热电偶测温原理

热电偶测温原理

测温原理：使用热电偶时，通常利用其中一个结点作为测量端（热端），用于吸收热辐射而产生“温升”，而另一结点作为参考端（冷端），并维持恒温。下图为简单测试原理结构图。通过检测电流的大小就可以探测热辐射的大小，继而完成测温。

1．热电偶测温基本原理  

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 

A，B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB（T1，T0），理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1，参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB（T1，T0）。       

需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 

图中，工作端温度T1， A、B与C、D连接处温度为T2， 测量仪表端（参考端）温度为T0。 

我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB（T1，T2），C、D为另一段，热电动势为ECD（T2，T0）， 即： 

E= EAB（T1，T2）+ ECD（T2，T0）            （热电偶中间导体定律）   （1） 

在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B，相当于热电偶A、B 在T2（中间温度）处产生了一个连接点，此时，回路总电势为：  

E= EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T0）= EAB（T1，T0）    （热电偶中间温度定律）   （2）  

从式（2）我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度（中间温度）无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。

再来比较式（2）和式（1）。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足：               

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

则式（1）成为：       

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

满足式（3）的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。       

式（4）还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补偿导线的原因，

2．热电偶冷端的温度补偿  

由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵 金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。  

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。