热电偶是在科学和技术的所有分支中测量温度的设备。本文提供了热电偶的一般概述，并详细介绍了设备的设计和工作原理。描述了各种热电偶及其简要特性，并给出了热电偶作为测量装置的评价。
内容
热电偶设计
热电偶的工作原理。塞贝克效应
热电偶是基于德国物理学家托马斯·塞贝克在 1821 年发现的热电效应。
这种现象是基于当暴露在一定的环境温度下时，闭合电路中会出现电流。当不同成分（不同的金属或合金）的两个导体（热电极）之间存在温差时会产生电流，并通过保持它们的触点（结）就位来维持电流。设备在连接的辅助设备的屏幕上显示测量的温度值。
输出电压与温度呈线性关系。这意味着测量温度的升高会导致热电偶自由端的毫伏值升高。
测温点处的接点称为“热接点”，导线与变送器连接的点称为“冷接点”。
冷端温度补偿 (CJC)
冷端补偿 (CJC) 是在测量热电偶自由端连接点的温度时以对最终读数的修正形式进行的修正。这是由于实际冷端温度与 0°C 时冷端温度校准图表中计算得出的读数之间存在差异。
CHS 是一种差分方法，其中绝对温度读数来自冷端温度（参考端的另一个名称）的已知值。
热电偶设计
热电偶的设计考虑了外部环境的“侵略性”、物质的聚合状态、待测温度范围等因素的影响。
热电偶设计特点：
1) 导体对通过进一步的弧焊（很少焊接）通过绞合或绞合相互连接。
重要的： 不推荐使用扭绞法，因为它会迅速丧失接头特性。
2) 热电偶电极必须沿其整个长度进行电绝缘，接触点除外。
3) 隔离方法的选择要考虑到温度上限。
- 高达 100-120°C - 任何绝缘；
- 高达 1300°C - 瓷管或瓷珠；
- 高达 1950°C - 铝2○3;
- 2000°С 以上 - MgO、BeO、ThO 管2氧化钍2.
4) 防护罩。
材料必须具有耐热性和耐化学性，具有良好的导热性（金属、陶瓷）。使用护套可防止某些介质中的腐蚀。
延长（扩展）电线
需要这种类型的电线将热电偶的末端延伸到辅助设备或屏障。如果热电偶具有内置的统一输出信号的变送器，则不使用电线。最广泛的应用是放置在标准传感器终端头中的归一化传感器，具有统一的 4-20mA 信号，即所谓的“平板电脑”。
电线的材料可以与热电极的材料一致，但考虑到防止形成寄生（感应）热电极的条件，通常会用更便宜的材料代替。延长线的使用也有助于优化生产。
技巧和窍门！ 要正确确定补偿线的极性及其与热电偶的连接，请记住 MM 助记符规则 - 负号是磁性的。也就是说，取任何磁铁，补偿的负号将是磁性的，与正号不同。
热电偶的种类和种类
热电偶的多样性是由于所使用的金属合金组合不同。热电偶的选择基于行业和所需的温度范围。
铬铝热电偶 (TXA)
正极：铬镍合金（90% Ni，10% Cr）。
负极：铝镍合金（95% Ni、2% Mn、2% Al、1% Si）。
绝缘材料：瓷、石英、金属氧化物等。
温度范围从-200°C到1300°C短期和1100°C长期加热。
操作环境：惰性、氧化性（O2=2-3% 或完全排除），干燥氢气，短期真空。在存在保护套的还原或氧化还原气氛中。
缺点：易变形，热电动势可逆不稳定性。
在大气中存在微量硫和在弱氧化气氛（“绿粘土”）中存在铬镍合金的情况下，可能会发生腐蚀和脆化的情况。
铬铜热电偶 (TCC)
正极：铬镍合金（90% Ni，10% Cr）。
负极：copel合金（54.5% Cu、43% Ni、2% Fe、0.5% Mn）。
温度范围从 -253°C 到 800°C 长期加热和 1100°C 短期加热。
操作环境：惰性和氧化性，短期真空。
缺点：热电偶变形。
也许在长真空中蒸发铬；与含有硫、铬、氟的气氛反应。
铁康铜热电偶 (PCT)。
正极：技术纯铁（低碳钢）。
负极：康铜合金（59% Cu、39-41% Ni、1-2% Mn）。
用于还原、惰性介质和真空中的测量。温度从 -203°C 到 750°C 长期加热和 1100°C 短期加热。
该应用程序折叠在正负温度的联合测量上。仅用于负温度是不利的。
缺点：热电偶变形，耐腐蚀性低。
铁的理化性质在700°С和900°С左右发生变化。与硫和水蒸气相互作用形成腐蚀。
钨铼热电偶 (TVR)
正极：合金 BP5（95% W，5% Rh）/BP5（BP5 与二氧化硅和铝添加剂）/BP10（90% W，10% Rh）。
负极：合金 BP20 (80% W, 20% Rh)。
绝缘：化学纯金属氧化物陶瓷。
特点包括机械强度、耐温性、对污染的低敏感性和易于制造。
测量温度从 1800°C 到 3000°C，下限 - 1300°C。测量在惰性气体、干燥氢气或真空环境中进行。在氧化介质中仅用于快速流动过程中的测量。
缺点：热电动势重现性差，照射时不稳定，温度范围内灵敏度不稳定。
钨钼 (TM) 热电偶
正极：钨（技术纯）。
负极：钼（工业纯）。
绝缘：氧化铝陶瓷，用石英尖端保护。
惰性、氢气或真空环境。在存在绝缘材料的情况下可在氧化环境中进行短期测量。实测温度范围为1400-1800℃，极限工作温度约为2400℃。
缺点：thermo-EDC的重现性和灵敏度差，极性反转，高温脆化。
热电偶铂-铑-铂 (TPP)
正极：铂-铑（Pt 含 10% 或 13% Rh）。
负极：铂。
绝缘：石英、瓷（普通和耐火）。高达 1400 °С - 高铝含量的陶瓷2○3O，高于 1400 °С - 化学纯铝2○3.
最高工作温度 1400°C 长时间，1600°C 短时间。通常不进行低温测量。
操作环境：有氧化性和惰性、还原性保护存在的环境。
缺点：成本高、辐照不稳定、对污染敏感度高（尤其是铂电极）、金属晶粒在高温下生长。
铂-铑-铂-铑热电偶 (PRT)
正极：含 30% Rh 的 Pt 合金。
负极：含 6% Rh 的 Pt 合金。
介质：氧化性、中性和真空。在存在保护的情况下用于还原性和含金属或非金属蒸气的环境。
最高工作温度：1600°C 长期，1800°C 短期。
绝缘：铝制陶瓷2○3 高纯度。
与铂铑热电偶相比，不易受到化学污染和晶粒生长的影响。
热电偶连接图
- 将电位计或检流计直接连接到导体。
- 与补偿线连接；
- 通过传统铜线连接到具有统一输出的热电偶。
热电偶导体颜色标准
颜色编码的导体绝缘有助于区分热电偶电极，以便正确连接到端子。标准因国家而异；导体没有特定的颜色名称。
重要的： 必须查明工厂使用的标准，以防出错。
测量精度
精度取决于热电偶的类型、测量的温度范围、材料纯度、电噪声、腐蚀、结特性和制造工艺。
热电偶被分配了一个公差等级（标准或特殊），建立了测量的置信区间。
重要的： 制造时的特性在运行期间会发生变化。
测量速度
响应能力取决于主传感器对温度跳跃和随后来自测量仪器的输入信号流的快速响应能力。
提高反应能力的因素：
- 正确安装和计算一次换能器的长度；
- 当使用带有保护套管的变送器时，通过选择较小直径的套管来减少组件的质量；
- 尽量减少初级传感器和热套管之间的气隙；
- 使用弹簧加载的初级传感器并用导热填料填充热套管中的空腔；
- 快速移动的介质或密度更高的介质（液体）。
检查热电偶性能
要验证操作，请连接一个特殊的测量设备（测试仪、电流计或电位计）或用毫伏表测量输出电压。如果箭头或数字指示器有波动，则表明热电偶良好，否则必须更换设备。
热电偶故障的原因：
- 未使用保护性屏蔽装置；
- 改变电极的化学成分；
- 在高温下发生的氧化过程；
- 测量仪器的破损等
使用热电偶的优缺点
使用该设备的优点可以称为：
- 测量温度范围大；
- 高准确率;
- 简单性和可靠性。
缺点应该包括：
- 实施冷端的连续控制，对控制设备进行校验和校准；
- 设备制造过程中金属的结构变化；
- 对大气成分、密封成本的依赖；
- 由于暴露于电磁波而导致的测量误差。
