39
保护管材料要求
（1）气密性好，可有效地防止有害介质 深入而腐蚀结点和热电极。
（2）应有足够的强度及刚度，耐振、耐 热冲击。
（3）物理化学性能稳定，在长时间工作 中不至于介质、绝缘材料和热电极互相 作用，也不产生对热电极有害的气体。
（4）导热性能好，使结点与被测介质有 良好的热接触。
40
将N支相同型号的热电偶正负极依次相
联接
若N支热电偶的各热电势分别为E1、E2、 E3、…EN，则总电势为
=E1+ E2+ E3+…+ EN= NE 串联线路的总热电势为E的N倍，所对应
的温度可由—t关系求得，也可根据平均 热电势E在相应的分度表上查对。
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热电偶串联测量线路
串联线路的主要优点是热电势大，精度比 单支高；主要缺点是只要有一支热电偶断开， 整个线路就不能工作，个别短路会引起示值 显著偏低。
其结构有片状、针状和把热电极材料直接蒸镀 在被测表面上等3种。所用的电极类型有铁-康 铜、铁镍、铜-康铜、镍铬-镍硅等。测温范围 为−200～300℃。
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铁-镍薄膜热电偶结构
1—测量接点 2—铁膜 3—铁丝 4—镍丝 5—接头夹具 6—镍膜 7—衬架
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表面热电偶
表面热电偶是用来测量各种状态的固体 表面温度的，如测量轧辊、金属块、炉 壁、橡胶筒和涡轮叶片等表面温度。
常用热电偶
热电偶可分为标准化热电偶和非标准化热电偶 2种类型。
标准化热电偶是指国家已经定型批量生产的热 电偶；
非标准化热电偶是指特殊用途试生产的热电偶， 非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系 热电偶等。
目前工业上常用的有4种标准化热电偶，即铂 铑30-铂铑6，铂铑10-铂，镍铬-镍硅和镍铬-铜 镍（我国通常称为镍铬-康铜）热电偶。
（4）如果使冷端温度Ｔ0保持不变，则热电动 势便成为热端温度Ｔ的单一函数。
14
热电偶的基本定律
均质导体定律 中间导体定律 标准电极定律 中间温度定律
15
均质导体定律
由一种均质导体组成的闭合回路中，不 论导体的截面和长度如何以及各处的温 度分布如何，都不能产生热电势。
16
中间导体定律
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测量平均温度—热电偶并联测量 线路
将N支相同型号热电偶的正负极分别连
在一起，如图5-11所示。
如果N支热电偶的电阻值相等，则并联 电路总热电势等于N支热电偶的平均值，
即
=（E1+E2+E3+…+EN）/N
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热电偶并联测量线路
49
测量两点之间的温度差
实际工作中常需要测量两处的温差，可 选用两种方法测温差，一种是两支热电 偶分别测量两处的温度，然后求算温差； 另一种是将两支同型号的热电偶反串联 接，直接测量温差电势，然后求算温差。 前一种测量较后一种测量精度差，对于 要求精确的小温差测量，应采用后一种 测量方法。
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例2
镍铬-镍硅热电偶，工作时其自由端温度 为30℃，测得热电势为39.17mV，求被 测介质的实际温度。
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解：
由t0=0℃，查镍铬-镍硅热电偶分度表， E（30，0）=1.2mV，又知E（t，30）
=39.17mV
所以E（t，0）= E（30，0）+E（t，
30）=1.2mV+39.17mV=40.37mV。 再用40.37mV反查分度表得977℃，即
普通型热电偶按其安装时的连接形式可 分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活 动法兰连接、无固定装置等多种形式。
普通型热电偶结构图
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普通装配型热电偶的 外形
安装 螺纹
安装 法兰
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接线 盒
普通装配型热 电偶的 结构放大图
引出线套管
不锈钢保护管
固定螺纹
（出厂时用塑料包裹）
热电偶工作端（热端）
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铠装型热电偶
8
热电动势示意图
9
形成机理
该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引 起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进 行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自 导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作 用下自导体B到导体A的自由电子数相等时， 便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，A 与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触 电势。接触电势的大小与导体材料、结点的温 度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。
三种导体分别组成的热电偶
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例1
已知铂铑30-铂热电偶的EAC（1 084.5,0）
=13.937（mV），铂铑6-铂热电偶的
EBC（1 084.5,0）=8.354（mV）。求
铂铑30-铂铑6在相同温度条件下的热电动 势。
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解：
由标准电极定律可知，
EAB（1 084.5,0）=EAC（1 084.5,0） −EBC（1 084.5,0）
铠装型热电偶又称套管热电偶。它是由 热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经 拉伸加工而成的坚实组合体 .
它可以做得很细很长，使用中随需要能 任意弯曲。铠装型热电偶的主要优点是 测温端热容量小，动态响应快，机械强 度高，挠性好，可安装在结构复杂的装 置上，因此被广泛用在许多工业部门中。
30
铠装型热电偶结构
热电偶传感器及应用
1
引言
热电偶是工程上应用最广泛的温度传感 器。
它构造简单，使用方便，具有较高的准 确度、稳定性及复现性，温度测量范围 宽，在温度测量中占有重要的地位。
2
主要内容
热电偶工作原理 热电偶的结构形式及材料 热电偶实用测温线路和温度补偿 热电偶传感器的应用实例
3
热电偶工作原理
被测介质的实际温度。
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热电偶的结构形式及材料
热电偶的基本结构形式 热电偶材料 常用热电偶
25
热电偶的基本结构形式
热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠 装型热电偶和薄膜热电偶等。
热电偶的种类虽然很多，但通常由金属 热电极、绝缘子、保护套管及接线装置 等部分组成。
26
普通型热电偶
普通型结构热电偶工业上使用最多，它 一般由热电极、绝缘套管、保护管和接 线盒组成。
平衡。这样，导体两端便产生了电势，
我们称为温差电动势。
eA (T、T0)
T
T0 AdT
12
热电偶的电势
设导体A、B组成热电偶的两结点温度分
别为T和T0，热电偶回路所产生的总电
动势，
EAB(T、T0) eAB(T) eAB(T0) eA (T、T0) eB(T、T0)
在热电偶回路中接触电动势远远大于温差电动势， 所以温差电动势可以忽略不计
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标准型热电偶
从1988年1月1日起，我国热电偶和热 电阻的生产全部按国际电工委员会 （IEC）的标准，并指定S、B、E、K、 R、J、T，7种标准化热电偶为我国统一 设计型热电偶。
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非标准型热电偶
（1）铱和铱合金热电偶 如铱50铑-铱10钌、铱铑40-铱、铱铑60-铱热电偶。
它能在氧化环境中测量高达2 100℃的高温，且热电 动势与温度关系线性好。 （2）钨铼热电偶 60年代发展起来的，是目前一种较好的高温热电偶， 可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗 氧能力差。 国产钨铼3-钨铼25、钨铼-钨铼20热电偶使用温度范 围在300～2 000℃，分度精度为1%。主要用于钢水 连续测温、反应堆测温等场合。 （3）金铁-镍铬热电偶主要用在低温测量，可在2～ 273K范围内使用，灵敏度约为10V/℃。 （4）钯-铂铱15热电偶
=13.937−8.354=5.583（mV）
21
中间温度定律
热电偶在两结点温度分别为T、T0时的热 电势等于该热电偶在结点温度为T、Tn和 Tn、T0相应热电势的代数和，
EAB(T,T0 ) EAB(T,Tn ) EAB(Tn ,T0 )
定律是参考端温度计算修正法的理论依 据
热电偶中间温度定律示意图
1—接线盒 2—金属套管 3—固定装置 4—绝缘材料 5—热电极
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铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长达上百米
绝缘 材料
AB
薄壁金属 保护套管 （铠体）
铠装型热电偶 横截面
法兰
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薄膜热电偶
用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺， 将热电极材料沉积在绝缘基板上形成的一层金 属薄膜。热电偶测量端既小又薄（厚度可达 0.01～0.1m），因而热惯性小，反应快， 可用于测量瞬变的表面温度和微小面积上的温 度。
10
接触电势大小
eAB (T
)
kT e
ln
nA nB
11
温差电动势
将某一导体两端分别置于不同的温度场T、
T0中，在导体内部，热端自由电子具有
较大的动能，向冷端移动，从而使热端
失去电子带正电荷，冷端得到电子带负
电荷。这样，导体两端便产生了一个由
热端指向冷端的静电场，该静电场阻止
电子从热端向冷端移动，最后达到动态
推论：在热电偶中接入第4、5……种导 体，只要保证插入导体的两结点温度相 同，且是均质导体，则热电偶的热电势 仍不变。
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标准电极定律
已知热电极A、B分别与标准电极C组成
为和，则在相同温度下，由A、 B两种热电极配对后的热电动势为
EAB (T,T0 ) EAC (T,T0 ) EBC (T,T0 )
一部分是两种导体的接触电势，另一部 分是单一导体的温差电势。
7
接触电势
当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两 者内部单位体积的自由电子数目不同（即电子 密度不同），因此，电子在两个方向上扩散的 速率就不一样。
。假设导体A的自由电子密度大于导体B的自 由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数 要比导体B扩散到导体A的电子数大。所以导 体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负 电荷。于是，在A、B两导体的接触界面上便 形成一个由A到B的电场 。