熱電偶(thermocouple)是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線(xiàn)盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。選擇熱電偶要根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測(cè)定對(duì)象的性能、響應(yīng)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益等綜合考慮。

熱電偶是利用熱電效應(yīng)來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的，熱電效應(yīng)是指兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)之為熱電勢(shì)。我們將直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端稱(chēng)為工作端或測(cè)量端，將不直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端稱(chēng)為冷端或補(bǔ)償端，將冷端與顯示儀表或其他配套儀器相連接，儀表上便會(huì)顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。

熱電偶產(chǎn)生的熱動(dòng)勢(shì)由兩部分組成，一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)，另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)。因此，熱電勢(shì)的大小僅與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接合點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺寸等參數(shù)無(wú)關(guān)。當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動(dòng)勢(shì)便是兩接合點(diǎn)溫度的函數(shù)差。

從理論上講， 任何兩種導(dǎo)體都可以配制成熱電偶， 但實(shí)際上并不是所有材料都能制作熱電偶， 故對(duì)熱電極材料必須滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)：

1. 熱電偶材料受溫度作用后能產(chǎn)生較高的熱電勢(shì)， 熱電勢(shì)和溫度之間的關(guān)系最好呈線(xiàn)性或近似線(xiàn)性的單值函數(shù)關(guān)系;

2.能測(cè)量較高的溫度， 并在較寬的溫度范國(guó)內(nèi)應(yīng)用， 經(jīng)長(zhǎng)期使用后， 物理、化學(xué)性能及熱電特性保持穩(wěn)定;

3.要求材料的電阻溫度系數(shù)要小， 電阻率高， 導(dǎo)電性能好， 熱容量要小;

4. 復(fù)現(xiàn)性要好， 便于大批生產(chǎn)和互換， 便于制定統(tǒng)一的分度表;

5.機(jī)械性能好， 材質(zhì)均勻;

6.資源豐富， 價(jià)格便宜。

大多數(shù)測(cè)量問(wèn)題和錯(cuò)誤與熱電偶由于缺乏對(duì)熱電偶工作的認(rèn)識(shí)。下面列出的是一些需要注意的常見(jiàn)問(wèn)題和誤區(qū)。

連接問(wèn)題

許多測(cè)量誤差是由熱電偶引起的意外。記住，任何不同金屬的連接會(huì)造成結(jié)。如果你需要增加你的熱電偶引線(xiàn)的長(zhǎng)度，你必須使用熱電偶線(xiàn)正確的類(lèi)型(例如K型熱電偶K型)。使用其他類(lèi)型的導(dǎo)線(xiàn)將熱電偶。任何使用的連接器必須用正確的熱電偶材料和極性正確必須遵守。

引線(xiàn)電阻

為了減少熱分流和提高響應(yīng)時(shí)間，熱電偶由細(xì)線(xiàn)(在鉑類(lèi)成本的情況下也是一個(gè)考慮因素)。這會(huì)導(dǎo)致熱電偶具有較高的電阻，可以使它對(duì)噪聲敏感，也會(huì)導(dǎo)致誤差的測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗。一個(gè)典型的暴露的結(jié)熱電偶32 AWG電線(xiàn)(直徑0.25毫米)將電阻約15歐姆/米。Pico TC-08儀器有2米Ω輸入阻抗，所以會(huì)有小于12米的電纜0.01%錯(cuò)誤。如果導(dǎo)線(xiàn)細(xì)、長(zhǎng)電纜熱電偶是必要的，它是值得保留的熱電偶引線(xiàn)短，然后用熱電偶線(xiàn)(這是較厚的，因此具有較低的電阻)運(yùn)行熱電偶與測(cè)量?jī)x器之間。它總是在使用前測(cè)量你的熱電偶電阻很好的預(yù)防措施。

標(biāo)定降級(jí)

這是無(wú)意改變熱電偶絲的化妝效果。通常的原因是大氣顆粒擴(kuò)散到金屬在操作溫度的極端。另一個(gè)原因是從保溫?cái)U(kuò)散到熱電偶絲和化學(xué)雜質(zhì)。如果在高溫下操作，檢查探頭的絕緣規(guī)范。

噪聲

從熱電偶的輸出信號(hào)是非常小的，因此很容易發(fā)生電噪聲拾取。大多數(shù)測(cè)量?jī)x器(如TC-08儀器)拒絕任何共模噪聲(對(duì)線(xiàn)是相同的信號(hào))，噪聲可以通過(guò)扭曲的電纜一起幫助確保電線(xiàn)接相同的噪聲最小化。此外，TC-08儀器使用一個(gè)集成的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器有助于平均任何剩余的噪聲。如果在非常嘈雜的環(huán)境中工作(如在大型電機(jī))正考慮采用屏蔽電纜值得推廣。如果懷疑是拾取噪聲，首先關(guān)掉所有可疑的設(shè)備看閱讀的變化。

共模電壓

雖然熱電偶信號(hào)是非常小的，大的電壓往往存在于輸入到測(cè)量?jī)x器。這些電壓可能是感應(yīng)傳感器(一個(gè)問(wèn)題時(shí)，測(cè)試電機(jī)繞組和變壓器的溫度)或“接地”連接。一個(gè)接地的交界處的一個(gè)典型的例子是一個(gè)絕緣的熱電偶測(cè)量溫度的熱水管。如果有任何不良的接地連接，幾伏愿管與測(cè)量?jī)x器之間存在的地球。這些信號(hào)是再普通模式(在熱電偶絲一樣)所以不會(huì)造成問(wèn)題的大多數(shù)儀器只要不是太大。例如，TC-08儀器有一個(gè)共模輸入范圍為4 V至4 V–如果共模電壓大于此，將導(dǎo)致測(cè)量誤差。共模電壓可以最小化，采用相同的布線(xiàn)預(yù)防噪聲，并采用絕緣熱電偶。

熱分流

所有熱電偶有質(zhì)量。加熱質(zhì)量需要能量，這樣會(huì)影響到你的測(cè)量溫度。例如測(cè)量液體溫度在試管中有兩個(gè)潛在的問(wèn)題。一，熱能將前往了熱電偶絲和消散到大氣中，減少導(dǎo)線(xiàn)周?chē)囊后w溫度。如果熱電偶不充分浸泡在液體中會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題。由于較冷的環(huán)境空氣溫度對(duì)導(dǎo)線(xiàn)、熱傳導(dǎo)可能導(dǎo)致熱電偶是在不同溫度下的液體本身。在上面的例子中，用細(xì)導(dǎo)線(xiàn)的熱電偶可能有幫助，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致一個(gè)陡峭的梯度沿?zé)犭娕冀z溫度的交界處之間的液體和空氣。如果是用細(xì)線(xiàn)熱電偶，就必須考慮導(dǎo)線(xiàn)的電阻。一個(gè)用細(xì)線(xiàn)連接到更厚的熱電偶線(xiàn)熱電偶的使用往往提供了的妥協(xié)。