1、熱電偶

利用不同金屬的熱效應(yīng)，產(chǎn)生電勢(shì)差，其溫度范圍很寬，一般用來(lái)測(cè)量幾百度的溫度。

熱電偶是工業(yè)上zui常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：

①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

②測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶zui低可測(cè)到-269℃(如金鐵鎳鉻)，zui高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。

③構(gòu)造簡(jiǎn)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(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。

(1)熱電偶測(cè)溫基本原理

兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測(cè)量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶"。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在5～40mV／℃之間。

熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。由于熱電偶的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有*的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過(guò)程。

(2)熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。各種熱電偶的測(cè)量范圍和優(yōu)缺點(diǎn)：

S型熱電偶：鉑銠10-鉑熱電偶，溫度范圍0～1600℃，舊分度號(hào)LB-3。優(yōu)點(diǎn)：耐熱性、安定性、再現(xiàn)性良好及較*的度；耐氧化、耐腐濁性良好；可以做為標(biāo)準(zhǔn)使用。缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)值??；在還元性氣體環(huán)境較脆弱(特別是氫、金屬蒸氣)；補(bǔ)償導(dǎo)線誤差大；價(jià)格高昂。

R型熱電偶：鉑銠13-鉑熱電偶，溫度范圍0～1600℃。優(yōu)點(diǎn)：耐熱性、安定性、再現(xiàn)性良好及較*的度；耐氧化、耐腐濁性良好；可以做為標(biāo)準(zhǔn)使用。缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)值?。辉谶€元性氣體環(huán)境較脆弱(特別是氫、金屬蒸氣)；補(bǔ)償導(dǎo)線誤差大；價(jià)格高昂。

B型熱電偶：鉑銠30-鉑銠6熱電偶，溫度范圍600～1800℃，舊分度號(hào)LL-2，自由端在0～50℃內(nèi)可以不用補(bǔ)償導(dǎo)線。優(yōu)點(diǎn)：適用1000℃以上至1800℃；在常溫環(huán)境下熱電動(dòng)勢(shì)非常小，不需補(bǔ)償導(dǎo)線；耐氧化、耐腐濁性良好；耐熱性與機(jī)械強(qiáng)度較R型優(yōu)良。缺點(diǎn)：在中低溫域之熱電動(dòng)勢(shì)極小，600℃以下測(cè)定溫度不準(zhǔn)確；熱電動(dòng)勢(shì)值??；熱電動(dòng)勢(shì)之直線性不佳；價(jià)格高昂。

K型熱電偶：鎳鉻-鎳硅熱電偶、鎳鉻-鎳鋁熱電偶，溫度范圍-200～1300℃。優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)之直線性良好；1000℃以下耐氧化性良好；在金屬熱電偶中安定性屬良好。缺點(diǎn)：不適用于還元性氣體環(huán)境，特別是一氧化碳、二氧化硫、硫化氫等氣體；熱電動(dòng)勢(shì)與貴金屬熱電偶相比較經(jīng)時(shí)變化較大；受短范圍排序之影響會(huì)產(chǎn)生誤差。

N型熱電偶：鎳鉻硅--鎳硅熱電偶，溫度范圍-270～1300℃。優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)之直線性良好；1200℃以下耐氧化性良好；為K型之改良型，受GreenRot之影響較小，耐熱溫度較K型高。缺點(diǎn)：不適用于還元性氣體環(huán)境；熱電動(dòng)勢(shì)與貴金屬熱電偶相比較經(jīng)時(shí)變化較大。

E型熱電偶：鎳鉻硅-康銅熱電偶，溫度范圍-270～1000℃。優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)有熱電偶中感度*者；與J熱電偶相比耐熱性良好；兩腳不具磁性；適于氧化性氣體環(huán)境；價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：不適用于還元性氣體環(huán)境；稍具履歷現(xiàn)象。

J型熱電偶：鐵--康銅熱電偶，溫度范圍-210～1200℃。優(yōu)點(diǎn)：可使用于還元性氣體環(huán)境；熱電動(dòng)勢(shì)較K熱電偶大20%；價(jià)格較便宜，適用于中溫區(qū)域。缺點(diǎn)：(＋)腳易生銹；再現(xiàn)性不佳。

T型熱電偶：銅-康銅熱電偶，溫度范圍-270～400℃。優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)之直線性良好；低溫之特性良好；再現(xiàn)性良好、高精度；可使用于還元性氣體環(huán)境。缺點(diǎn)：使用溫度限度低；(＋)腳之銅易氧化；熱傳導(dǎo)誤差大。

(3)熱電偶的結(jié)構(gòu)形成

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下：

①組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；

②兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；

③補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

④保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。

(4)熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償

熱電偶自由端溫度為0℃，由熱電偶測(cè)溫原理知道，只有當(dāng)熱電偶冷端溫度保持不變時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)才是被測(cè)溫度的單位函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于熱電偶的冷端離熱端很近，冷瑞又暴露在空間，容易受到周圍環(huán)境溫度變化的影響，因而沖端溫度難以保持恒定。為此必須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償處理。

由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí))，而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)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(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。

在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。

3、IC集成溫度傳感器

全數(shù)字化讀取，必須配合單片機(jī)使用，可以連接成網(wǎng)絡(luò)使用，三線即可讀取溫度，電源、地、數(shù)據(jù)。

4、三極管有時(shí)在要求不高時(shí)也可當(dāng)溫度傳感器使用，但是它線性不是很好，由于其價(jià)格低，在多種場(chǎng)合還是被采納。

二、非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。

這種儀表可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。zui常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。輻射測(cè)溫法包括亮度法(見(jiàn)光學(xué)高溫計(jì))、輻射法(見(jiàn)輻射高溫計(jì))和比色法(見(jiàn)比色溫度計(jì))。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對(duì)黑體(吸收全部輻射并不反射光的物體)所測(cè)溫度才是真實(shí)溫度。如欲測(cè)定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長(zhǎng)，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難測(cè)量。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測(cè)溫法來(lái)測(cè)量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測(cè)量是相當(dāng)困難的。對(duì)于固體表面溫度自動(dòng)測(cè)量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測(cè)表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測(cè)表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過(guò)儀表對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正，zui終可得到被測(cè)表面的真實(shí)溫度。zui為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測(cè)表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)。至于氣體和液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射測(cè)量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過(guò)計(jì)算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動(dòng)測(cè)量和控制中就可以用此值對(duì)所測(cè)腔底溫度(即介質(zhì)溫度)進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。

非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)zui高可測(cè)溫度原則上沒(méi)有限制。對(duì)于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測(cè)溫逐漸由可見(jiàn)光向紅外線擴(kuò)展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。