熱電偶溫度計(jì)屬于接觸式溫度測(cè)量?jī)x器。溫度是根據(jù)熱電效應(yīng)的原理測(cè)量的，即塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)。它是溫度測(cè)量?jī)x器中常用的溫度測(cè)量元件。本文主要介紹熱電偶溫度計(jì)在水電工程中的應(yīng)用，供讀者參考。

1.熱電偶的基本原則

熱電偶溫度計(jì)屬于接觸式溫度測(cè)量?jī)x器。溫度是根據(jù)熱電效應(yīng)的原理測(cè)量的，即塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)。它是溫度測(cè)量?jī)x器中常用的溫度測(cè)量元件。將不同材料的導(dǎo)體A和導(dǎo)體B連接成一個(gè)閉環(huán)。接觸溫度測(cè)量點(diǎn)的一端稱(chēng)為測(cè)量端(或工作端)，另一端稱(chēng)為參考端(或自由端)。如果測(cè)量端和參考端的溫度T和t0不同，則在回路的A和B之間產(chǎn)生熱電勢(shì)EAB(t，t0)。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為塞貝克效應(yīng)，即熱電效應(yīng)。EAB的大小隨著導(dǎo)體甲和乙的材料以及兩端的溫度t0和t0而變化。這個(gè)循環(huán)被稱(chēng)為原型熱電偶。在實(shí)際應(yīng)用中，將A和B的一端焊接在一起作為熱電偶的測(cè)量端，并置于測(cè)量溫度T，同時(shí)將參考端分開(kāi)并通過(guò)導(dǎo)線連接到顯示儀器，參考端觸點(diǎn)的溫度t0保持穩(wěn)定。結(jié)果表明，電表測(cè)量的電位僅隨測(cè)量溫度和溫度的變化而變化。

當(dāng)?shù)谌饘俨牧线B接到熱電偶回路中時(shí)，只要材料的兩個(gè)觸點(diǎn)的溫度相同，由熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不會(huì)受到第三金屬連接到回路中的影響。因此，當(dāng)測(cè)量溫度熱電偶時(shí)，可以連接測(cè)量?jī)x器，并且在測(cè)量熱電勢(shì)之后可以知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。

根據(jù)熱電勢(shì)和溫度之間函數(shù)關(guān)系，計(jì)算熱電勢(shì)和溫度之間的函數(shù)關(guān)系。可以制作熱電偶索引表。分度表是在自由端溫度為0℃的條件下獲得的。不同的熱電偶有不同的畢業(yè)表。

理論上，任何兩個(gè)導(dǎo)體都可以制成熱電偶，但并非所有材料都可以制成熱電偶，因此熱電極材料必須滿足以下幾點(diǎn):

(1)熱電偶材料在溫度的作用下可以產(chǎn)生較高的熱電勢(shì)，熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系z(mì)ui優(yōu)選為線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系；

(2)能測(cè)量高溫，在我國(guó)應(yīng)用范圍廣。長(zhǎng)期使用后，物理、化學(xué)和熱電性能保持穩(wěn)定。

(3)材料要求電阻溫度系數(shù)小、電阻率高、導(dǎo)電性好、熱容量小。重現(xiàn)性好，便于批量生產(chǎn)和交換，便于制定統(tǒng)一的分度表；

(4)良好的力學(xué)性能和均勻的材料；

(5)資源豐富，價(jià)格低廉。

為了確保熱電偶可靠穩(wěn)定地工作，對(duì)熱電偶要求如下:

(1)由熱電偶組成的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；

(2)兩個(gè)熱電極應(yīng)相互絕緣良好，以防短路；

(3)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接應(yīng)方便可靠；

(4)保護(hù)套應(yīng)確保熱電極與有害介質(zhì)完全隔離。熱電偶溫度計(jì)的特點(diǎn)是:

(1)測(cè)量精度高。因?yàn)闊犭娕寂c被測(cè)物體直接接觸，所以它不受中間介質(zhì)的影響。

(2)測(cè)量范圍廣。常用熱電偶可在-50℃至+1600℃范圍內(nèi)連續(xù)測(cè)量。某些特殊熱電偶較大值可低至-269℃(如金、鐵、鎳和鉻)，較大值可高達(dá)+2800℃(如鎢錸)。

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常由兩種不同的金屬線組成，不受尺寸和起點(diǎn)的限制。與外部保護(hù)套一起使用非常方便。熱電偶是一種溫度傳感元件，可以將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào)，并可以通過(guò)與電測(cè)量?jī)x器的合作來(lái)測(cè)量測(cè)量的溫度。

2.熱電歐洲溫度計(jì)

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指熱電偶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱電勢(shì)與溫度、允許誤差之間的關(guān)系，并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表。它有一個(gè)顯示儀器可供選擇。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在范圍或數(shù)量級(jí)上不如標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶好，一般沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于一些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。熱電偶的畢業(yè)編號(hào)主要是S、R、B、N、K、E、J、T等。其中，硫、氫和硼是貴金屬熱電偶，氮、鉀、電、J和T是廉價(jià)金屬熱電偶。

硫指數(shù)具有很強(qiáng)的抗氧化性，適合在氧化和惰性氣氛中連續(xù)使用。長(zhǎng)期使用溫度為1400℃，短期使用溫度為1600℃。在所有熱電偶中，s指數(shù)的學(xué)位等級(jí)zui較高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；

與S指數(shù)相比，R指數(shù)具有幾乎相同的性能，只是熱電動(dòng)力約為15%。

在室溫下，B指數(shù)的熱電動(dòng)勢(shì)非常小，因此在測(cè)量過(guò)程中通常沒(méi)有必要補(bǔ)償導(dǎo)體。長(zhǎng)期使用溫度為1600℃，短期使用溫度為1800℃。它可以在氧化性或中性氣氛中使用，也可以在真空中使用很短時(shí)間。

氮指數(shù)(N index number)的特點(diǎn)是1300℃高溫抗氧化性強(qiáng)，熱電動(dòng)力長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，短期熱循環(huán)重現(xiàn)性好，耐核輻射性和耐低溫性好。它可以部分替代S指數(shù)熱電偶；

鉀指數(shù)具有很強(qiáng)的抗氧化性，適合在氧化和惰性氣氛中連續(xù)使用。長(zhǎng)期使用溫度為1000℃，短期使用溫度為1200℃。嘴廣泛用于所有熱電偶；

指數(shù)的特征在于其大的熱電動(dòng)力zui，即常用的高靈敏度zui熱電偶。應(yīng)在0-800℃的氧化和惰性氣氛中連續(xù)使用。

J指數(shù)(J index number)的特點(diǎn)是既可用于氧化氣氛(使用溫度上限為750℃)又可用于還原氣氛(使用溫度上限為950℃)，耐H2和一氧化碳?xì)怏w腐蝕，主要用于煉油和化工行業(yè)。

測(cè)試指數(shù)的特征是所有廉價(jià)金屬熱電偶的中等較大高度，通常用于測(cè)量300℃以下的溫度。

由于熱電偶材料通常很貴(特別是當(dāng)使用貴金屬時(shí))，并且從溫度測(cè)量點(diǎn)到儀器的距離很長(zhǎng)，為了節(jié)省熱電偶材料并降低成本，通常使用補(bǔ)償線將熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度相對(duì)穩(wěn)定的控制室，并將其連接到儀器端子。必須指出的是熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線僅用于延伸熱電極，并將熱電偶的冷端移至控制室的儀表端子。它不能消除冷端溫度變化對(duì)溫度測(cè)量的影響，也沒(méi)有補(bǔ)償作用。因此，需要其他校正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度T0-Ne。0℃溫度對(duì)溫度測(cè)量的影響。

使用熱電偶補(bǔ)償線時(shí)，必須注意匹配型號(hào)，極性不得有誤，補(bǔ)償線和熱電偶之間連接端的溫度不得超過(guò)100℃。冷端溫度補(bǔ)償器的型號(hào)應(yīng)與熱電偶型號(hào)一致，并應(yīng)在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。當(dāng)冷端溫度補(bǔ)償器連接到熱電偶時(shí)，極性不能錯(cuò)誤；根據(jù)補(bǔ)償器平衡點(diǎn)的溫度調(diào)節(jié)儀器的起點(diǎn)，使指針指示平衡點(diǎn)的溫度；帶有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的顯示儀表上未安裝補(bǔ)償器；補(bǔ)償器必須定期檢查和驗(yàn)證。

熱電偶溫度計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中有非常廣泛的應(yīng)用。熱電偶的選擇應(yīng)首先基于測(cè)量溫度的上限，并且熱電偶的熱電極和保護(hù)套應(yīng)正確選擇。根據(jù)測(cè)試對(duì)象的結(jié)構(gòu)和安裝特點(diǎn)，選擇熱電偶的規(guī)格和尺寸。熱電偶根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為普通工業(yè)型、裝甲型和特種型。

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