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熱電偶溫度變送器的核心工作原理基于熱電效應，即當兩種不同金屬導體焊接在一起形成閉合回路時，若兩個接合點處于不同溫度下，回路中就會產生熱電勢。熱電偶溫度變送器正是利用這一原理，通過精密測量熱電偶產生的熱電勢來反推被測溫度值。
在實際應用中，熱電偶的輸出熱電勢與溫度之間的關系并非嚴格的線性，而是呈現一定的非線性特性。國際標準組織針對不同類型的熱電偶制定了詳細的分度表，列出了不同溫度下對應的熱電勢值。熱電偶溫度變送器內部存儲了這些分度表數據，通過查表和插值計算，將測得的熱電勢轉換為對應的溫度值。
冷端補償是熱電偶溫度變送器設計中的關鍵技術挑戰。根據熱電偶的測溫原理，熱電勢實際上反映的是熱端與冷端之間的溫差，而非熱端的絕對溫度。在實際工業測量中，熱電偶的冷端往往暴露在環境溫度下，會隨季節、天氣或現場條件而變化。如果不進行補償，即使熱端溫度恒定，冷端溫度的變化也會導致輸出熱電勢變化，從而引入測量誤差。為解決這一問題，現代熱電偶溫度變送器普遍采用自動冷端補償技術。
熱電偶溫度變送器的信號處理流程通常包括以下幾個關鍵步驟：首先對熱電偶輸入的微弱電壓信號進行濾波和放大；然后進行冷端補償計算；接著通過線性化電路或算法校正熱電偶的非線性特性；最后將處理后的信號通過V/I轉換電路轉換為標準的4～20mA電流輸出。
值得一提的是，不同類型熱電偶的輸出特性差異顯著。例如，B型熱電偶在低溫段靈敏度很低，但在0～1800℃高溫范圍內穩定性表現良好；而T型熱電偶在-200～400℃范圍內具有較高的靈敏度，特別適合低溫測量。
熱電偶溫度變送器需要針對所連接的熱電偶類型進行專門優化，包括匹配其溫度-電勢特性曲線、設置適當的量程范圍等，這也是為什么變送器通常需要明確指定所支持的熱電偶分度號（如K、E、J、B、S、T、N等）。
