热电偶传感器
热电偶
热电偶测温的主要优点
它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；
测温范围广：下限可达-270C ，上限可达1800C以上；
各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。
1、热电偶的工作原理
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。
两种不同的导体（或半导体）组成一个闭合回路,在闭合回路中，A、B导体称为热电极。T端结点称为工作端或热端；T0端结点称为冷端或自由端。
产生的热电势由两部分组成: 温差电势和接触电势
（1）接触电势
产生原因：由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。 两种导体接触时,自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散, （NA>NB,A到B）在接触处失去电子的一侧带正电, 得到电子的一侧带负电, 形成稳定的接触电势。接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。
（2）同一导体温差电势
同一导体的两端温度不同时, 高温端的电子能量要比低温端的电子能量大, 因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多, 结果高温端因失去电子而带正电, 低温端因获得多余的电子而带负电, 形成一个静电场，该静电场阻止电子继续向低温端迁移，最后达到动态平衡。
2、热电偶基本定律
（1）均质导体定律
如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电势均为零。
根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。
（2）中间导体定律
利用热电偶进行测温, 必须在回路中引入连接导线和仪表, 接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢？中间导体定律说明, 在热电偶测温回路内, 接入第三种导体, 只要其两端温度相同, 则对回路的总热电势没有影响。
3、热电偶的种类及结构
几种常用热电偶的测温范围及热电势
名 称 | 分度号 | 代号 | 测温范围（ºC | 100ºC（ | 特 点 |
铂铑30-铂铑6 | B(LL-2) | WRR | 50～1280 | 0.033 | 熔点高，测温上限高，性能稳定，精度高，ºC |
铂铑13-铂 | R(PR) | — | -50～1768 | 0.647 | 使用上限较高，精度高，性能稳定，复现性好；但热电动势较小，不能在金属和还原性气体中使用，在高温下使用特性会逐渐变坏，价昂；多用于精密测量 |
铂铑10-铂 | S(LB-3) | WRP | -50～1768 | 0.646 | 同上，性能不如 |
镍铬-镍硅 | K(EU-2) | WRN | -270～1370 | 4.095 | 热电动势大，线性好，稳定性好，价廉；但材质较硬，在1 000ºC |
几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析
4、热电偶的分度表
热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法
直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为0℃。
设冷端为0℃，根据以下电路中的毫伏表的示值及K热电偶的分度表，查出热端的温度tx 。
5、常见热电偶
（1）铠装热电偶
铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。
铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。
（2）隔爆型热电偶
结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。
使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。
6、热电偶冷端的延长
采用相对廉价的补偿导线，可延长热电偶的冷端，使之远离高温区；可节约大量贵金属；易弯曲，便于敷设。
