热电偶温度计

热电偶温度计是一种基于热电效应的温度测量仪器。其结构简单，测量范围广，使用方便，温度测量准确可靠，信号传输方便，自动记录和集中控制，在工业生产中应用广泛。热电偶温度计由三部分组成:热电偶(感温元件)；测量仪表(动圈仪表或电位差计)；连接热电偶和测量仪表的导线(补偿导线)。热电偶是工业上最常用的测温元件。由两种不同材料制成的导体A和B焊接而成。焊接一端插入测量介质，感受测量温度，称为热电偶工作端或热端，另一端与导线连接，称为冷端或自由端（参考端）。导体A、B称为热电极。[1]

中文名

热电偶温度计

应用

工业生产性质

测温装置

优点

精度高，量程范围宽

热电偶温度计设备原理

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两个不同成分的导体(称为热电偶丝或热电极)两端接合成电路，当接合点温度不同时，电势会在电路中产生，称为热电效应，称为热电势。热电偶采用这一原理进行温度测量。其中，直接用于测量介质温度的一端称为工作端（也称为测量端），另一端称为冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪器或配套仪器连接，显示仪器将指出热电偶产生的热电位。

热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转化为电能，用产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意以下问题：

图11)热电偶的热电势是热电偶工作端温度函数的差异，而不是热电偶冷端和工作端温度函数的差异；

2)当热电偶材料均匀时，热电偶产生的热电势的大小与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成分和两端的温差有关；

3）当确定热电偶的两个热电偶丝材料成分时，热电偶的热电位大小仅与热电偶的温差有关；如果热电偶冷端温度保持一定，则热电偶的热电位仅为工作端温度的单值函数。A和两种不同材料的导体或半导体B焊接形成闭合回路，如图11所示。当导体A和B当两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间产生电势，因此在电路中形成大小电流，称为热电效应。热电偶利用这种效果工作。[2]

热电偶温度计的应用

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双金属温度计采用双金属温度计、热电偶或热电阻一体化温度变送的方式，既能满足现场温度测量的需要，又能满足远程传输的需要，在各种生产过程中直接测量-80~ 500℃液体、蒸汽和气体介质以及固体表面的温度测量。

用途：用于测量各种温度物体，测量范围较大，远远大于酒精、汞温度计。适用于炼钢炉、炼焦炉等高温区域，也可测量液氢、液氮等低温物体。

热电偶温度计温差

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旧称“热电序”，按金属(或半导体，下同)在温差电现象中的性质排成的序列。从序列中任取两种金属制成一温差电偶时，在温度高的结合点，电流从序列中在前的金属流向序列中在后的金属。

常见温差电序如下：

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。[2]

安装热电偶温度计

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热电偶和热电阻温度计是一种接触式温度计，由于其不可替代的优点，已成为工矿企业和科研机构常用的温度测量仪器。正确安装热电偶和热电阻传感器是保证其测量精度和使用寿命的重要因素。以下是几种常用的安装方法，希望为您的实际工作提供一些参考。

首先，热电偶和热电阻的安装应尽可能垂直，以防止保护套在高温下变形，但必须插入测量介质的流向，以确保测量元件与流体的充分接触，以确保测量精度。

此外，热电偶和热电阻应尽可能安装在有保护层的管道中，以防止热损失。其次，当热电偶和热电阻传感器安装在负压管道中时，必须确保测量处密封良好，防止外部冷空气进入，读数低。

当热电偶和热电阻传感器安装在室外时，热电偶和热电阻传感器的接线盒盖应向上，入口应向下，以避免雨水或灰尘进入接线盒，损坏热电偶和热电阻接线盒中的接线，影响其测量精度。

热电偶和热电阻温度计的接线应经常检查，特别是由于补偿线材料硬度高，热电偶温度计很容易脱离接线柱，导致断路故障。因此，良好的接线不应接触温度计的接线，并经常检查以获得正确的温度测量。

热电偶应尽可能靠近测量的温度控制点。为防止热量沿热电偶传递或保护管影响测量温度，热电偶应浸入测量的流体中，深度至少为直径的10倍。当测量固体温度时，热电偶应与材料顶部或与材料紧密接触。为了最大限度地减少导热误差，接头附近的温度梯度应降低。

当用热电偶测量管道中的气体温度时，如果管壁温度明显较高或较低，则热电偶会辐射或吸收热量，从而显著改变测量温度。此时，所谓的屏蔽热电偶可以使用辐射屏蔽罩使其温度接近气体温度。

在选择温度测量点时，应具有代表性。例如，在测量管道中的流体温度时，热电偶的测量端应在管道中的最大流量。一般来说，热电偶的保护套末端应穿过流量中心线。

热电偶温度计常见问题

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1.热电偶安装不当造成的问题

热电偶在测量物质的温度时，位置的选择非常重要，对其精度有很大的影响。一旦位置安装错误，插入深度不符合使用标准，热电偶的工作误差就会增加。此外，由于不同物质的导热性不同，在使用热电偶时，应校正和调整插入深度，并反向测试以确定深度，否则误差控制难以到位。

2.热辐射和导热问题

热辐射范围较大，会对正在测量的热电偶测量端产生辐射热的影响，成为测量误差的来源之一。导热误差是由热电偶本身的结构形成的，导体导热会随着长度的变化而产生温差，导致温度指示值偏差。

3.热电偶动态响应问题

热电偶的动态响应是指热电偶进入待测物质后，其指示值响应时间超过标准响应时间。热电偶是插入式测温，需要测量端与待测物体温度无偏差，才能转换电信号。因此，这种响应时间的快速影响其灵敏度。该灵敏度受结构和使用环境温度条件的影响。热电偶灵敏度高，静态测量精度高。当待测物质温度处于动态变化状态时，热电偶可能无法与此变化保持同步，会产生动态响应误差，导致每时每刻的测量值偏差。

4.测量系统泄漏引起的问题

热电偶结构存在缺陷，如绝缘层老化开裂而漏电，温度差形成的热电流损失，热电势受影响，导致测量端出示的温度值与实际温度存在温差误差，甚至出现测量值无法显示的故障。[3]

热电偶温度计处理措施

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1.合理选择温度测量点和插入深度

位置和深度的选择对于热电偶测温至关重要。为了保证测量的准确性，需要对测量环境进行数据采集、分析和总结，找到消除测温误差的最佳检测点，从而达到温度监测和控制的效果。对于最佳插入深度，应综合考虑热电偶本身的结构、材料、保护材料、密封等方面，线进行深度检测，总结数据变化规律，并使用其他工具进行分析，以确定最佳深度数据。

对于不同的测量环境，还需要实验来确定热电偶的插入深度，以有效避免温度误差过差。

2.修正热辐射和导热问题

修正热辐射误差的方法如下：一是通过对流降低辐射热；二是通过隔离措施控制热交换。

3.修正热电偶动态响应问题

热电偶的动态响应是其灵敏度的表现。只有提高灵敏度，才能加快热响应速度。可以从加快热传感响应速度和减少滞后时间两个方面进行校正。研究结果表明，热电偶的热响应越快，接触体积越小，接触面越大。

因此，在校正过程中，可以改变检测端的形状，细化热电偶的接触体积，增加与待测液体的接触面积，从而缩短热电偶的热响应滞后时间。此外，热电偶传感器采用导热性强、热响应快的材料，将动态响应误差降低到安全标准，充分发挥热电偶的最佳性能。

4.修正测量系统漏电问题

热电偶温度测量系统有电流变化，绝缘层易老化，必须定期维护、检查和维护，以避免泄漏误差。此外，还可以增加热电偶的直径，加厚保护层，以避免误差过差。

热电偶温度计注意事项

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1)从实际温度测量环境出发，科学选择热电偶类型和保护层材料。

2)冷端补偿器的合理选择。

3)不要随意更改插入深度，与被测物质的接触距离为10cm确保插入部分为中心部分。

4)热电偶的使用环境要均衡，避免忽冷忽热损坏防瓷骨保护管。

5)配备保护装置的热电偶必须配备保护装置。

6)热电偶保护装置应及时维护，发现变薄、焊接、腐蚀等情况应立即更换。

7)热电偶接线应按图纸进行，尤其是补偿导线的正负极。

8)特别注意保护补偿导线，防止划伤、断裂和电磁干扰。

词条图册

更多图册

参考资料

1.

张根宝。工业自动化仪器和工艺控制：西北工业大学出版社，2008

2.

熊潞嘉; 2017-01-25年中国标准化的标准影响因素

3.

201717-04-15年热电偶温度计量常见问题的处理措施