熱電偶測(cè)溫原理

測(cè)溫原理：使用熱電偶時(shí)，通常利用其中一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為測(cè)量端（熱端），用于吸收熱輻射而產(chǎn)生“溫升”，而另一結(jié)點(diǎn)作為參考端（冷端），并維持恒溫。下圖為簡(jiǎn)單測(cè)試原理結(jié)構(gòu)圖。通過(guò)檢測(cè)電流的大小就可以探測(cè)熱輻射的大小，繼而完成測(cè)溫。

1．熱電偶測(cè)溫基本原理??

將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。?

A，B?兩種導(dǎo)體，一端通過(guò)焊接形成結(jié)點(diǎn)，為工作端，位于待測(cè)介質(zhì)。另一端接測(cè)溫儀表，為參考端。為更好地理解下面的內(nèi)容，我們將以上測(cè)溫回路中形成的熱電動(dòng)勢(shì)表示為EAB（T1，T0），理解為：A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶，工作端溫度為T1，參考端溫度為T0，形成的熱電動(dòng)勢(shì)為EAB（T1，T0）。???????

需要特別強(qiáng)調(diào)的是：熱電偶測(cè)溫，歸根結(jié)底是測(cè)量熱電偶兩端的熱電動(dòng)勢(shì)。測(cè)量?jī)x表能夠讓我們看到溫度數(shù)值，是因?yàn)樗呀?jīng)將熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成了溫度。?

圖中，工作端溫度T1，?A、B與C、D連接處溫度為T2，?測(cè)量?jī)x表端（參考端）溫度為T0。?

我們可以把總回路的總電動(dòng)勢(shì)E?分成兩段熱電動(dòng)勢(shì)的和，即A、B為一段，熱電動(dòng)勢(shì)為EAB（T1，T2），C、D為另一段，熱電動(dòng)勢(shì)為ECD（T2，T0），?即：?

E=?EAB（T1，T2）+?ECD（T2，T0）????????????（熱電偶中間導(dǎo)體定律）???（1）?

在上圖中，如果C、D的材質(zhì)和A、B完全一樣，即C即為A，D即為B，相當(dāng)于熱電偶A、B?在T2（中間溫度）處產(chǎn)生了一個(gè)連接點(diǎn)，此時(shí)，回路總電勢(shì)為：??

E=?EAB（T1，T2）+?EAB（T2，T0）=?EAB（T1，T0）????（熱電偶中間溫度定律）???（2）??

從式（2）我們可以看出，只要是相同的熱電偶，中間產(chǎn)生了連接點(diǎn)，則總電勢(shì)與連接點(diǎn)的溫度（中間溫度）無(wú)關(guān)，而只與工作端和參考端的溫度有關(guān)。這正是我們希望得到的。我們?cè)跓犭娕疾季€中，不需要考慮中間有沒(méi)有連接點(diǎn)，也不需要考慮連接點(diǎn)的溫度，而是和一根熱電偶連接到介質(zhì)和測(cè)量?jī)x表一樣。

再來(lái)比較式（2）和式（1）。如果我們能找到某種材料C、D，它能滿足：???????????????

ECD（T2，T0）=?EAB（T2，T0）??????????????????????????????????（3）??????????

則式（1）成為：???????

E=?EAB（T1，T2）+?ECD（T2，T0）=?EAB（T1，T2）+?EAB（T2，T0）=?EAB（T1，T0）????????（4）?????????????????

滿足式（3）的材料C、D我們稱為熱電偶A、B的補(bǔ)償導(dǎo)線。???????

式（4）還告訴我們，使用了補(bǔ)償導(dǎo)線，我們將T2延伸到了T0，但最后我們的測(cè)量結(jié)果與T2無(wú)關(guān)，這樣我們也可以理解為，因?yàn)槲覀兪褂昧藢?dǎo)線C、D，是它補(bǔ)償了T2處連接所產(chǎn)生的附加電勢(shì)，而使得我們最終測(cè)量不需要再考慮T2，這也是C、D為什么叫補(bǔ)償導(dǎo)線的原因，

2．熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償??

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴?金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷?端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。??

在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。