什么是热电偶及其工作原理？

热电偶温度传感器是一对不同的金属，它们在一端连接，在另一端互相电隔离。它产生一个小的电信号，可以用来监测温度。人们普遍认为，电动势(电场和磁场)是在两种金属交界处热电偶的顶端或热端产生的。这种观点是完全错误的。EFM 并不局限于顶端，而是分散在每条腿的长度。在热电偶中产生的总电动势是两腿电动势之间的区别。这是由于塞贝克系数的金属或合金使用。(塞贝克效应是指两种不同的导电体或半导体之间的温差产生两种物质之间的电压差。这可以应用于热电转换能量转换。塞贝克效应是在1821年由托马斯 · 塞贝克发现的。这个系数用来测量电子如何与环境，金属晶格耦合，在更大的尺度上，与晶粒结构耦合。

 

它对金属的化学和物理特性的变化很敏感，如果金属受到污染、氧化、过滤或热处理，它就会发生变化。由于所有这些过程都依赖于温度和热电偶，因为它的使用，经历不均匀的温度场，塞贝克系数将有不均匀的变化，因此热电偶输出。这样导线就获得了热电印记或“签名”。环境的任何变化都会影响热电偶的输出。一个典型的变化是浸没深度。由于减少浸入深度而导致热电偶输出的变化可能是相当大的。例如，一个24 AWG 镍基热电偶在16小时内只漂移约1 °c，而同时监测1000 °c 的温度，但是，如果其浸入深度减小，输出可能进一步改变15 °c。因此，建议将热电偶安装在固定的位置。

 

什么是热电偶结？热电偶温度传感器有两个结，一个是热结，其中不同的金属连接在一起，另一个是冷结。这个冷接头参照零摄氏度。热电偶温度传感器的输出取决于所用金属的类型。有国际表，这是用来确定不同类型的热电偶温度传感器在不同温度下的电动势值。发生的一个问题是，冷端通常是在零度以外的温度。假设我们希望用伏特计测量毫伏输出，用玻璃温度计测量冷端温度，从而确定一个过程的温度。如果我们有一个9.340 mV 的信号输出和27 °c 的冷端温度，9.340 mV 的值不应该直接输入参考表，因为它是不适当的。如果我们这样做，它将读取300摄氏度，如果加上冷端温度，这是一个常见的概念，那么温度将达到327摄氏度。现在让我们把这个结果与正确的结果进行比较。测量值为9.340 mV，为300 o c 到27 o c 的温度梯度。缺少的是从27摄氏度到0摄氏度的梯度，即0.712 mV。因此，正确的 mV 输出是9.340 + 0.712，等于10.052 mV。当我们查看表格时，我们读到的温度是320摄氏度——相差7摄氏度。

 

在热电偶的制造过程中，必须注意确保不存在污染物，在 MIMS 的情况下，在热电偶密封之前不存在水分。为了确保在焊接过程中不会产生污染物，使用了 TIG 焊接技术。通过使用氩气保护，可以实现无氧焊接，确保不会发生结垢和氧化。如果正在制造 MIMS 热电偶，用与外壳相同的材料焊接热电偶也是很好的做法。通过将热电偶放入烘箱或用氧气炬加热热电偶以确保氧化镁绝缘层中的任何水分已被排除，可以消除水分。这些技术用于热接头。此外，冷端亦须加以保护，以防污染物进入，即冷端应放置在合适的围封内，以防止外来气体、颗粒和水分进入。

 

基本上有三种类型的热接头: •暴露•接地•不接地

 

热接点的选择将取决于热电偶的响应、污染危险、物理约束和电接地的考虑。

 

基本金属热电偶基本金属热电偶是由基本金属元素合金(铁，铜和镍)。符合 ANSI 标准的基本金属热电偶有 e，j，k，n & t，通常用于1200 °c 以下的温度。

 

稀有金属热电偶这些热电偶通常被称为“贵金属”热电偶，通常用于由铂和/或铂合金制成的导体的热电偶。它们主要由 b 型、 r & s 型组成，通常用于1200 °c 以上的高温应用。

 

矿物绝缘热电偶在护套材料和整体护套/元件组合方面的发展允许使用 k & n 热电偶以获得更高的温度。矿物绝缘热电偶可归类为现代发展。矿物绝缘金属护套(MIMS)热电偶于50年前问世，为测温行业带来了革命性的变化。它提供了一个紧凑的设计，其中元素是包装在一个保护性的环境。

 

热电偶温度传感器基本原理

 

热电偶温度传感器使用年限

 

有用的热电偶寿命是一个非常困难的预测，即使大多数细节的应用是已知的。不幸的是，这样的信息往往很难确定。对于任何应用程序来说，zui好的测试是安装单元、使用和评估被认为可能成功的设计的在用性能。热电偶类型说明中列出的建议和非建议是在首次选择要安装到过程中的组装样式时开始的好地方。

 

热电偶温度传感器偏移和漂移

 

稳定性

 

所有的热电偶都受到校准漂移与使用，这只是问题的多少，多快可能会发生。热电偶的性能严重依赖于整个电路长度上物理和化学性质的绝对均匀性。当生产热电偶材料时，要采取仔细的步骤以确保达到这种均匀性(或均匀性)。在使用过程中，电路的不同部分会经历不同的热、化学暴露等条件，因此，这些部分的物理结构和组成会从原始热电偶线发生变化。

 

由于给定温差所产生的热电动势对导线的化学和冶金性能的变化很敏感，所以在相同的条件下，使用过的探头所产生的总电动势可能不同于其他相同的新探头。在可观察的时间内，这些变化通常很小(通常小到可以忽略不计)。但在不利的条件下，有可能实现大的漂移速度迅速。

 

为了实现长期可靠的热电偶寿命，通常的策略是在zui高温度下舒适地操作设备，并为其提供尽可能干净的工作环境。外壳，例如护套、保护管和温度计套管，是控制热电偶本身周围环境的常用方法。

 

会出什么问题

 

保护管，护套，甚至温度计套管，都可能因为腐蚀或机械损坏而失效。加工过程可能会超过温度，使热电偶暴露在高于预期温度的环境中。如果控制一个过程的传感器的输出偏低，该过程响应其控制器，结果可能被迫达到高于预期的温度。贱金属组件容易受到少数化学剂的攻击。它们也可以被不利的操作条件所改变。在供货的情况下，质量好的贵金属热电偶丝杂质含量很低。因此，它很容易受到能够影响其热电性能的污染。铂对自由硅的存在特别敏感，它可以与自由硅结合形成共晶合金，在正常使用温度或低于正常使用温度时熔化。高纯度绝缘子和贵金属组件的保护管，以及在操作过程中注意清洁，对于防止这种情况的发生至关重要。

 

人为错误也可能是一个影响因素。控制可能设置不当，连接可能不正确，以及不适当的行动响应的操作条件可能是错误的。仪器仪表的补偿校正是对付这类错误的常用手段。

 

热电偶温度传感器故障排除

 

方法

 

要评估问题，请检查系统性能是否符合条件: 控件中的更改是否产生逻辑结果？产品怎么样？它的状况是否符合仪器的说明？

 

如何测试用过的热电偶温度传感器

 

首先，将可疑的热电偶从服务中移出并在另一个地方进行“测试”并不总是实际可行的。一旦设备被使用，就意味着它可能不再是同质的。将一个不均匀的热电偶置于一组不同的温度梯度之下，即使只是略有不同，也会导致不同的输出和读数。重新校准一个使用过的热电偶肯定会产生一个数字，但这个数字在热电偶的使用场所可能是没有意义的。

 

评估使用过的热电偶zui好的方法是通过放置一个已知输出的新热电偶来“探测”其位置，并在操作过程中放置可疑的热电偶，然后比较读数。如果同时安装两个传感器是不实际的。取出可疑探头，换上另一个已知性能良好的探头。然后，如果好的探针和被移除的探针放在同一个地方，而且在交换过程中过程没有改变，就可以比较两个探针的读数。

 

注意，没有必要为这些测试保留和使用无限量的新探测器。一些合适的替换设备可以保持可用，选择一个进行测试使用。在正常情况下，热电偶的漂移，或降解，是一个渐进和非常缓慢的过程。因此，一个单一的替换探针可以多次使用来探测一个过程，并被认为是可靠的多次重复测试。而且，当一个漂移的探测器被发现时，测试探测器可以简单地作为一个工作传感器留在原地，而下一个替代品则成为测试设备。

 

系统测试

 

一个有用的仪器故障排除热电偶系统是一个便携式温度指示器。许多这样的设备可以使用两种或更多不同的热电偶类型，还有一些提供输出功能，可以产生电输出来模拟在任何选择的温度下运行的热电偶。

 

在使用中，仪器通常连接到电路的导线上，在某个方便的接入点进行测试，例如在连接头上。应该注意确保保持正确的极性。在澳大利亚，我们使用 ANSI 颜色代码，其中负片总是红色。在那里，一个操作传感器的输出可以被监视和评估。或者，利用仪器的“输出”功能，一个模拟热电偶信号可能被发送回电路的永久指示器或控制器，以验证其余电路的正常运行。当将信号驱动回仪器时，通常需要断开电路的一侧，以避免热电偶本身的低电阻“加载”便携式测试仪。

 

热电偶电路中的延长接线部分也可以用便携式测试仪检查是否连接正确。正在测试的部分应该与回路的其余部分电气隔离，并且一对延长线的一端应该短路在一起。如果测试仪连接到短路对的另一端，测试仪应该显示短路对的近似温度。注意，如果扩展对的两端碰巧处于相同的温度，那么可能需要稍微加热一下被缩短的那端，并验证测试人员是否正确地看到了温度的变化。在这个测试中正在检查不正确的反向连接的可能性。

 

从新项目的开发和规划到现有设施的改造或升级，均可提供烟火销售工程师的咨询。我们的员工在这里为您提供帮助和建议，以确保zui佳的结果和价值。我们很乐意到客户现场拜访或在我们的办公室举行会议。