无论是工业生产还是农业生产，温度都是非常普遍且重要的指标。使用不同类型的温度传感器（例如热电偶，热敏电阻和热敏电阻）可以实现温度信号的测量。无锡铂睿测控仪表有限公司现向您介绍热电偶测量原理，热电偶的类型以及热电偶的选择。
一、什么是热电偶？
当两个不同材料的导体或半导体（通常称为热点）在两端（接点A和B）接合形成回路时，如果两端的接合点TA≠TB，则温差会导致回路进入。产生电动势。如图1所示，由于该变化而引起的电动势的变化被称为热电效应，并且电动势也被称为热功率。热电势也称为热电对，因为它是由两种不同的导体材料产生的。从热电偶的定义中，我们可以看到热电偶易于测量，因为它们可以将温度直接转换为电信号。
二、热电效应原理
热电偶类型：要生成热电势与热电势，必须满足以下条件：
1.两种不同的材料导体或半导体。
2.产生温差，即TA≠TB。
当TA（也称为测量端又称为热端）的联合温度发生变化，而TB（称为参考端又称为冷端）的联合温度保持恒定的温度状态时，热电势与温度之间的关系你会得到两个。由于由两种材料构成的热电对指数表的热电势是指EAB（TA，TB），因此与两端接头温度差相对应的电势差相关，并且温度差相同。但是，相应的信号大小是相同的。例如，0-50°C和50-100°C之间的温差相同，但是信号大小不同。为了准确地测量温度信号，必须将温度固定在一端。通常，索引表的TB通常为0。 ℃。因此，从理论上讲，任何两种类型的导体都可以配置为热电偶，但并非全部都能满足测量要求，例如温度测量精度，温度测量范围和温度瞬变。许多热电材料组合的热电性能已经测试了很多年。经过100多年的发展，产品规格和性能已实现标准化。当前，共有八种常用的热电偶：S，R，B，E，T，J，K和N。其中，S，R和B属于贵金属材料的热电偶，E，T，J，K和N属于低成本金属材料的热电偶。可以在Internet上找到有关热电偶类型所选材料的相应信息。
不同类型的热电偶都有自己的最佳温度范围。我们将在以后的选择中详细讨论。
三、热电偶测量原理
1.热电对的四个基本规则：
均质导体定律：当相同均质材料的两端焊接在一起形成闭合回路时，无论导体两端及其横截面的温度如何分布，都不会产生接触电势并且温差电势是相对的。它们彼此抵消，总电位变为零。
中间导体法则：将中间导体（第三导体）连接到热耦合电路时，只要中间导体两端的温度相同，中间导体的引入不会影响热耦合电路的总电势。
中间温度定律：热电偶电路中的两个触点（金属A和金属B）（温度为T和T0之间的热电势等于温度T和Tn处的热电偶的热电势与Tn处的温度的代数和，其中Tn是中间温度。
参比电极定律：如果已知由两个导体和第三个导体组成的热电偶产生的热电动势，则也知道由这两个导体组成的热电偶产生的热电动势。我明白。
通常，在测量由热电偶产生的热电势时，我们基本上会引入第三种材料的导体。例如，当用万用表测量时，一个简单的模型如下图2所示。万用表是金属C，导体材料是金属A和金属。 B测量接点TA，即金属A与金属C之间的接点TB1，金属B与金属C之间的接点TB2。此时，可以看出已经引入了多个测得的热电势EAC和EBC。最终，唯一需要的热电势是金属。 A和B的测量端的热电势EAB。
2、简单的测量模型
通常，使用下面图3所示的测量模型。假设万用表温度相同，则万用表热电势EAC相互抵消，而不会影响整个电路。整个电路的热电势由金属A和金属B组成。产生热电偶，万用表测量的电压为EAB（TA，TB）。这时，TB被称为外部冷触点。可以理解，用万用表测量的是TA与TB之间的温差的热电势。
3、改进的测量模型
图3中模型的不当因素是，在实际应用中，万用表两端的温度并不总是等温的。由于电势差，这导致测量误差。这继续导致了更好的模型，如图4所示。从金属C材料的引线中抽出万用表后，根据平均导体的定律，无论温差有多大，万用表都不会产生热电势。此时，您要做的就是确保TC1，TC2和TB的温度处于相同的恒温条件下。下面，整个模型测得的热电势电压EAB（TA，TB）是由于TA和TB之间的温差导致的热电势。
4、优化模型
根据中间导体定律，下半连接线可以进一步优化，如图5所示。因此，我们可以看到，下图中的模型相对于整个系统测得的热电势是恒定的，仍然是EAB（TA，TB）。 ）。因此，您要做的就是保持后端连接的金属材料恒定，并正确测量等温区中的温度TB，以便获得温度TA。
5、简化TC2之后
冷接触补偿：热电偶的热电势为EAB（TA，TB），它是对应于两个接头之间的温差的热电势，并在指标表中TB = 0°C的情况下进行了测量和校准。您可以看到那里。测量环境很少达到0°C，但是只要在测量过程中将冷触点保持在相对稳定和恒定的温度环境中，就可以校正并返回温度。根据中温定律
接下来，我们可以看到冷接触对应于中间温度Tn，并且需要通过软件或硬件校正来校正从中间温度Tn到0°C的热电势En0。到系统。
使用精密热敏电阻或IC温度传感器来测量设计的冷接触温度。通过以下转换可以正确地获得需要测量的实际温度TA。此方法是软件校正。使用软件校正的好处这与不同类型的热电偶兼容。
首先，测量Tn并将其转换为对应于相应热电偶类型的热电势En。通过将En与直接测量的热电势EAn相加而获得的EAB是与0°C下测量端子TA的温度相对应的热电势。 ，然后搜索EA0以获得最终温度值TA。校正的目的是校正冷接触温度TB≠0°C的影响。
四、热电偶的选择及其在各种工业控制环境中的优缺点
不同的工业环境需要不同的温度测量范围和温度测量精度。以下是对受ITS-90国际温度标准约束的各种类型热电偶的电极材料和温度测量范围的简要介绍。
S型：铂铑10（+），纯铂（-），温度范围：-50至1768°C，0.55uV / 0.1°C;
R型：铂铑13（+），纯铂（-），温度测量范围：-50至1768℃，0.55uV / 0.1℃;
B型：铂铑30（+），铂铑6（-），温度测量范围：0-1820°C，0.25uV / 0.1°C。
K型：镍铬（+），镍硅（-），温度测量范围：-270至1372°C，4uV / 0.1°C;
T型：纯铜（+），铜镍（-），温度测量范围：-270至400°C，4uV / 0.1°C;
J型：铁（+），铜镍（-），温度测量范围：-210至1200°C，5uV / 0.1°C;
N型：Ni-Cr-Si（+），Ni-Si（-），温度测量范围：-200至1300°C，2.5uV / 0.1°C;
E型：镍铬（+），铜镍（-），温度测量范围：-270至1000°C，5.6uV / 0.1°C。
S型具有极好的抗氧化性，适合在氧化惰性气氛中连续使用。在所有热电偶中，S型具有最高的精度，通常用作标准热电偶。
R型和S型具有基本相同的性能，不同之处在于热电势相对大于S。
B型在室温下具有最小的热电势，因此通常不需要冷接触补偿，但是在0至250°C的范围内，每10°C的变化仅为1-2 uV，因此测量误差特别大。我会。 B型热电偶不用于低温测量，通常在250-1820°C的温度下使用。
三种类型的贵金属热电偶适用于高温，高精度工业环境，例如塑料成型，高精度模具制造以及化学工业中使用的催化剂。这些不是常用的热电偶。
K型具有高抗氧化性，适合在氧化性和惰性气氛中连续使用，并且是所有热电偶中使用最广泛的。
J型可用于氧化和还原气氛，耐H2和CO气体腐蚀，主要用于化学工业和石油精炼。;
E型具有所有常用热电偶中最高的热电势和最高的灵敏度，使其适合在氧化性和惰性气氛中连续使用。
N型在1300°C或以下的高温下具有很强的抗氧化性，热电势的长期稳定性，出色的核抗性和低温抗性。在某些温度测量环境中，它可以代替S型使用。
T型是所有廉价金属热电偶中最精确的，通常用于300°C以下的测量。
在廉价金属中，K，J和T通常用于常见零件的温度升高测试和开关电源的温度测试。对于多数据测量，K和J热电偶是主要的。
五、总结
设计热电偶测量电路时，重要的是要考虑冷接点对测量的影响。接下来，作为冷接触补偿，重要的是要考虑实际测量的热电势是两个温度之间的温差还是0°C时的温差。另外，如有必要，请考虑对设计进行热电偶类型兼容的测量还是仅接受单个热电偶测量要求。
当按需选择热电偶时，必须注意选择正确模型所需的度量和测量精度。无锡铂睿测控仪表有限公司www.wxbrck.com致力于温度测控仪表包括热电偶、热电阻，雷达液位计、压力变送器、流量计、温度仪表、显示仪表的开发和研制，是一家专业生产仪器仪表，以及工程施工配套于一体的综合性企业。产品广泛应用于石油、化工、电力、冶金、水利、制药、环保等行业。公司坚持“质量为本、科技先导、服务至上”的企业宗旨，“团结、进取、务实、奉献”的管理理念。在运营中凭借良好的信誉及优质的服务与各地区的工业生产厂商建立了长期稳定的商业贸易伙伴关系，确保产品在仪表行业内的良好信誉，为仪器仪表行业提供优质的产品、上乘的服务。
