热电偶热电阻工作原理

热电偶工作原理：

热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的，是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体a、b接成闭合回路,接触测温点的一端称测量端,一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0不同,则在回路的a、b之间就产生一热电势eab(t，t0),这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。eab大小随导体a、b的材料和两端温度t和t0而变,这种回路称为原型热电偶。在实际应用中，将a、b的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度而t变化。下面给出热电偶温度计测量系数原理图。

热电偶就是一种感温元件,就是一次仪表，它轻易测量温度，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就是两种相同成份的材质导体共同组成滑动电路,当两端存有温度梯度时,电路中就可以存有电流通过，此时两端之间就存有电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种相同成份的均质导体为热电极，温度较低的一端为工作端的，温度较低的一端为民主自由端的，民主自由端的通常处在某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,做成热电偶分度表中;分度集是民主自由端的温度在0℃时的条件下获得的，相同的热电偶具备相同的分度表中。

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。

热电偶实际上就是一种能量转换器，它将热能切换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应当特别注意如下几个问题：

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认后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶热端的温度维持一定，这入热电偶的热电势仅就是工作端的温度的单值函数。将两种相同材料的导体或半导体a和b冲压出来，形成一个滑动电路，如图所示。当导体a和b的两个执著点1和2之间存有温差时，两者之间便产生电动势，因而在电路中构成一个大小的电流,这种现象称作热电效应。热电偶就是利用这一效应去工作的。

常用的热电偶材料有

热电偶分度号冷电极材料

正极负极s铂铑10纯铂r铂铑13纯铂b铂铑30铂铑6k镍铬镍硅t纯铜铜镍j铁铜镍n镍铬硅镍硅e镍铬铜镍

其中s、r、b属贵金属热电偶，n、k、e、j、t属廉金属热电偶。

检出(测)元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。必须配二次仪表，其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可已连续测量，某些特定热电偶最高有界至-269℃（例如金铁镍铬），最低仅约+2800℃（例如钨-铼）。

③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

根据温度测量范围及精度，采用适当分度号的热电偶：

要求精度又比较高时，一般选用b型热电偶，b分度号在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600℃，短期1800℃，可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用；要求精度不高，气氛又允许可用钨铼热电偶，高于1800℃一般选用钨铼热电偶；使用温度在1000~1300℃要求精度又比较高可用s型热电偶和n型热电偶，s分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶使用，n分度号的特点是1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替s分度号热电偶；r分度号与s分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同；在1000℃以下一般用k型热电偶和n型热电偶，低于400℃一般用e型热电偶；250℃下以及负温测量一般用t型电，在低温时t型热电偶稳定而且精度高；j分度号的特点是既可用于氧化性气氛(使用温度上

限750℃)，也可用于还原性气氛(使用温度上限950℃)，并且耐h2及co气体腐蚀，多用于炼油及化工。

热电阻及其测温原理

在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。

1、热电阻的测温原理

与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

金属热电阻的电阻值和温度通常可以用以下的对数关系式则表示，即为

rt=rt0[1+α（t-t0）]

式中，rt为温度t时的阻值；rt0为温度t0（通常t0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。

半导体热敏电阻的阻值和温度关系为

rt=aeb/t

式中rt为温度为t时的阻值；a、b取决于半导体材料的结构的常数。

相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性极差，非线性轻微，测温范围只有-50~300℃左右，大量用作家电和汽车用温度检测和掌控。金属热电阻通常适用于于-200~500℃范围内的温度测量，其特点就是测量精确、稳定性不好、性能可信，在程掌控中的应用领域极其广为。

2、工业上常用金属热电阻

从电阻随其温度的变化来看，大部分金属导体都存有这个性质，但并不是都能够用做测温热电阻，做为热电阻的金属材料通常建议：尽可能小而且平衡的温度系数、电阻率必须小（在同样灵敏度下增大传感器的尺寸）、在采用的温度范围内具备平衡的化学物理性能、材料的激活性不好、电阻值随其温度变化必须存有间值函数关系（最出色呈圆形线性关系）。

目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有r0=10ω、r0=100ω和r0=1000ω等几种，它们的分度号分别为pt10、pt100、pt1000；铜电阻有r0=50ω和r0=100ω两种，它们的分度号为cu50和cu100。其中pt100和cu50的应用最为广泛。

3、热电阻的信号相连接方式

热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

目前热电阻的引线主要存有三种方式

1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

2三线制：在热电阻的根部的一端相连接一根引线，另一端相连接两根引线的方式称作三线制，这种方式通常与电桥服务设施采用，可以较好的消解引线电阻的影响，就是工业过程控制中的最为常用的引线电阻。

3四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流i，把r转换成电压信号u，再通过另两根引线把u引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

4、热电阻的结构形式

和热电偶温度传感器相类似，工业上常用的热电阻主要有普通装配式热电阻和铠装热电阻两种型式。

普通通在装配式热电阻就是由感温体、有锈钢外维护管、接线盒以及各种用途的固定装置级变成，加装固定装置存有紧固外螺纹、活动法兰盘、紧固法兰和拎紧固螺栓锥形维护管及等形式。铠装热电阻外维护套管使用不锈钢，内充任高密度氧化物绝缘体，具备很强的抗污染性能和优良的机械强度。与前者较之，铠装热电阻具备直径大、极易伸展、抗震性不好、热响应时间慢、使用寿命短的优点。

对于一些特殊的测温场合，还可以选用一些专业型热电阻，如，测量固体表面温度可以选用端面热电阻，在易燃易爆场合可以选用防爆型热电阻，测量震动设备上的温度可以选用带有防震结构的热电阻等。