熱電偶測溫技術課程綱要溫度測定方法概述熱電偶的背景及特點熱電偶三大定律熱電偶種類及結構熱電偶的補償導線及二次儀表熱電偶使用時誤差熱電偶的具體應用ITS-90國際實用溫標溫度單位熱力學溫度（符號為T）的單位為開爾文（符號為K），定義為水三相點的熱力學溫度的1/273.16國際溫標ITS-90的通則ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實際可測量的最高溫度四個溫區第一溫區為0.65K到5.00K之間,由3He和4He的蒸氣壓與溫度的關系式來定義。第二溫區為3.0K到氖三相點(24.5661K)之間，用氦氣體溫度計來定義.第三溫區為平衡氫三相點(13.8033K)到銀的凝固點(961.78℃)之間,

由鉑電阻溫度計來定義.銀凝固點(961.78℃)以上的溫區,

按普朗克輻射定律來定義的,復現儀器為光學高溫計溫度測定方法的分類接觸式測溫膨脹式溫度計，測溫范圍為-200～600℃，就地測量壓力表式溫度計，測溫范圍為-0～600℃，近距離熱電阻溫度計，測溫范圍為-200~960℃，遠距離熱電偶溫度計，測溫范圍寬，遠距離非接觸式測溫光學輻射式高溫計紅外輻射儀，適于測量較低溫度溫度計的選擇原則使用溫度范圍、準確度等級及測量誤差是否能達到要求響應速度、互換性及可取性如何讀數、記錄、控制、報警等操作是否方便使用壽命，耐熱、耐蝕、抗震性能如何價格高低熱電偶的由來（1）1819年哥本哈根的H.C.Oersted電變磁現象法拉第在其后用了十年時間發現了磁變電現象熱電效應由德國醫生T.J.Seebeck于1821年發現Seebeck效應部分用Cu部分用Bi的電路來研究奧斯特的實驗沒加電流時磁針偏轉熱磁效應熱電效應－奧斯特熱電偶的由來（2）由A.C.Becquerel于1823年把熱電效應應用于測溫實踐，“相加定律”Pouillet研制了Pt-Fe熱電偶LeChatelier開發了真正適用的高溫計PtRh10-Pt熱電偶的發展（1）1821～第一次世界大戰采用的配對法：將感興趣的待試材料直接配成熱電偶，實驗測定該熱電偶的熱電勢特性。多年來實測了近300種熱電材料組合的熱電特性。熱電溫度計制造廠生產的二次儀表也開始建立了統一的分度表對材料提出了控制質量，符合一定規范的要求，引起對材料性能研究的重視。熱電偶的發展（2）第一次世界大戰后40年對材料熱電性能的研究的重視，對金屬和合金熱電性理論的研究在出現了空前的熱潮。比較法：選擇一種熱電性能穩定，化學性能好的材料作標準電極．各種被試材料分別與標準電極組成熱電偶，測定這些熱電偶的熱電勢－溫度特性曲線。1958年，美國標準局正式推薦用此法作為熱電偶材料試驗的標準方法。熱電偶的發展（3）60年代至今對材料熱電性能和測試方法十分重視，在發展新型熱電偶材料方面取得了不少成績．鎧裝熱電偶材料得到普遍推廣使用，產品規格和性能試驗多已標準化．分析法：以現代熱電理論為指導，綜合冶金、物理、化學的理論與經驗規律來進行熱電偶合金的性能研究和綜合設計。國際比對試驗結果：PtRh－Pt標準熱電偶復現溫標的精度遠低于高溫鉑電阻．故在1990年修訂國際實用溫標時，熱電偶不再被當作溫標的標推儀器使用，代之以標推高溫鉑電阻溫度計。熱電偶的特點可將溫度直接轉換成電信號，測量調節控制放大和變換都很容易進行，既有利于遠距離傳送，便于集中管理，又很適合就地自動控制和電子計算機處理。價格低廉，國際標準化的產品容易獲得，結構簡單，使用方便，安裝、維修、保養都很方便。測溫精度較高，經單支分度可達0.1℃。工業月S型和R型熱電偶的精度可達0.1%t(t為校測溫度)。測溫范圍廣，如E型等熱電偶可測-200~700℃，而S、R型熱電偶可測從0~1600℃．可以測量小物體的溫度分布甚至點溫。可以測量表面溫度、高速過程的瞬變溫度，其最大特點是可以測量溫差。14氣體出口(偶聯接口)石英爐套反應性氣體出口恒溫天平室天平室保護性氣體進口測試爐樣品室開關電動機清潔氣體或抽真空口隔熱擋板樣品盤樣品溫度傳感器爐溫傳感器電加熱片反應性氣體進口加熱爐外罩平行支架超微量或微量天平熱電偶的缺點熱電偶受測溫現場環境氣氛的限制測溫精度難于達到土0.1％以上參考端溫度要恒定(如在0℃)，若偏離參考溫度，必須進行補償，或使用補償導線，從而增加經費．在高溫下使用或長期工作時，由于熱電勢不穩定，將產生示值漂移，需要進行定期檢定或修正均質回路定律用一種均勻的金屬導體構成的回路，單靠局部加熱或冷卻或改變其橫截面積的方法絕不能在其中保持電流中間金屬定律如果回路的所有部分都處于同一均勻的溫度，則由任何多種不同導體構成的回路中的熱電動勢之代數和為零參考電極定律中間溫度定律為制定熱電偶的熱電勢－溫度關系分度表奠定理論基礎為工業測溫中應用補償導線提供了理論依據熱電偶種類（1）鉑銠10－鉑熱電偶(s型熱電偶)準確度最高,穩定性最好,測溫溫區寬,使用壽命長，1300/1600熱電勢率較小，靈敏度低，抗污染性差，價格昂貴鉑銠13－鉑熱電偶(R型熱電偶)與S型熱電偶性能相當主要用于進口設備上測溫鉑銠30－鉑銠6電偶(B型熱電偶)與S型熱電偶性能相當測溫上限高，可達1600/1800.參考端通常不用補償導線補償熱電偶種類（2）鎳鉻－鎳硅熱電偶(K型熱電偶)價格便宜，用量最大，其用量為其他熱電偶的總和線性度好、熱電勢大、靈敏度高，穩定性和均勻性較好鎳鉻硅－鎳硅熱電偶(N型熱電偶)與K型性能相當，某些方面由于K型鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶(E型熱電偶)熱電偶電動勢最大，靈敏度最高，可制成熱電堆，測量微小的溫度變化。熱電偶種類（3）鐵－銅鎳（康銅）熱電偶(J型熱電偶)不僅可適用與氧化和惰性氣氛，還可適用于還原氣氛銅－銅鎳（康銅）熱電偶(T型熱電偶)最佳的測量低溫的廉金屬熱電偶，－200～350度在－200～0區間內穩定性很好鎢錸熱電偶（WRe3-WRe25/WRe5-WRe26)綜合性能與S型相當，但價格便宜，在鋼廠使用很多最高溫度2300度，能在還原氣氛下使用，不適用于氧化氣氛熱電偶線徑和溫度關系熱電偶結構裸露熱電偶裝配式熱電偶鎧裝熱電偶裸露熱電偶兩根成分不同的裸熱電極焊在一起，構成測量接點未考慮熱電極的電絕緣問題套以絕緣管（瓷管）－絕緣熱電偶裝配式熱電偶絕緣熱電偶外面加保護套管－裝配式熱電偶穩定、安裝簡便、操作容易尺寸較大，滯后時間長接線盒類型鎧裝熱電偶由金屬套管、絕緣材料（一般為氧化鎂粉）和熱電偶線三者組合而成的堅實體。按測量端：絕緣型、接殼型、露端型和分離式絕緣型；按固定裝置：無、卡套式、螺紋、法蘭等測量范圍大和反應速度快安裝使用方便使用壽命長，機械強度和耐壓性能好從0.25mm~12mm直徑范圍，最大長度可到500m鎧裝熱電偶測量端響應時間舉例壓簧固定式熱電偶爐壁表面熱電偶多點式熱電偶補償導線為了使熱電偶的冷端溫度保持恒定(最好為0℃)，可把熱電偶做得很長這種方法一方面安裝使用不方便，另一方面也要多耗費許多貴重的金屬。在一定溫度范圍內，具有與所匹配的熱電偶的熱電動勢標稱值相同的一對帶絕緣包覆的導線叫補償導線，用它們將熱電偶與測量裝置聯接，以補償熱電偶連接處的溫度變化所產生的誤差補償導線特點補償導線合金絲、絕緣層、護套、屏蔽層改善熱電偶測溫線路的物理性能和機械性能，采用多股線芯或小直徑補償導線可提高線路的撓性，使接線方便，也可調節線路電阻或屏蔽外界干撓；降低測量線路成本，當熱電偶與測量裝置距離很遠．使用補償導線可以節省大量的熱電偶材料，特別是使用貴金屬熱電偶時，經濟效益更為明顯。美安捷倫公司生產的HP34970A可配置成20至120個通道，0.004%基本直流精度，250通道/秒掃描速率，50000個讀數存貯直接測量熱電偶、電阻溫度檢測器、熱敏電阻、直流電壓、交流電壓、電阻、直流電流、交流電流、頻率和周期。標準HP-IB和RS232接口，實現遠傳熱電偶使用時的誤差熱電偶本身精度所導致的誤差測量過程由于測量方法也容易引起誤差熱區誤差影響熱電偶測量結果的誤差源是“熱分流”熱電偶的理想安裝方法，應當避免產生熱分流誤差，還應當保證接近熱電偶測量端的熱電極(具有足夠長度)與被測物體溫度相等．為了使熱電偶的測量端與被測物體溫度一致，通常采用5倍到10倍熱電偶直徑的長度作為熱電偶測溫時的“最小浸沒深度”．如果熱電仍直徑很粗，或者是良導體，浸沒深度為10倍直徑也許還不夠。溫度梯度區誤差熱電勢是產生在這一區域。因偶絲遭受嚴重污染或發生不可逆效應從而使其熱電特性與其原始的標準分度特性嚴重偏離所引起的測溫誤差，稱為“蛻變”誤差或“飄移”。不同種類的標準化熱電偶，不僅其標準分度特性不一樣，而且在抗沾污能力、抗時效、耐高溫等方面也有不同．因此，選擇熱電偶的型號就成為一個很重要的事情．補償導線區誤差注意在低溫區補償導線的熱電特性須和熱電偶的熱電特性接近熱電極與補償導線合金絲之間的接點應盡量保持在等溫區以避免由于接插件引起的附加誤差。補償導線的極性不要接反，否則會引起重大誤差。參考端區誤差假如想從測得的熱電勢來知道熱點溫度，則參考端溫度很重要而且必須知道。兩根熱電極的參考端溫度必須一致，否則會產生誤差。銅導線應選取高質量、表面不涂錫的以避免產生其他誤差源．在某些情況下，比如從熱接點到電測儀表的距離相當長時，則可用普通銅電纜來代替合金熱電極或補償導線，以達到節約目的。電測儀表區誤差當使用高質量的電位差計進行測量熱電動勢時測量誤差是很小的，但用較高速的如模擬－數字轉換器或計算機進行測量時，常常會引進約10℃的測量誤差。如何減少管內流體溫度測量誤差把管道和套管外露部分一起進行保溫，即用保溫材料包起來，使套管外露部分的溫度接近管道溫度。增加溫度計插入深度，減少外露部分，具體做法是將溫度計在管道彎頭處插入或斜向插入。使溫度計迎著氣流方向插入，感溫元件頭部放在管道中心線上，以得到最大的對流換熱系數。減小溫度計套管導熱系數，不采用高導熱系數的材料作套管？？？增加套管的外圓周長和截面積之比，在強度許可的條件下，應采用薄壁和小直徑套管。熱電偶測量高溫煙氣誤差熱電偶實測的溫度壁煙氣的真實溫度低熱接點的平衡溫度熱電偶與與周圍氣體的對流換熱熱電偶與氣體、懸浮粒子及爐壁的輻射換熱熱電偶絲的導熱氣體的動能在熱接點邊界層內轉化為熱能熱電偶測量高溫煙氣的導熱誤差熱電偶測量高溫煙氣的輻射誤差熱接點受到氣體的對流加熱及煙氣中的三原子氣體和灰粒子的輻射加熱熱接點同時對水冷壁輻射加熱減少熱電偶測量氣流溫度的誤差盡可能增加熱電偶插入被測氣流的長度以減少導熱誤差。采用細直徑熱電偶，可以減少導熱誤差，提高氣流對熱電偶接點前放熱系數。一個121mm直徑的鉑絲探頭，在1300k的氣流溫度輻射修正量為5K，在2100K時會上升到60K，對于501mm直徑的探頭，相應的數值則為35K和200K將廉價金屬材料的熱電偶接點上鍍上黑度較小的金屬膜如金、銀(黑度只有0.05)，或鉑(0.18)。采用遮熱罩以減少輻射誤差。用抽氣熱電偶，高速抽取被測高溫氣流，以加強對熱電偶的對流加熱。

抽氣熱電偶由熱電偶元件、遮熱罩和水冷抽氣套管組成，與二次測量儀表(毫伏計、電位差計等)及抽氣