上海自动化仪表三厂热电偶基本测量原理

上海自动化仪表三厂在本文介绍热电偶测量原理短路因素、测量电路中的电流隔离等基础知识，方便大家深入了解热电偶这种常见温度传感器。

1、热电偶测量原理

热电偶由两个具有不同热电效应的金属丝组成。当焊接点温度升高时，自由电子就会从较热的一段向较冷的一段移动。电荷分离产生的电压随材料的温度和电动势而增加。两种材料的电动势不同，这导致两条腿的电压不同。两个电压(U_T1)之间的差值是交叉点或测量点的温度测量值。

在现场设备的连接端，产生2个部分电压(U_T2a+U_T2b)。如果热电偶在这个终端温度下短路，也会产生两个电压之和。因此，U_T2的和是连接点(也称为冷端)的温度测量值。现场设备测量的电压是由测量点温度减去冷端温度形成的差值温度的测量值。

2、无热电动势的补偿电缆和插头连接器

第二电压(U_T2)必须在冷端产生。带有相应补偿电缆的热电偶延伸至现场装置。而且，没有热电电压的插头连接器有助于更精确的温度测量。

3、内部温度补偿

现场设备根据电压差U_T1-U_T2确定温度。冷端温度T₂由另一个温度探头确定。将冷端温度T₂添加到温差(T₁-T₂+T₂)中。内部温度补偿的结果是测量点温度T₁。

4、短路因素

补偿导线由与热电偶具有相同热电特性的材料组成。因此，线路中的短路会导致并联形成二个热电偶。例如，若短路发生在接线端顶部，那么所测得的温度就不是实际测量点的温度了，而是接线端顶部的温度。如果测量值接近被测温度，则很有可能不会马上注意到故障已经发生。

5、测量电路中的电流隔离

在热电偶应用中，热电偶丝和工厂底面之间可能会发生短路。例如，这可能发生在连接点和保护管之间(目的是为了得到更快的响应速度)，或者由于测量温度高时陶瓷保护管的电阻降低。通常，应采用电流隔离。这可以通过温度变送器、电源隔离器或直接通过分析单元来实现。

6、标准化热电偶

热电偶符合DIN EN 60584-1标准。因此，它们在电气性能方面是兼容的。最常用的是J，K和N类型。S偶和B偶是由贵金属制成的贵金属偶，适合在特别高的温度下使用。可以使用B进行测量高温。标准中建议的最高温度为1700摄氏度。在现场设备中选择相应的线性化(J，K，N…)之后，将自动转换为相应的温度。

7、长期行为信息

热电偶标准中建议的最大工作温度适用于洁净空气中的正常应用。通常，较高的工作温度会导致较强的漂移行为。由于热电偶在外来原子进入时(熔炉气体进入热电偶保护管会改变其输出信号。所以元件必须定期校准，现场设备必须根据需要进行校准。校准间隔必须由用户定义。最终用户需要确定热电偶在各自的应用程序中可以使用多长时间。