热电偶测温系统 实验报告书

091班

瑜、康宁 班级：铁道自动化小组成员：何俊峰、严云钧、王鹏远、倪森

目录

一 热电偶的工作原理，补偿方法及其应用 1热电偶的工作原理

2热电偶的补偿方法

3热电偶的实际应用

二 热电偶测温系统的相关介绍

1线路原理图

2主要原件及其作用

3调试方法及其注意事项

三实验收尾及总结报告

1处理实验数据

2 实验总结

一 热电偶的工作原理，补偿方法及其应用

1热电偶的工作原理

（1）概况：热电偶是一种感温元件,热电偶的工作原理这就要从热电偶测温原理说起。一次仪表，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势—热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到不同的热电偶具有不同的分度表。热电偶回路中接入第三种金属资料时,只要该资料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将坚持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。 B热电偶工作原理： 两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，回路中就会发生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度丈量的其中，直接用作丈量介质温度的一端叫做工作端(也称为丈量端)另一端叫做冷端(也称为弥补端)冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。 热电偶实际上是一种能量转换器，将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度

（2）分类：（S型热电偶）铂铑10-铂热电偶

铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10%，含铂为90%，负极（SN）为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。

S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。

S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（R型热电偶）铂铑13-铂热电偶

铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。

R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于R型热电偶的综合性能与S

型热电偶相当，在我国一直难于推广，除在进口设备上的测温有所应用外，国内

测温很少采用。1967年至1971年间，英国NPL，美国NBS和加拿大NRC三大研

究机构进行了一项合作研究，其结果表明，R型热电偶的稳定性和复现性比S型

热电偶均好，我国目前尚未开展这方面的研究。

R型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温

下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（B型热电偶）铂铑30-铂铑6热电偶

铂铑30-铂铑6热电偶（B型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直

径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（BP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为30%，含铂为70%，负极（BN）为铂铑合金，含铑为量6%，故俗称双

铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为

1800℃。

B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温

温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中，也可短

期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热

电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在0~50℃范围内热电势

小于3μV。

B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温

下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

（K型热电偶）镍铬-镍硅热电偶

镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电

偶，其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90：

10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=97：3，其使用温度为-200~1300℃。

K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和

均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛

为用户所采用。

K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替

的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。

（N型热电偶）镍铬硅-镍硅热电偶

镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最

新国际标准化的热电偶，是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它

克服了K型热电偶的两个重要缺点：K型热电偶在300~500℃间由于镍铬合金的

晶格短程有序而引起的热电动势不稳定；在800℃左右由于镍铬合金发生择优氧

化引起的热电动势不稳定。正极（NP）的名义化学成分为：

Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，负极（NN）的名义化学成分为：

Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1，其使用温度为-200~1300℃。

N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性

和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点,其综合

性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶.

N型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替

的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。

（E型热电偶）镍铬-铜镍热电偶

镍铬-铜镍热电偶（E型热电偶）又称镍铬-康铜热电偶，也是一

种廉金属的热电偶，正极（EP）为：镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为：55%的铜，45%的镍以及少量的锰，钴，铁等元素。该热电偶的使用温度为-200~900℃。

E型热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制

成热电堆，测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度

较高的环境。E热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电

偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中，广泛为用户采用。

E型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性气氛中，热电势均

匀性较差。

（J型热电偶）铁-铜镍热电偶

铁-铜镍热电偶（J型热电偶）又称铁-康铜热电偶，也是一种

价格低廉的廉金属的热电偶。它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁，负极（JN）为铜镍合金，常被含糊地称之为康铜，其名义化学成分为：55%的铜和45%的镍

以及少量却十分重要的锰，钴，铁等元素，尽管它叫康铜，但不同于镍铬-康铜

和铜-康铜的康铜，故不能用EN和TN来替换。铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为

-200~1200℃，但通常使用的温度范围为0~750℃

J型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀

性较好，价格便宜等优点,广为用户所采用。

J型热电偶可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中，但正极铁在

高温下氧化较快，故使用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化

气氛中。

（T型热电偶）铜-铜镍热电偶

铜-铜镍热电偶（T型热电偶）又称铜-康铜热电偶，也是一种最

佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合

金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用，尽管它们都叫康铜，铜-铜镍热电偶的盖测量温区为-200~350℃。

T型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性

和均匀性较好，价格便宜等优点,特别在-200~0℃温区内使用，稳定性更好，年

稳定性可小于±3μV，经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递。

T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差，故使用温度上限受

到限制

2 热电偶的补偿

1. 补偿导线的选择

补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确选

择。例如,k型偶应该选择k型偶的补偿导线,根据使用场合,选择工作温度范围。通常kx工作温度为-20～100℃,宽范围的为-25～200℃。普通级误差为±2.5℃,

精密级为±1.5℃。

2. 接点连接

与热电偶接线端2个接点尽可能近一点,尽量保持2个接点温度一致。与

仪表接线端连接处尽可能温度一致,仪表柜有风扇的地方,接点处要保护不要使

得风扇直吹到接点。

3. 使用长度

因为热电偶的信号很低,为微伏级,如果使用的距离过长,信号的衰减和

环境中强电的干扰偶合,足可以使热电偶的信号失真,造成测量和控制温度不准

确,在控制中严重时会产生温度波动。

根据我们的经验,通常使用热电偶补偿导线的长度控制在15米内比较好,

如果超过15米,建议使用温度变送器进行传送信号。温度变送器是将温度对应的

电势值转换成直流电流传送,抗干扰强。

4. 布线

补偿导线布线一定要远离动力线和干扰源。在避免不了穿越的地方,也尽

可能采用交叉方式,不要平行。

5. 屏蔽补偿导线

为了提高热电偶连接线的抗干扰性,可以采用屏蔽补偿导线。对于现场干

扰源较多的场合,效果较好。但是一定要将屏蔽层严格接地,否则屏蔽层不仅没有

起到屏蔽的作用,反而增强干扰。

热电偶用补偿导线的作用

是来延伸热电极即移动热电偶的冷端，与显示仪表联接构成测温系统。

本产品等效采用IEC 584-3《热电偶第三部份－补偿导线》国家标准。绝缘层和

护层选用进口优质氟塑料，并采用整体连续挤出新工艺，使该产品具有优良的耐

酸、碱、耐磨和不燃延之性能，可浸入油水中长期使用。使用温度在

60-205-260℃，属于当代国际先进水平。产品主要应用于各种测温装置，已被广

泛用核电、石油、化工、冶金、电力等部门。

热电偶补偿导线的作用

是来延伸热电极即移动热电偶的冷端，与显示仪表联接构成测温系统。

本产品采用GB／T 4989-94《热电偶用补偿导线》国家标准(等效采用IEC584-3

《热电偶第三部分—补偿导线》国际标准)，绝缘层和护层选用进口优质氟塑料，并采用整体连续挤出新工艺，使该产品具有优良的耐酸，碱、耐磨和不燃延之性

能，可浸入油水中长期使用。使用温度—60—205—260℃，属于当代国际先进水

平。产品主要应用于各种测温装置，已被广泛用于石油、化工、冶金、电力等部

门。

3 热电偶的实际应用

主要是进行温度的测量与其补偿作用，广泛应用于很多科技领域具有很好

的发展前景。

二 热电偶测温系统的相关介绍

1线路原理图

2 主要元器件

3 调试注意事项

（1）必须在板子焊接无误后方可进行调试，板子各电源线对地电阻不得小于2K欧姆否则不允许通电

（2）所领电源，应先用万用电表检查各个输出电压如有问题，立即向老师反

映

（3）线路板各引出线应该长约25厘米，以便作业，各个连接处均要焊接牢靠

（4）杯中水面一般高于70%

（5）所领物品领走时要登记，归还时消除的登记，要爱惜使用

三 实验收尾及总结报告

1处理相关实验数据

（1）检测热电偶好坏的数据

（2）调试良好后的测温数据与数显数据的对比表格

2实验总结：

通过此次实验我小组取得了丰硕的成果，不仅进一步了

解了热电偶测温系统的相关原理和知识让我们对课堂上所

学的理论知识得到了实践的升华。除此之外在这一周的实训中充分锻炼了我们的动手能力和团队协作能力，这是十分难能可贵的对今后的学习和工作都是十分有好处的。