溫度測量應用中有多種類型的變送器,熱電偶是最常用的一種,可廣泛用于汽車、家庭等應用領域。
本文主要是關于熱電偶測溫及其溫度計算的相關介紹，并著重描述了熱電偶的測溫原理。
熱電偶
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，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護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。
當有兩種不同的導體或半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0 ，稱為自由端（也稱參考端）或冷端，回路中將產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應”，兩種導體組成的回路稱為“熱電偶”，這兩種導體稱為“熱電極”，產(chǎn)生的電動勢則稱為“熱電動勢” ［1］ 。
熱電動勢由兩部分電動勢組成，一部分是兩種導體的接觸電動勢，另一部分是單一導體的溫差電動勢。
熱電偶回路中熱電動勢的大小，只與組成熱電偶的導體材料和兩接點的溫度有關，而與熱電偶的形狀尺寸無關。當熱電偶兩電極材料固定后，熱電動勢便是兩接點溫度t和t0。的函數(shù)差 ［1］ 。即
這一關系式在實際測溫中得到了廣泛應用。因為冷端t0恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢只隨熱端（測量端）溫度的變化而變化，即一定的熱電動勢對應著一定的溫度。我們只要用測量熱電動勢的方法就可達到測溫的目的?
熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路，
當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應（Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。與測量儀表連接用專用補償導線。
熱電偶冷端補償計算方法：
從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對應毫伏值，與熱電偶的毫伏值相加，換算出溫度；
從溫度到毫伏：測量出實際溫度與冷端溫度，分別換算為毫伏值，相減後得出毫伏值，即得溫度。
各種類型的熱電偶溫度如何計算
一、S型熱電偶：鉑銠10-鉑熱電偶，溫度范圍0～1300℃；優(yōu)點：1、耐熱性、安定性、再現(xiàn)性良好及較優(yōu)越的精確度； 2、耐氧化、耐腐濁性良好； 3、可以做為標準使用。 缺點：1、熱電動勢值小，補償導線誤差大； 2、價格高昂； 3、在還元性氣體環(huán)境較脆弱。（特別是氫、金屬蒸氣）
二、R型熱電偶：鉑銠13-鉑熱電偶，溫度范圍0～1300℃； 優(yōu)點：1、耐熱性、安定性、再現(xiàn)性良好及較優(yōu)越的精確度； 2、耐氧化、耐腐濁性良好； 3、可以做為標準使用。 缺點：1、熱電動勢值小，補償導線誤差大； 2、在還元性氣體環(huán)境較脆弱（特別是氫、金屬蒸氣）； 4、價格比S分度高昂。
三、B型熱電偶：鉑銠30-鉑銠6熱電偶，溫度范圍0～1600℃； 優(yōu)點：1、耐氧化、耐腐濁性良好； 2、在常溫環(huán)境下熱電動勢非常小，不需補償導線； 3、耐熱性與機械強度較R型優(yōu)良。 缺點：1、在中低溫域之熱電動勢極小，600℃以下測定溫度不準確； 2、熱電動勢值小，熱電動勢之直線性不佳； 3、價格比S分度還要貴；
四、K型熱電偶：鎳鉻-鎳硅熱電偶，溫度范圍0～1300℃； 優(yōu)點：1、熱電動勢之直線性良好； 2、1000℃以下耐氧化性良好； 3、在金屬熱電偶中安定性屬良好。 缺點：1、熱電動勢與貴金屬熱電偶相比較時變化較大； 2、不適用于還元性氣體環(huán)境； 3、受短范圍排序之影響會產(chǎn)生誤差。
五、N型熱電偶：鎳鉻硅--鎳硅熱電偶，溫度范圍-270～1300℃； 優(yōu)點：1、1200℃以下耐氧化性良好。 2、熱電動勢之直線性良好。 缺點：1、不適用于還元性氣體環(huán)境 2、熱電動勢與貴金屬熱電偶相比較時變化較大。
六、E型熱電偶：鎳鉻硅--康銅熱電偶，溫度范圍-270～1000℃ 優(yōu)點：1、熱電偶中感度最好； 2、與J熱電偶相比耐熱性良好； 3、適于氧化性氣體環(huán)境。 4、價格低廉 缺點：不適用于還元性氣體環(huán)境
七、J型熱電偶：鐵--康銅熱電偶，溫度范圍-210～1000℃； 優(yōu)點：1、可使用于還元性氣體環(huán)境 2、熱電動勢較K熱電偶大20%。 3、價格較便宜，適用于中溫區(qū)域。 缺點：易生銹，再現(xiàn)性不佳。
八、T型熱電偶：銅--康銅熱電偶，溫度范圍-270～400℃； 優(yōu)點：1、熱電動勢之直線性良好。 2、低溫之特性良好 3、再現(xiàn)性良好、高精度。 缺點：1、使用溫度限度低。 2、熱傳導誤差大。
九、PT100型熱電阻：鉑電阻，溫度范圍-200～500℃； 鉑材料的優(yōu)點是化學穩(wěn)定性好、能耐高溫，容易制得純鉑，它的缺點是：在還原介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來的蒸汽所沾污，使鉑絲變脆，并改變電阻與溫度之間的關系。
十、Cu50型熱電阻：銅電阻，溫度范圍-50～100℃： 銅熱電阻的價格便宜，線件度好，工業(yè)上在-50-- 100℃范圍內(nèi)使用較多。銅電阻怕潮濕，易被腐蝕，熔點亦低。
熱電偶溫度計算
當熱電偶與補償導線連接處溫度高于控制室溫度時 補償導線補償電勢正應該熱電偶產(chǎn)生熱電勢【加上】補償導線產(chǎn)生補償電勢接反了相當于加上了負值會使指示偏低；
當熱電偶與補償導線連接處溫度低于控制室溫度時 補償導線補償電勢負應該熱電偶產(chǎn)生熱電勢【減去】補償導線產(chǎn)生補償電勢接反了相當于減去了負值會使指示偏高；
當熱電偶與補償導線連接處溫度等于控制室溫度時補償導線補償電勢零對測量沒有影響
E=Ek(t,tc)-Ek(tc,t0)+Ek(t0,0)
=12.029-2.023-(2.023-0.798)+0.798
=9.759mV
查表可得溫度約為240。C
熱電偶測溫原理
1、2兩點的溫度不同時，回路中就會產(chǎn)生熱電勢，因而就有電流產(chǎn)生，電流表就會發(fā)生偏轉，這一現(xiàn)象稱為熱??電效應（塞貝克效應），產(chǎn)?生的電勢、電流分別叫熱電勢、熱電流。
熱電偶溫度計屬于接觸式溫度測量儀表。是根據(jù)熱電效應即塞貝克效應原理來測量溫度的，是溫度測量儀表中常用的測溫元件。將不同材料的導體A、B接成閉合回路,接觸測溫點的一端稱測量端,一端稱參比端。若測量端和參比端所處溫度t和t0?不同,則在回路的A、B之間就產(chǎn)生一熱電勢EAB(t，t0 ),這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應，即熱電效應。EAB大小隨導體A、B的材料和兩端溫度t和t0?而變,這種回路稱為原型熱電偶。在實際應用中，將A、B的一端焊接在一起作為熱電偶的測量端放到被測溫度t處，而將參比端分開，用導線接入顯示儀表，并保持參比端接點溫度t0穩(wěn)定。顯示儀表所測電勢只隨被測溫度而t變化。
在1821年德國醫(yī)生塞貝克在實驗中發(fā)現(xiàn)熱電效應以來，經(jīng)珀爾帖、湯姆遜以及開爾文等科學家的大量研究，熱電效應理論得到了不斷的發(fā)展，并日趨完善。熱電偶是熱電效應的具體應用之一，它在溫度測量中得到了廣泛的應用，熱電偶具有結構簡單、容易制造、使用方便和測量精度高等優(yōu)點?？捎糜诳焖贉y溫、點溫測量和表面測量等，但是熱電偶也存在著不足的地方，如使用的參考端溫度必須恒定，否則將歪曲測量結果；在高溫或長期使用中，因受被測介質(zhì)或氣氛的作用（如氧化、還原等）而發(fā)生劣化，降低使用壽命。盡管如此，熱電偶仍在工業(yè)生產(chǎn)和科研活動中起著舉足輕重的作用。下面我們從三個熱電效應的闡述中來討論熱電偶的測溫原理。?
一、塞貝克效應和塞貝克電勢?
熱電偶為什么能用來測量溫度呢？這就是從熱能和電能的相互轉化的熱電現(xiàn)象說起。在1821年，塞貝克通過實驗發(fā)現(xiàn)一對異質(zhì)金屬A、B組成的閉合回路（如圖1-1）中，如果對接點a加熱，那么，a,b兩接點的溫度就會不同，溫度不同，就會有電流產(chǎn)生，使得接在電路中的電流表發(fā)生偏轉。這一現(xiàn)象現(xiàn)今稱為溫差電效應或塞貝克效應，相應的電勢稱為溫差熱電勢或塞貝克電勢，它在熱電偶回路中產(chǎn)生的電流稱為熱電流。Ａ、Ｂ稱為熱電極，接點a是用焊接的方法連接一起的，測溫時，將它置于被測溫度場中，稱為測量端或者工作端，接點b一般要求恒定在某一溫度稱為參考端或自由端。?
3．熱電偶冷端的溫度補償由于?熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴?金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱?電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷?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，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動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測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。?
在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。冷端溫度補償器的型號應與熱電偶的型號相符,并在規(guī)定溫度范圍內(nèi)使用;?冷端溫度補償器與熱電偶連接時極性不能接錯;?根據(jù)補償器的平衡點溫度調(diào)整儀表起始點,使指針批示在平衡點溫度;?具有自動補償機構的顯示儀表不安裝補償器;補償器必須定期檢查和檢定。
溫度補償
由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），
而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（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，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動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測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度差不能超過100℃。
結語
關于各種類型的熱電偶溫度如何計算相關介紹就到這了，希望通過本文能讓你對熱電偶有更全面的認識。