热电偶的测温原理及研究概述作业

学院材料科学与工程专业材料***

学生**** 学号201*****

论文题目热电偶的测温原理及研究概述

在大量的热工仪器中，热电偶作为温度传感器，得到了广泛使用。热电偶是一种接触式测温传感器，它与相应的温度指示仪表配合使用，可以准确地测量、控制、调节被测物体的温度，具有性能稳定、结构简单、使用方便、经济耐用、体积小以及容易维护等优点[1]。通过热电偶将温度信号转换成电信号，便于信号的远传，实现多点切换测量，因此在工业生产和科学研究领域中得到了广泛地应用[2]。

它是利用热电效应来进行工作的，其热电势率一般为几十到几μV/0℃。它直接和被测对象接触，不受中间介质的影响，因而测量精度高，并且可以在200℃ ~ 1600℃范围内进行连续测量，甚至有些特殊热电偶，如钨--铼，可测量高达2800℃的高温，且构造简单，使用方便。基于如上优点，热电偶在温度测量领域得到了广泛的应用[3]。

1 补偿原理

在热电偶冷热端电势关系中，有如下公式存在

E AB(t,0)=E AB(t,t n)+E AB(t n,0)

其中，t为实测温度；t n为冷端温度。E AB(t,0)冷端温度为0℃时，热电偶电势输出；E AB(t,tn)冷端温度为t n℃时，热电偶电势输出;E AB(t n,0)冷端补偿电势。

上式中，E AB(t,tn)可直接从热电偶输出中检测到，只要获取冷端温度t n，就可以由分度表换算出E AB(t n,0)，进而求出E AB (t,0)。于是完成了冷端电势补偿，并可换算出实测温度t。

在热电偶生产厂试验室的热电偶检定中,因热电偶的冷端型式各异, 大部分不能直接将冷端置于冰点器中, 因此常在冷端连接补偿导线, 然后将补偿导线引人冰点器。恺装式热电偶冷端温度补偿器适用于热电偶生产厂大批量热电偶的检定。由于恺装热电偶有套管保护与外界环境隔绝,因此套管材质对恺装热电偶寿命影响很大, 须根据用途选择热电偶丝及金属套管。当材质选定后, 其寿命又随着恺装热电偶直径的增大而增加。恺装热电偶同装配式热电偶相比, 虽有许多优点, 但使用寿命往往低于装配式热电偶[13]。使用时, 先将补偿器偶丝正、负极分别与被检偶l 正、负极连接, 记录好被检偶1 的热电势后, 再换接被检偶2 的正、负极, 记录好被检偶2 的热电势后, 再换接被检偶3,。因此一只补偿器可检定多只被检偶。测量完毕, 应按补偿器的修正值对每只被检偶的测量结果进行修正[4]。

2 冷端温度的获取

冷端温度的影响是不可忽略的，且热电偶冷端暴露于作业环境中，因而可以认为冷端温度与作业环境温度一致。作业环境温度随季节气候变化而变化，因此冷端温度的测定是动态测定，冷端电势补偿是动态补偿[3]。

传统冷端补偿方法及其存在的问题热电偶的测温标定是在冷端温度t = 0℃时标定的，但实际环境温度并非0℃。为了消除冷端温度带来的误差，以往主要采用

两种冷端温度补偿法: 一种是冰点法，将热电偶冷端放入冰水混合物或零度恒温器中，这样热电偶冷端的温度就是0℃，该方法的优点是误差小，在大部分情况下，误差可忽略不计，缺点是冰水混合物制作麻烦，不仅要进行初期制作，时间长了还要进行维护，对冰水混合物进行补充、更换，而0℃恒温器一般容量有限(受热电偶直径的限制)，最多只能放5、6 支热电偶，而且热电偶冷端还必须另外将铜导线接入温度指示仪表，因此一般只在实验室中采用这种方法; 另一种是冷端补偿法，将热电偶冷端直接接入测量仪表，测量热电偶冷端的温度，根据冷端温度值换算成一定的热电势值加入到测量数据中，从而得到热电偶测量端的温度值。

艾秋顺、梁金昌等[5]学者提出了微机补偿。这种冷端温度智能补偿方法就是利用微机对热电偶冷端温度进行补偿。微机补偿不但方便灵活、电路简单，而且解决了传统补偿方法遇到的困难。微机补偿使检定结果的精度大大提高，并且环境温度的变化对其也没有任何影响，随时可以完全补偿。

3 热端温度的获取方法

黄登聪;余国俊等[6]发明了一种热电偶温度采集系统,用于测量待测物体的温度。该系统包括计算机、数据采集板及热电偶。数据采集板包括：温度传感集成电路,用于计算热电偶冷结点的温度;模拟数字转换装置,用于将电压由模拟信号转换为数字信号,并测量该电压值,以及计算模拟数字转换通道的校正系数与偏移量以及冷结点的温度偏移量;单片机,用于根据校正系数与偏移量对所述电压值进行误差校正,以及利用温度偏移量对冷结点的温度值进行校正;所述计算机包括：数据采集装置,用于将电压值进行冷结点补偿,并转化为待测物体的温度值。还提供一种热电偶温度采集方法，并对通道及冷结点的温度值进行了校正,提高了热电偶的测量精度。

王刚;李瑞秋[7]公开了一种热电偶温度测量装置的实用新型专利,至少包括密封锁紧装置、输出信号线、热电偶安装接口、热电偶温度传感器和石英套管,所述装置还包括绝缘瓷座和定位套,所述热电偶温度传感器的相互绝缘的金属线通过绝

缘瓷座并安装在定位套中,所述定位套位于石英套管中,所述石英套管是直线筒型,所述热电偶安装接口是安装插口,石英套管竖直地插接于热电偶安装接口中并通过密封锁紧装置密封。该装置用于测量炉管设备的内管的温度。

4 热电偶不均匀性

热电偶是工业中[8]测量温度所采用的最广泛的一种感温元件。当将热电偶作为感温元件应用在实际工作中时，由于电偶的参考端以及工作端之间存在温差，从而产生了热电势。将热电偶和测量电势的二次测温仪结合使用，可以实现远距测温。但由于热电偶存在着材料等众多影响测量结果准确度的因素，因此在使用的时候要首先了解它的使用特点和性能。

在热电偶测温准确度的影响因素中，热电偶不均匀性是最关键的。如果热电偶的热电极材料是均匀的，那么它的回路热电势只与两端温度有关,而不受电极整一段长度温度分布的影响。如果热电极材料不均匀,则回路中会有附加热电势的产生, 从而影响热电偶回路中的总热电势。因此，热电偶均匀性通常被作为衡量热电偶质量的指标[12]。