熱電偶溫度計在水電工程中的應用

　　1、熱電偶的基本原理

　　熱電偶溫度計屬于接觸式溫度測量儀表。是根據熱電效應即塞貝克效應原理來測量溫度的，是溫度測量儀表中常用的測溫元件。將不同材料的導體A、B接成閉合回路，接觸測溫點的一端稱為測量端（或工作端），另一端稱為參比端（或自由端）。若測量端和參比端所處溫度t和t0不同，則在回路的A、B之間就產生一熱電勢EAB（t，t0），這種現象稱為塞貝克效應，即熱電效應。EAB大小隨導體A、B的材料和兩端溫度t和t0而變，這種回路稱為原型熱電偶。在實際應用中，將A、B的一端焊接在一起作為熱電偶的測量端放到被測溫度t處，而將參比端分開，用導線接入顯示儀表，并保持參比端接點溫度t0穩定。顯示儀表所測電勢只隨被測溫度而t變化。

　　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，測得熱電勢后，即可知道被測介質的溫度。

　　根據熱電勢與溫度函數關系。可制成熱電偶分度表。分度表是在自由端溫度To=0℃的條件下得到的。不同的熱電偶具有不同的分度表。

　　從理論上講，任何兩種導體都可以配制成熱電偶，但實際上并不是所有材料都能制作熱電偶，故對熱電極材料須***滿足以下幾點：

　　（1）熱電偶材料受溫度作用后能產生較高的熱電勢，熱電勢和溫度之間的關系***好呈線性或近似線性的單值函數關系；

　　（2）能測量較高的溫度，并在較寬的溫度范國內應用，經長期使用后，物理、化學性能及熱電特性保持穩定；

　　（3）要求材料的電阻溫度系數要小，電阻率高，導電性能好，熱容量要小；復現性要好，便于大批生產和互換，便于制定統一的分度表；

　　（4）機械性能好，材質均勻；

　　（5）資源豐富，價格便宜。

　　為了保證熱電偶可靠和穩定地工作對熱電偶有如下要求：

　　（1）組成熱電偶的兩個熱電極的焊接須***牢固；

　　（2）兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；

　　（3）補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

　　（4）保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。熱電偶溫度計的特點有：

　　（1）測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。

　　（2）測量范圍廣。常用的熱電偶從-50～+1600℃均可連續測量，某些特殊熱電偶***低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），***高可達+2800℃（如鎢-錸）。

　　（3）構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。熱電偶是一種感溫元件，它能將溫度信號轉換成熱電勢信號，通過與電氣測量儀表的配合，就能測量出被測的溫度。

　　2、熱電歐溫度計的選擇

　　常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。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。標準化熱電偶，按IEC國際標準生產。熱電偶的分度號有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。

　　S分度號的特點是抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用，長期使用溫度1400℃，短期1600℃。在所有熱電偶中，S分度號的準確度等級***高，通常用作標準熱電偶；

　　R分度號與S分度號相比除熱電動勢大15%左右，其它性能幾乎相同；

　　B分度號在室溫下熱電動勢極小，故在測量時一般不用補償導線。它的長期使用溫度為1600℃，短期1800℃。可在氧化性或中性氣氛中使用，也可在真空條件下短期使用。

　　N分度號的特點是1300℃下高溫抗氧化能力強，熱電動勢的長期穩定性及短期熱循環的復現性好，耐核輻照及耐低溫性能也好，可以部分代替S分度號熱電偶；

　　K分度號的特點是抗氧化性能強，宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用，長期使用溫度1000℃，短期1200℃。在所有熱電偶中使用***廣泛；

　　E分度號的特點是在常用熱電偶中，其熱電動勢***大，即靈敏度***高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用，使用溫度0-800℃；

　　J分度號的特點是既可用于氧化性氣氛（使用溫度上限750℃），也可用于還原性氣氛（使用溫度上限950℃），并且耐H2及CO氣體腐蝕，多用于煉油及化工；

　　T分度號的特點是在所有廉金屬熱電偶中準確度等級***高，通常用來測量300℃以下的溫度。

　　由于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。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。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。

　　在使用熱電偶補償導線時須***注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。冷端溫度補償器的型號應與熱電偶的型號相符，并在規定溫度范圍內使用；冷端溫度補償器與熱電偶連接時極性不能接錯；根據補償器的平衡點溫度調整儀表起始點，使指針批示在平衡點溫度；具有自動補償機構的顯示儀表不安裝補償器；補償器須***定期檢查和檢定。

　　熱電偶溫度計在工業生產中有著非常廣泛的應用，熱電偶的選擇首先應根據被測溫度的上限，正確地選擇熱電偶的熱電極及保護套管；根據被測對象的結構及安裝特點，選擇熱電偶的規格及尺寸。熱電偶按結構形式可分為普通工業型、鎧裝型及特殊型等。