热电偶

热电效应与热电偶构成

两种不同导体（或半导体）A、B 两端相互紧密连接组成闭合回路，当两接点温度不等（设工作端温度 $t$ 高于冷端温度 $t_0$）时，回路中产生大小和方向与导体材料及两接点温度有关的电动势并形成电流，这种现象称为热电效应，也称塞贝克效应。该电动势称为热电动势。组成热电偶的导体 A、B 称为热电极；置于被测温度场中的接点称为工作端或热端（温度 $t$），要求恒定在某一温度的接点称为自由端或冷端（温度 $t_0$）。热电偶是有源传感器，测量时不需要外加电源。

结构与种类

为适应不同测温条件和要求，热电偶结构形式有普通型、铠装型和薄膜型。
普通型热电偶一般由热电极、绝缘管、保护管和接线盒组成，工业上使用最广泛。热电极有正、负极性之分，其直径由材料价格、机械强度、导电率、用途和测量范围等决定；普通金属热电极直径一般在 $0.5\sim 3.2\mathrm{m}\mathrm{m}$，贵重金属热电极直径一般为 $0.3\sim 0.6\mathrm{m}\mathrm{m}$；长度取决于应用需要和安装条件，通常为 $300\sim 2000\mathrm{m}\mathrm{m}$，常用长度为 $350\mathrm{m}\mathrm{m}$。绝缘管用于热电极之间及热电极与保护管之间的绝缘，防止两根热电极短路，材料一般为黏土、高铝或刚玉等，要求室温下绝缘电阻在 $5\mathrm{M}\mathrm{\Omega }$ 以上，最常用的是氧化铝管和耐火陶瓷。保护管使热电极与被测介质隔离，保护感温元件免受化学腐蚀和机械损伤，要求耐高温、耐腐蚀、导热性和气密性好，材料分金属和非金属两类。接线盒供热电偶与补偿导线连接，分普通式、防溅式（密封式）两种结构。
铠装型（缆式）热电偶由热电极、绝缘材料和金属保护套管一起拉制加工成坚实缆状组合体，可做得很细很长，使用中可任意弯曲，测温范围通常在 $1100{}^{\circ }\mathrm{C}$ 以下；优点是测温端热容量小、热惯性小、动态响应快、寿命长、机械强度高、弯曲性好，可安装在结构复杂的装置上。
薄膜型热电偶将两种薄膜热电极材料用真空蒸镀、化学涂层等办法蒸镀到绝缘基板（云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料纸等）上，接点可做得很小很薄（$0.01\sim 0.1\mu \mathrm{m}$），热容量小、响应速度快（毫秒级），适用于微小面积上的表面温度及快速变化的动态温度测量，测温范围在 $300{}^{\circ }\mathrm{C}$ 以下。
柔性安装型装配式结构具有测量端热容量小、响应速度快、绕性好、可弯曲的特点，适用于狭窄或结构复杂的测量场合，且具备耐压、耐振、耐冲击性能。

应用示例

热电偶广泛用于测量 $100\sim 1300{}^{\circ }\mathrm{C}$ 范围内的温度，根据需要还可测量更高或更低温度，具有结构简单、制作容易、精度高、温度测量范围宽、动态响应特性好、输出信号便于远传等优点，常用于测量炉子或管道内气体、液体的温度或固体表面温度。在神舟飞船热真空试验中，研制了全新的热电偶温度测量单元安装在飞船舱内，在计算机控制下完成采样和模-数转换，通过数据总线传输至空间模拟室外的计算机；该方法避免了过长的热电偶引线，采用数字量型传输，抗干扰能力强。

对已确定且均匀的两种热电极，在给定分度范围内，输出热电动势由工作端温度与参考端温度共同决定。参考端须已知或经补偿，才能由该型号标定关系确定工作端温度。