什么叫熱電偶

熱電偶是一種將溫度轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器，就像一個能“感知”溫度的溫度計。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科學(xué)研究和日常生活，幫助我們測量各種環(huán)境和物體的溫度。

熱電偶的測溫原理

熱電偶的測溫原理是基于“塞貝克效應(yīng)”的原理。簡單來說，當測量接點和參考接點之間存在溫差時，由于兩種金屬的熱電勢不同，在導(dǎo)線中就會產(chǎn)生電流，這個電流的大小與溫差成正比。通過測量電流的大小，就可以推算出測量接點的溫度。

測量端：由兩種不同金屬材料的導(dǎo)線連接而成，直接接觸被測物體。

自由端（冷端）：連接在已知溫度（通常是0℃）的環(huán)境中。

熱電偶的結(jié)構(gòu)

構(gòu)成最基本的熱電偶除了必須的兩根熱電極（即正負極偶絲）外，通常由測溫元件、保護套管管、絕緣物質(zhì)和接線裝置等主要部分組成。

熱電極

?熱電偶常以熱電極的材料種類來命名。

?熱電極的直徑：0.35-0.65mm（貴重金屬）0.5-3.2mm（普通金屬）。

?熱電偶長度350-2000mm，部分達3500mm。

絕緣物質(zhì)

?防止兩根熱電極之間短路，采用陶瓷、石英等材料。一般做成圓形或橢圓形，中間有孔，裝入電極。

保護套管

?電極套在絕緣套管后裝入保護管，隔離電極與被測介質(zhì)，避免電極受到介質(zhì)侵蝕與損傷，保護管材料：黃銅、鋼等傳熱材料。

固定裝置

?熱電偶的固定裝置主要用于將熱電偶固定在被測物體上，并確保熱電偶能夠準確地測量溫度。

接線裝置

?連接電極和測量儀表，多用鋁合金制成。

熱 電 偶 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖
 

熱電偶的種類和應(yīng)用

熱電偶根據(jù)使用的金屬材料不同，可以分為多種類型，常用的有以下幾種

熱電偶在各種領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，例如：

工業(yè)生產(chǎn)：用于測量爐膛溫度、液體溫度、氣體溫度等。

科學(xué)研究：用于測量各種材料的熱性能。

日常生活：用于測量人體溫度、食品溫度等。

影響熱電偶測溫的主要因素

熱電偶本身的因素：

熱電偶材料類型——不同的熱電偶材料具有不同的熱電勢，因此對同一溫度的測量結(jié)果也會有所不同。根據(jù)使用環(huán)境進行熱電偶的選型。常見熱電偶類型有K型、S型、N型、R型等，其測量范圍和精度也不同。

熱電偶老化——長時間使用會導(dǎo)致熱電偶老化，其熱電勢會發(fā)生變化，影響測量精度。

環(huán)境因素：

環(huán)境溫度——熱電偶的測量結(jié)果會受到環(huán)境溫度的影響。如果環(huán)境溫度過高或過低，都會導(dǎo)致測量誤差。尤其是冷端的溫度

熱輻射——熱輻射會對熱電偶產(chǎn)生影響，尤其是高溫環(huán)境下。需要采取措施避免或減小熱輻射的影響。

氣流—— 氣流會對熱電偶的測量結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其是高速氣流。需要采取措施避免或減小氣流的影響。

測量電路因素：

測量儀器的精度——測量儀器的精度會影響熱電偶的測量精度。選擇精度高的測量儀器可以提高測量精度。

測量電路噪聲——測量電路噪聲會影響熱電偶的測量精度。需要采取措施降低測量電路噪聲，尤其在高溫的環(huán)境下，本身材料性能會下降。

補償導(dǎo)線——補償導(dǎo)線用于連接熱電偶和測量儀器，其熱電勢也會影響測量結(jié)果。因此補償導(dǎo)線最好與熱電偶類型相匹配，不會對熱電動勢產(chǎn)生影響。
 

常見熱電偶異常分析

熱電偶在光伏行業(yè)設(shè)備使用過程中，常見的異?？梢苑譃橐韵聨追N類型

熱電偶斷偶

污染所導(dǎo)致的斷裂——Si\P\S\C\H2等可導(dǎo)致脆斷或低熔點共晶化合物

熱脹冷縮導(dǎo)致的斷裂——組成熱電偶的整個結(jié)構(gòu)中，絕緣物質(zhì)與熱電極的熱膨脹系數(shù)不一致

優(yōu)化方案

a) 選擇孔徑大，內(nèi)壁光滑的剛玉芯

b) 去除應(yīng)力和雜質(zhì)

熱電偶數(shù)值跳動

高溫產(chǎn)生的跳動——熱電偶長期處于高溫環(huán)境中，導(dǎo)致材料特性發(fā)生改變，導(dǎo)致熱電勢發(fā)生漂移。

干擾產(chǎn)生的跳動——加熱功率變化產(chǎn)生的電磁干擾以及靜電干擾，導(dǎo)致測量值波動

優(yōu)化方案

a) 選用抗干擾能力更強的熱電偶

b) 增加屏蔽材料進行抗干擾設(shè)計

c) 通過程序濾波進行優(yōu)化

熱電偶套管析晶

高溫環(huán)境——石英材料在高溫下長時間使用，會更容易析晶。溫度越高，析晶的速度越快。長時間在高溫環(huán)境下使用會加速石英材料的析晶過程。

雜質(zhì)污染——石英材料的純度會影響其析晶程度。高純度的石英材料，雜質(zhì)含量低，不容易析晶。而低純度的石英材料，雜質(zhì)含量高，容易在高溫環(huán)境下析晶。石英套管在使用過程中，可能會接觸到金屬、油脂等污染物。污染物會加速石英材料的析晶過程。

優(yōu)化方案

a) 使用純度更高的石英材料，降低析晶風險

b) 避免高溫差的波動，尤其是降溫至300℃以下。

c) 減少熱電偶絲的雜質(zhì)引入，尤其是堿金屬元素的影響