热电偶的工作原理

热电偶工作原理

什么叫热电偶这就要从热电偶测温原理说起，热电偶是一种感温元件，是一次仪表，它直

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。

热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体（称为热电偶丝材或热电极）组成闭合

回路，当接合点两端的温度不同，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（也称为测量端），温度较低的一端为自由端（也称为补偿端），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。

热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对

于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：

1:热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；

2:热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，

只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；

3:当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有

关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。常用的热

电偶材料有：

热电偶的故障与修理

热电势比实际应有的热电势小（仪表指示值小）。

（1）热电偶内部电极漏电（短路）。

解决办法：将热电偶电极取出，检查漏电原因。若是因潮湿引起，应将电极用火烤干；若是因瓷管绝缘不良引起，应将坏瓷管取下，换上好的瓷管。

（2）热电偶内部潮湿。

解决办法：将热电偶电极取出干燥之；并检查热电偶的保护管是否漏气、漏水等等，使管内保持干燥。

（3）热电偶端子被铁屑短路。

解决办法：将热电偶端子上的铁屑刷掉，并将端子盖严。

（4）补偿掉线因绝缘烧坏而短路或因潮湿短路。

解决办法：将短路处绝缘或更换补偿掉线。

（5）在修理或焊接电极时产生两个以上热节点。

解决办法：将多热节点的电极更换为同种电极。

（6）热电偶的种类与补偿导线种类配置不当（补偿导线配错）。

解决办法：换成与热电偶同种类的补偿导线。

（7）热电偶的端子极性与补偿导线极性接错（补偿导线起负的补偿作用）。

解决办法：将补偿导线极性改接，使之热电偶极性相同。

（8）热电偶安装位置或方法不当。

解决办法：改变安装位置或者方法及深度。

（9）热电偶冷端温度过高。

解决办法：将热电偶的导线改成补偿导线，并准确的进行冷端补正。

（10）热电偶种类与仪表要求的种类不符。

解决办法：更换热电偶及补偿导线，使之与仪表种类相同。

热电势比实际应起的热电势大（仪表指示值大）。

（1）热电偶或补偿导线接地。此种情况的产生是由于热接点与保护管连接或冷点与地保护管连接。

解决办法：检查出接地点加以处理。

（2）热电偶种类用错，与仪表不符。

解决办法：更换热电偶及补偿导线，使之与仪表种类相同。

（3）热电偶与补偿导线种类不符。

解决办法：换成与热电偶种类相同的补偿导线。

（4）热电偶安装位置或方法、深度不恰当。

解决办法：改变热电偶的安装位置或方法及深度。

热电势时有时无，时多时少（仪表指示值表动）。

（1）热电偶端子接触不良。

解决办法：将接触不良处严密接好。

（2）热电偶电极线与电子接触不良。

解决办法：将接触不良处严密接好。

（3）热电偶有断续短路现象。

解决办法：将热电偶的电极从保护管中取出，找出断续短路点，用瓷管绝缘。

（4）热电偶电极已断，当有断续链接现象。

解决办法：重新焊接断开的电极，但必须是未变质的电极才可进行。

（5）热电偶有断续接地现象。

找出接地处消除之。

（6）热电偶安装不牢，发生摆动。

解决办法：将热电偶牢固安装。

（7）热电偶的保护管破坏（铂热电偶出现此种情况较多）。

解决办法：重新制作新的保护管。

（8）补偿导线有断续短路或断路现象。

解决办法：找出断续处加以修理，并将可能被风吹摆动处固定起来。

（9）热电偶热接点将断而断。

解决办法：将已坏热接点剪去，重新制新热接点。

（10）补偿导线有断续接地现象。

解决办法：找出断续接地处消除之。

热电偶的热电势变化不灵敏。

（1）热电偶电极变质。

解决办法：更换新电极（若是铂热电偶变质可以重新淬火，但须经试验合格后方可再用）。（2）热电偶安装位置或方法不当。

解决办法：改变安装方法或位置。

（3）热电偶保护管外皮灰太多。

解决办法：将热电偶拆下，除掉保护管外皮上的灰。

【注】发现以上诸现象时，应将补偿导线与热电偶端子分开，再在端子上检查热电偶的电势情况，查明是热电偶的故障还是补偿导线的故障，再进行处理。

热电偶的安装与检修校验

测温元件的安装应确保安全、可靠

为避免测温元件损坏，应保证其有足够的机械强度；为保护感温元件不受磨损应加保护屏或保护管等，为确保安全、可靠，测温元件的安装方法应视具体情况（如待测介质的温度、压力、测温元件的长度及其安装位置、形式等）而定。下面仅举几例以引起注意：

(1) 凡安装承受压力的测温元件，都必须保证其密封性。

(2) 高温下工作的热电偶，为防止保护管在高温下产生变形，一般应垂直安装，若必须水平安装则不宜过长，并用支架保护热电偶。

(3) 若测温元件安装于介质流速较大的管道中，则其应倾斜安装。为防止测温元件受到过大的冲蚀，最好安装在管道的弯曲处。

(4) 当介质压力超过10MPa时，必须在测温元件上加保护外套。

测温元件的安装应便于仪表工作人员的维修和校验

测温元件的安装部位应考虑其拆装、维修、校验的足够空间和场地，具有较长保护套管的测温元件应能方便地拆装。对于重要的测温点，若在高空时，须装有平台和梯子等。

连接导线与补偿导线的安装

在工业生产中，热电偶与热电阻是应用得最多的感温元件，它们与显示仪表间的连接导线与补偿导线在导线穿管安装中有如下的要求：

(1)连接导线与补偿导线必须防止机械损伤，并应尽量避免高温，潮湿，腐蚀性及爆炸性气体与灰尘的作用，不准敷设在炉壁、烟道及热管道上。导线周围的最高允许温度与导线的绝缘材料有关：

(2) 为防止连接导线和补偿导线受到机械损伤，并削弱外界电磁场对电子式显示仪表的干扰，导线应加以屏蔽，可把连接导线或补偿导线穿入钢管内。钢管最好只有一个接地点，以避免地电位干扰的引入。

(3) 一般可采用普通的焊接钢管作为导线的保护管。钢管必须经过防锈处理，管壁厚度不应小于1mm。装于潮湿、腐蚀场合时，应采用壁厚不小于2. 5mm的钢管。

管径应根据管内导线（包括绝缘层）的总面积决定，一般后者不应超过管子截面积的2/3。