热电偶K型测温的基本原理及基础知识

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一、热电偶基础知识

热电偶是温度测量中应用最普遍的测温器件，它的特点是测温范围宽，性能稳定，有足够的测量精度，能够满足工业过程温度测量的需要。结构简单，动态响应好;输出为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。

热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象即是热电效应，又称赛北克效应。

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热电偶的要求：

(1) 在测温范围内热电偶性能稳定，不随时间和被测对象而变化;

(2) 在测温范围内物理化学性能稳定，不易氧化和腐蚀，耐辐射;

(3) 所组成的热电偶要有足够的灵敏度，热电势随温度的变化率要足够大;

(4) 热电特性接近单值线性或近似线性;

(5) 电导率高，电阻温度系数小;

(6) 机械性能好，机械强度高，材质均匀;工艺性好，易加工，复制性好，制造工艺简单，价格便宜。

　　热电偶K型是一种感温元件,直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表转换成被测介质的温度。能测量较高温度,性价比很高，是工业自动化控制中常用的一种热电偶。直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。

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二、热电偶K型测温的基本原理：

　　热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。

　　两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。

　　在热电偶回路中接入第三种金属材料时,只要该材料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。

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三、影响K型热电偶测温的两种因素

当热电偶的长度较长时，则大部分偶丝处于高温区，如果热电偶丝是均质的，那么依据均质回路定则，测量结果与长度无关。然而，热电偶丝并非均质，尤其是廉金属热电偶丝其均质性较差，又处于具有温度梯度的场合，那么其局部将产生热电动势，该电动势称为寄生电势。由寄生电势引起的误差称为不均质误差。在现有的贵金属、廉金属热电偶检定规程中，对热电偶的不均质尚未作出规定，只有在热电偶丝材标准中，对热电偶丝的不均匀性有一定要求。

K型热电偶丝经使用后产生的不均质对于新制的热电偶，即使是不均匀热电动势能满足要求，但是，反复加工、弯曲致使热电偶产生加工畸变，也将失去均质性，而且使用中热 电偶长期处于高温下也会因偶丝的劣化而引起热电动势变化，例如：插入工业炉中的热电偶，将沿偶丝长度方向发生劣化，并随温度增高，劣化增强，当劣化的部分处于具有温度梯度的场所，也将产生寄生电动势叠加在总热电动势中而出现测量误差。

四、K型热电偶的三个基本定律

　　1，均质导体定律

　　由同一种均质材料(导体或半导体)两端焊接组成闭合回路，无论导体截面如何以及温度如何分布，将不产生接触电势，温差电势相抵消，回路中总电势为零。

　　可见，热电偶必须由两种不同的均质导体或半导体构成。若热电极材料不均匀，由于温度梯存在，将会产生附加热电势。

　　2，中间导体定律

　　在热电偶回路中接入中间导体(第三导体)，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这是中间导体定律。

　　应用:依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。

　　有人担心用铜导线连接热电偶冷端到仪表读取mV值，在导线与热电偶连接处产生的接触电势会使测量产生附加误差。根据这个定律，是没有这个误差的!

　　3，中间温度定律

　　热电偶回路两接点(温度为T、T0)间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。

　　应用:由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时，不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取热端温度值;也不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取的温度值，再加上冷端温度确定热端被测温度值，需按中间温度定律进行修正。

五、K型热电偶的架构原理

结构原理热电阻按其结构原理不同分为两大类：装配式、铠装式。装配式热电阻由感温元件焊接低电阻引线套陶瓷绝缘（或含绝缘层的铜芯线）与保护管组装而成。其特点：生产工艺较简单、反应慢、机械强度低，而铠装式热电阻是将感温元件装入经压制密实的氧化镁粉绝缘、有内引线的金属套管内，焊接感温元件与内引线后，再将装有感温元件的金属套管端头填充、焊封成坚实整体的热电阻。热电阻的引线有两线制、三线制、四线制三种，两线制配线简单、设计费用低，但会增加引线电阻的附加误差，很少用。三线制可以消除内引线电阻的影响，大部分采用这种方式。四线制一般用于高精度测量，此种引线方式不仅可消除内引线电阻，而且消除连接导线电阻的影响。

　　热电偶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，K型热电偶性能稳定，产生的热电势大，热电特性线性好，复现性好，高温下抗氧化能力强，耐辐射，使用范围宽，应用广泛。