，根据补偿精度分为普通型和精密型。

　　7. 温度变送器：将热电偶输出的非线性毫伏信号转换成统一的标准信号(4~20mA)输出的装置叫热电偶温度变送器。将温度变送器装配在热电偶的接线盒内，即构成带热电偶的一体化温度变送器。

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　　相关问答：

　　问：热电偶是什么?

　　答：热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两结合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。

　　如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。

　　各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。

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　　问：怎样区别热电偶正负极?

　　答：热电偶的正负极有明显的颜色区分。绿色的为正极，灰色的是负极。

　　K型热电偶具有线性度好、热电动势较大、灵敏度较高、稳定性和均匀性好、抗氧化性能强、价格便宜等优点，能用于氧化性、惰性气氛中。K型热电偶不能直接在高温下用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。