热电偶温度计属于接触式温度测量元件。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为测量端 (或工作端) , 另一端称为参比端 (或自由端) 。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t而变化。

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, 测得热电势后, 即可知道被测介质的温度。

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶, 它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶, 一般也没有统一的分度表, 主要用于某些特殊场合的测量。

由于热电偶的材料一般都比较贵重 (特别是采用贵金属时) , 而测温点到仪表的距离都很远, 为了节省热电偶材料, 降低成本, 通常采用补偿导线把热电偶的冷端 (自由端) 延伸到温度比较稳定的控制室内, 连接到仪表端子上。必须指出, 热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极, 使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上, 它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响, 不起补偿作用。因此, 还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

热电偶温度计在工业生产中有着非常广泛的应用, 热电偶的选择首先应根据被测温度的上限, 正确地选择热电偶的热电极及保护套管;根据被测对象的结构及安装特点, 选择热电偶的规格及尺寸。热电偶按结构形式可分为普通工业型、铠装型及特殊型等。铠装热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者组合加工而成, 它可以做得很细很长, 在使用中可以随测量需要进行弯曲, 其特点是:热情性小、热接点处的热容量小、寿命较长、适应性强等, 应用广泛。实际测量中, 如果测量值偏离实际值太多, 除热电偶安装位置不当外, 还有可能是热电偶偶丝被氧化、热电偶测量端焊点出现砂眼等。

常用的热电偶从-50℃~+1600℃均可连续测量, 某些特殊热电偶最低可测到-269℃ (如金铁镍铬) , 最高可达+2800℃ (如钨-铼) 。

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高, 性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的, 它不仅广泛应用于工业测温, 而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成, 目前应用最多的是铂和铜, 此外, 现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。

普通型热电阻从热电阻的测温原理可知, 被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的, 因此, 热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。

5.2铠装热电阻:铠装热电阻是由感温元件 (电阻体) 、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体, 它有下列优点:1) 体积小, 内部无空气隙, 热惯性好, 测量滞后小;2) 机械性能好、耐振, 抗冲击;3) 能弯曲, 便于安装;4) 使用寿命长。

端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制, 紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比, 能更正确和快速地反映被测端面的实际温度, 适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒, 把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内, 生产现场不会引起爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

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。

q所以测量中、低温度一般使用热电阻测温元件较为合适。热电阻优点:1) 通常和显示仪表、记录仪表、电子计算等配套使用。直接测量各种生产过程中的-200~500℃范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度;2) 毋须补偿导线, 节省费用;3) 机械强度高, 耐压性能好;4) 进口薄膜电阻元件, 性能可靠稳定。

热电阻的接线方式有四线制、三线制、二线制三种接法。四线制依靠电路可以完全消除误差, 而三线制可以近似消除误差, 两线制的误差一般用于精度要求不高的地方。

热电阻和热电偶的区别是前者是有源热感应器件, 后者是无源热点效应器件, 热电阻是本身阻值受温度变化而产生变化的热敏感应元件, 它是有源电信号输出元件, 热电偶是一种由两种活泼性差异很大的导体金属熔结的一组感温原电池, 它是无源的, 当熔结点的温度发生变化时其两端的原电池电压也会变化, 因此就可无源地输出电信号, 热电阻多用于常温或中低温感应电路而热电偶则多用于高温监测和控制电路。

在电厂的热力生产过程中, 温度是保证安全, 经济发电的一个重要参数。随着各类工厂自动化改造的日新月异, 温度控制元件的选型完全集中于热电偶与热电阻。