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熱電偶：工業zui常用的溫度檢測元件之一，它的工作原理基于塞貝克（seeback）效應，即兩種不用成分導體兩端連接回路，如果兩端溫度不同，則回路內產生熱電流物理現象。

熱電偶與鉑熱電阻一起，約占整個溫度傳感器總量百分之六十，熱電偶通常和顯示儀表等配套使用，直接測量各種生產過程-40~1800℃范圍內液體、蒸汽和氣體介質以及固體的表面溫度。

優點是：⒈測量精度高；⒉測量范圍廣；⒊構造簡單使用方便。

熱電偶的工作原理：

熱電偶是一種感溫元件,是一次儀表，直接測量溫度并把溫度信號轉換成熱電動勢信號, 再通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質溫度。熱電偶測溫基本原理是兩種不同成份材質導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間存在電動勢—熱電動勢，所謂塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時, 只要該材料兩個接點的溫度相同, 熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此, 在熱電偶測溫時, 可接入測量儀表, 測得熱電動勢后, 即可知道被測介質的溫度。

如圖所示：

熱電偶將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路熱電偶將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路。

當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。

熱電偶是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：

⒈熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數的差而不是熱電偶兩端溫度差的函數。
⒉熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關。
⒊當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。

常用材質如圖：

熱電偶的型號和類別

⑴類別：

熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類：所謂標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。

⑵熱電偶的基本構造：工業測溫用的熱電偶，其基本構造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護管和接線盒等。

熱電偶的偶絲及性能

工業測溫用的熱電偶，其基本構造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護管和接線盒等。

⒈鉑銠10－鉑熱電偶（分度號為Ｓ，也稱為單鉑銠熱電偶該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金，負極為純鉑；它的特點是：

a.熱電性能穩定、抗氧化性強、宜在氧化性氣氛中連續使用、長期使用溫度可達1300℃，超達1400℃時，即使在空氣中、純鉑絲也將會再結晶，使晶粒粗大而斷裂；

b.精度高，它是在所有熱電偶中，準確度等級zui高的，通常用作標準或測量較高的溫度；

c.使用范圍較廣，均勻性及互換性好；

d.主要缺點有：微分熱電勢較小，因而靈敏度較低；價格較貴，機械強度低，不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。

⒉鉑銠13－鉑熱電偶（分度號為R，也稱為單鉑銠熱電偶）
該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金，負極為純鉑，同S型相比，它的電勢率大15%左右，其它性能幾乎相同，該種熱電偶在日本產業界，作為高溫熱電偶用得zui多，而在中國，則用得較少。

⒊鉑銠30－鉑銠6熱電偶（分度號為B，也稱為雙鉑銠熱電偶）

該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金，負極為含銠6%的鉑銠合金，在室溫下，其熱電勢很小，故在測量時一般不用補償導線，可忽略冷端溫度變化的影響；長期使用溫度為1600℃，短期為1800℃，因熱電勢較小，故需配用靈敏度較高的顯示儀表。

B型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用，也可以在真空氣氛中的短期使用；即使在還原氣氛下，其壽命也是R或S型的10～20倍；由于其電極均由鉑銠合金制成，故不存在鉑銠－鉑熱電偶負極上所有的缺點、在高溫時很少有大結晶化的趨勢，且具有較大的機械強度；同時由于它對于雜質的吸收或銠的遷移的影響較少，因此經過長期使用后其熱電勢變化并不嚴重、缺點價格昂貴（相對于單鉑銠而言）。

⒋鎳鉻－鎳硅（鎳鋁）熱電偶（分度號為K）

該熱電偶的正極為含鉻10%的鎳鉻合金，負極為含硅3%的鎳硅合金（有些國家的產品負極為純鎳）。可測量0～1300℃的介質溫度，適宜在氧化性及惰性氣體中連續使用，短期使用溫度為1200℃，長期使用溫度為1000℃，其熱電勢與溫度的關系近似線性，價格便宜，是目前用量zui大的熱電偶。

K型熱電偶是抗氧化性較強的賤金屬熱電偶，不適宜在真空、含硫、含碳氣氛及氧化還原交替的氣氛下裸絲使用；當氧分壓較低時，鎳鉻極中的鉻將擇優氧化，使熱電勢發生很大變化，但金屬氣體對其影響較小，因此，多采用金屬制保護管。

K型熱電偶的缺點：

a.熱電勢的高溫穩定性較N型熱電偶及貴重金屬熱電偶差，在較高溫度下（例如超過1000℃）往往因氧化而損壞；

b.在250～500℃范圍內短期熱循環穩定性不好，即在同一溫度點，在升溫降溫過程中，其熱電勢示值不一樣，其差值可達2～3℃；
c.其負極在150～200℃范圍內要發生磁性轉變，致使在室溫至230℃范圍內分度值往往偏離分度表，尤其是在磁場中使用時往往出現與時間無關的熱電勢干擾；
d.長期處于高通量中系統輻照環境下，由于負極中的錳（Mn）、鈷（Co）等元素發生蛻變，使其穩定性欠佳，致使熱電勢發生較大變化。

⒌鎳鉻硅－鎳硅熱電偶（分度號為N）
該熱電偶的主要特點是：在1300℃以下調溫抗氧化能力強，長期穩定性及短期熱循環復現性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃范圍內，N型熱電偶的熱電特性的線性比K型偶要好；但在低溫范圍內（-200～400℃）的非線性誤差較大，同時，材料較硬難于加工。

⒍銅－銅鎳熱電偶（分度號為T）
T型熱電電偶,該熱電偶的正極為純銅，負極為銅鎳合金（也稱康銅），其主要特點是：在賤金屬熱電偶中，它的準確度zui高、熱電極的均勻性好；它的使用溫度是-200～350℃，因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時，一般不能超過300℃，在-200～300℃范圍內，它們靈敏度比較高，銅－康銅熱電偶還有一個特點是價格便宜，是常用幾種定型產品中*的一種。

鐵－康銅熱電偶（分度號為J）
J型熱電偶,該熱電偶的正極為純鐵，負極為康銅（銅鎳合金），具特點是價格便宜,適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中，溫度范圍從-200～800℃，但常用溫度只是500℃以下，因為超過這個溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長的壽命；該熱電偶能耐氫氣（H2）及一氧化碳（CO）氣體腐蝕，但不能在高溫（例如500℃）含硫（S）的氣氛中使用。

⒏鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶（分度號為Ｅ）

E型熱電偶是一種較新的產品，它的正極是鎳鉻合金，負極是銅鎳合金（康銅），其zui大特點是在常用的熱電偶中，其熱電勢zui大，即靈敏度zui高；它的應用范圍雖不及K型偶廣泛，但在要求靈敏度高、熱導率低、可容許大電阻的條件下，常常被選用；使用中的限制條件與K型相同，但對于含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。

除了以上8種常用的熱電偶外，作為非標準化的熱電偶還有鎢錸熱電偶，鉑銠系熱電偶，銥鍺系熱電偶，鉑鉬系熱電偶和非金屬材料熱電偶等。

熱電偶的材料規格和線徑使用溫度的關系

熱電偶冷端的溫度補償
熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。

熱電偶冷端的溫度補償
熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。

絕緣管

該熱電偶的工作端被牢固地焊接在一起，熱電極之間需要用絕緣管保護。熱電偶的絕緣材料很多，大體上可分為有機和無機絕緣兩類，處于高溫端的絕緣物必須采用無機物，通常在1000以下選用粘土質絕緣管，在1300以下選用高鋁管，在1600以下選用剛玉管。

保護管

保護管的作用在于使用熱電偶電極不直接與被測介質接觸，它不僅可延長熱電偶的壽命，還可起到支撐和固定熱電極增加其強度的作用；因此，熱電偶保護管及絕緣選擇是否合適，將直接影響到熱電偶的使用壽命和測量的準確度，被采用做保護管的材料主要分金屬和非金屬兩大類。

總結

 熱電偶是工業溫度測量常用的傳感器，它具有精度高、經濟和溫度寬的特點。熱電偶測量其熱端和冷端之間的溫度差。為了得到熱端感測點的溫度，必須測試冷端溫度和相應地調節熱電偶輸出。現在，位于熱電偶信號處理單元輸入端的冷端同溫通常靠具有高熱導率的材料片保持。熱導率381W/mK的銅是理想的材料。輸入連接必須電隔離，熱連路到片上。整個信號處理單元理想上應該處在這種同溫環境中。
　　熱電偶信號范圍為μV/℃量級，熱電偶的信號處理單元對電磁干擾(EMI)敏感，熱電偶線往往遭受EMI。EMI增加了接收信號的不確定性和損害所采集溫度數據的精度。另外，此連接所需的專門熱電偶纜線是昂貴的，假若無意中用另外的纜線替代，則會變得分析困難。