第七章 热电偶传感器第七章 热电偶传感器第一节 热电偶工作原理第二节 热电偶的材料、结构和种类第三节 热电偶的冷端补偿第四节 热电偶的测温电路第七章 热电偶传感器第一节 热电偶的工作原理一,工作原理
1、热电效应两种 不同 的导体（或半导体） A,B组成闭合回路，两个接触端处于 不同 的温度，则在回路中会产生 热电动势,这种现象称为热电效应。
本章目录
A
B
t t0
第七章 热电偶传感器热电偶,热电极热电极工作端
（热端 /测量端）
自由端
（冷端 /参比端）
热电动势,两种导体的 接触电动势 ；
单一导体的 温差电动势 。
A
B
t t0
第七章 热电偶传感器
2、热电势产生的原因（两方面）
（ 1） 不同导体的接触电势原因,A,B材料不同，自由电子浓度不同，设 NA>NB
在接触点位置要发生电子扩散，
且在两个方向上扩散的速率不同。
总体是,A的浓度高，其扩散的速率大。
∴ A失去的电子比得到的多，故带,+”电荷
∴ B失去的电子 比得到的 少，故带,--”电荷在 A,B接触面上便形成一个从 A指向 B的静电场。
NA NB
eAB（ t）
eAB（ t0）
两种不同材料接触处会产生热电势,,)(te
AB )( 0teAB
第七章 热电偶传感器接触电势的大小取决与两种不同的热电极材料的性质和接触点的温度，而与材料的几何形状和尺寸无关。
B
A
AB N
N
e
tKte ln)(
B
A
AB N
N
e
tKte ln)( 0
0
波尔兹曼常数类似情况：电位器绕线与电刷若材料不同就会有接触电势 —— 干扰信号。
)()()( tUtUte BAAB )()()( 000 tUtUte BAAB
第七章 热电偶传感器
（ 2） 单一导体的温差电势单一导体的两端存在温差时会产生热电势
eA（ t,t0）,eB（ t,t0）
原因,高温端：自由电子活动能力强低温端：自由电子活动能力弱
∴ 热端失去的电子比得到的多，故带,+”电荷
∴ 冷端失去的电子比得到的少，故带,--”电荷在材料内便形成一个从高温端指向低温端的静电场。
t t0
eA（ t,t0）
eB（ t,t0）
t> t0A A
)()(),( 00 tUtUtte AAA )()(),( 00 tUtUtte BBB
第七章 热电偶传感器
（ 3） 回路总热电势 eAB（ t,t0）
t
t0
A B
eA（ t,t0） eB（ t,t0）
eAB（ t）
eAB（ t0）
),()(),()(),( 0000 ttetettetette BABAABAB
第七章 热电偶传感器
∵ 温差电势 <<接触电势
)()(),( 00 tetette ABABAB
B
A
N
N
e
ttK ln)( 0
eAB（ t,t0）与 t,t0有关，若 t0固定，则仅与 t有关。
令 t0=0℃,在不同的温度 t的作用下，精确测量回路总电势 eAB（ t,t0）,将测量的结果列成表格－－ 热电偶分度表 （ P86～ 91 表 7－ 1） 。
材料不同，温度与热电势之间的函数关系，一般采用实验的方法求取。
本节首页第七章 热电偶传感器二、有关热电偶的几个结论
1,均质导体定律若组成热电偶回路的 两种导体 A,B材料相同,则无论冷热端温度如何，热电偶回路总电势为 0。 即：
若 A=B,则 eAB（ t,t0） =0
∴ 热电偶必须是两种不同导体（或半导体）组成。
解释,A=B,NA=NB
01ln)(ln)(),( 000 e ttKNNe ttKtte
B
A
AB
重点第七章 热电偶传感器
2,中间温度定律热电偶 AB在结点温度为 t,t0时的热电势等于热电偶在结点温度为（ t,tn）和（ tn,t0）时的热电势总和。
即：
),(),(),( 00 ttettette nABnABAB
各种热电偶的分度表均为在冷端温度 t0=0℃ 时测得，
而实际使用时一般 t0≠0℃,利用这一公式可求出冷端为任意温度时的热电偶热电势。
第七章 热电偶传感器
3,中间导体定律在热电偶的回路中（一般是将结点分开）接入第三种材料的导线（中间导体），只要第三种材料导线的两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电势。
将 AB热电偶的冷端分开，
接入中间导体 C,C的两端温度均为 t0。
证明：
回路总电势,eABC（ t,t0）
假设,NA>NC>NB
t
t0
A B
eAB（ t）
eAC（ t0）
t0
C
eCB（ t0）
)()()(),( 000 tetetette ACCBABA B C
第七章 热电偶传感器
情况 1，若 t=t0：
)()()(),( 000 tetetette ACCBABA B C
C
A
B
C
B
A
N
N
e
Kt
N
N
e
Kt
N
N
e
Kt lnlnln 000
01lnln 00
e
Kt
N
N
N
N
N
N
e
Kt
A
C
C
B
B
A ）（
)()()( 000 tetete ACCBAB
第七章 热电偶传感器
情况 2,若 t≠t0，且 t>t0
0)()()( 000 tetete ACCBAB由情况 1:
得,)()()(
000 tetete ACCBAB
)()()(),( 000 tetetette ACCBABA B C
)()( 0tete ABAB
)( 0tte AB,?
由此可见：总电势 eABC（ t,t0） 中导体 C的影响已完全消失。
第七章 热电偶传感器中间导体的应用：
mA T0T0
T
mA
T
T0 T0
mA T0T0
TT
接入测量仪表测量液体金属温度测量金属表面温度开路热电偶第七章 热电偶传感器
4,标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电势也就已知。
即已知,)()(),(
00 tetette ACACAC
)()(),( 00 tetette BCBCBC
可得,),(),(),( 000 ttettette BCACAB
意义：如果没有 AB材料热电偶的分度表，可以借助
AC,BC材料热电偶的分度表来求得。
第七章 热电偶传感器
5,若热电偶 两端温度相同 t=t0，则尽管热电偶的两个材料不同，热电偶回路总电势为 0。
6,热电偶 AB的热电势与 A,B材料的中间温度无关，而只与结点温度有关。
本节首页第七章 热电偶传感器第二节 热电偶的材料、结构、分类一、热电偶材料
（ 1）温度测量范围广,较高的精确度，大的热电势，与温度单值，最好是线性的。
（ 2）性能稳定,热电性能稳定，均匀性和复现性好。
（ 3）物理化学性能好,在温度范围内不产生蒸发，稳定。
应具备以下条件：
本章目录第七章 热电偶传感器
热 电 极,一般金属 Φ0.5~3.2mm，昂贵金属 Φ0.3~0.6mm，长度与被测物有关，一般在 300~2000mm，通常在 350mm左右。
绝 缘 管,隔离热电偶与被测物，一般在室温要 5MΩ以上。
保护套管,避免受被测介质的化学腐蚀（ shi）或机械损伤。
接 线 盒,固定接线座，连接补偿导线。
二、热电偶结构
（ 1）普通工业热电偶的结构由 热电极、绝缘管、保护套管、接线盒 组成第七章 热电偶传感器
（ 2）铠（ kai）装热电偶的结构
a,露端型,用于低温，无腐蚀性的介质，时间常数小，反应快。
b,接壳型,与套管接触焊接，用于高温高压腐蚀性的介质，寿命较前者长。
c,绝缘型,电极与套管间填绝缘介质焊接，具有电气绝缘性能。
d,圆变截面型,套管端头部分的直径为原直径的一半，时间常数小。
e,扁变截面型,分接壳型和绝缘型，时间常数最小，反应最快。
三、热电偶种类
（ 1）标准型热电偶第七章 热电偶传感器型号（正 -负） 分度号 测温范围 ℃ 特点及应用铂铑 30-铂铑 6 LL B 0~1700 上限高，性能稳定，用于冶金反应、钢水测温铂铑 10-铂 LB S 0~1600 热电性能稳定，抗氧化，精度高，630.74~1064.43℃ 的标准仪器镍铬 -镍硅 EU K -200~1200 测温宽，线性好，热电势大，便宜；不如前两者稳定且有导磁性镍铬 -康铜 E -200~900 热电势更大，能在氧化性和惰性气氛中工作铁 -康铜 J -200~750 热电势大仅次于前者，便宜，铁极易氧化铜 -康铜 CK T -200~350 精度高,-200~0℃ 的标准仪器，准确度达 ± 0.1℃
注,镍铬 -康铜 型正逐渐取代我国的 镍铬 -考铜型（分度号 EA） 热电偶。
另外还有 铂铑 13-铂,分度号为,R”，因测温范围与 铂铑 10-铂 接近，故我国不生产。
第七章 热电偶传感器
（ 2）非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系、钨铼系热电偶及特殊热电偶铂铑系热电偶,铂铑 20-铂铑 5、铂铑 40-铂铑 20等，性能稳定，
测各种高温。
铱铑系热电偶,铱铑 40-铱、铱铑 60-铱，能长期使用于 2000℃
以下，且线性度好。
钨铼系热电偶,钨铼 3-钨铼 25、钨铼 5-钨铼 20等，最高使用温度受绝缘材料的限制，现在测高温可达 2500℃,裸丝在真空中可测更高温度。主要用于钢水连续测量和反应堆测温。
第七章 热电偶传感器金铁 -镍铬热电偶,一种较理想的低温热电偶材料。
薄膜热电偶,快速测量壁面温度。
非金属热电偶,利用耐高温的石墨或化合物制成。
本节首页第七章 热电偶传感器第三节 热电偶的冷端补偿一、冷端温度误差的产生热电偶产生的热电动势与两端的温度有关，实质上热电动势与两端的温度差成正比，只有一端的温度确定热电动势才是另一端温度的单值函数。
因为热电偶一般不可能做得太长，所以 冷端通常靠近被测对象，易受到被测对象和环境的影响,其温度会产生波动，影响测量结果，因此我们必须进行补偿或修正。
本章目录第七章 热电偶传感器二、冷端温度误差的补偿方法
1,零度恒温法使用时将热电偶的冷端置于 0℃ （或其他温度）
的恒温器（如冰水混合物）内。
特点,简单，避免经常校正。
虽然补偿彻底，但在工程上较难实现，一般只能用于实验室。
第七章 热电偶传感器
2,计算修正法利用中间温度定律：
),(),(),( 00 ttettette nABnABAB
tn：环境温度 t0＝ 0 ℃
eAB（ t,tn）：实际输出电势。即热电偶的热端温度为 t，冷端温度为
tn时产生的热电势。
eAB（ tn,t0 ）：冷端修正电势，查分度表可得。即热电偶的热端温度为 tn，冷端温度为 0℃ 时产生的热电势。
第七章 热电偶传感器例：现镍铬 -镍硅（分度号为 K）热电偶测一高温，输出电势为 eAB（ t,tN） =33.29mV，已知环境温度 tN=30℃,求被测温度 t。
温度
（ ℃ ）
电动势
（ mV）
0 0
10 0.397
20 0.798
30 1.203
… …
800 33.277
810 33.686
820 34.095
830 34.502
t=829.7℃
解：查表的 eAB（ 30,0） =1.203mV
∴ eAB（ t,0） =eAB（ t,30） +eAB（ 30,0）
=33.29+1.203=34.493mV
再查分度号为 K的分度表得：
t=820℃ 时,eAB（ 820,0） =34.095mV
t=830℃ 时,eAB（ 830,0） =34.502mV
∴ t=820+（ 34.493-34.095） /（ 34.502-
34.095） × （ 830-820）
第七章 热电偶传感器
3,电桥补偿法 （硬件补偿，不用计算） — 工程上最常用的方法利用不平衡电桥产生的不平衡电动势补偿（抵消）
热电偶因冷端温度波动引起的误差。
R1：铜电阻（ T↑— R↑ ）； R2~R4：锰电阻，电阻温度系数小（ T变 R不变）
USC= UAB+ EAB（ T,TN）UAB= UA- UB
R
2
R
3
R
4
R
1
E
m V
ab
T
T
n
T
n
U
s c
E
A B
( T,T
n
)
第七章 热电偶传感器冷、热端和电桥均感受环境温度，一般取 T= TN=20℃
此时电桥平衡,R1=R2=R3=R4,UAB=0℃,对输出无影响。
将此时温度表（毫伏表）所指向的位置刻度标定为 20℃ 。
R1↑→ UA不变 →UAB↑
当 T不变,TN↑→ UB↓ →USC不变
EAB（ T,TN） ↓
所以，冷端温度 TN变化时，不影响电路的输出电压，即温度表的指示（可以认为）与 TN无关，也就补偿了冷端温度误差。
注：现在一般将电桥电路做进温控仪表中初始调试时：（在实验室进行）
工作时：
第七章 热电偶传感器
4,补偿导线法一般的热电偶测量的冷端温度都在 0~150℃,因此在该温度范围内用与配用的热电偶具有相近的热电特性导线（即补偿导线），将热电偶的冷端引向远离热端的温度较低且稳定的地方，以减小冷端温度波动带来的误差。
热电偶材料一般较贵，所以不能做的很长，而补偿导线材料是廉价金属。
注：热电偶和补偿导线连接所处的温度不应高于 150℃,否则由于热电特性的不同会带来新的误差。
第七章 热电偶传感器补偿导线分,Ⅰ 型（与所配的热电极相同的合金）
Ⅱ 型（与所配的热电极不同的合金）
热电偶 补偿导线及类型镍铬 -考铜
Ⅰ 型镍铬 -考铜补偿导线铁 -康铜 铁 -康铜补偿导线镍铬 -镍硅 镍铬 -镍硅补偿导线铜 -康铜 铜 -康铜补偿导线镍铬 -镍硅
Ⅱ 型铜 -康铜补偿导线钨铼 5-钨铼 20 铜 -铜镍硅补偿导线铂铑 10-铂 铜 -铜镍补偿导线注：如镍铬 -考铜的前者（镍铬）为,+”（用红色标示），
后者考铜为,-”（用白色标示）。
本节首页第七章 热电偶传感器第四节 热电偶的测温线路
1、测量某点温度的基本电路冷端在仪表内。
冷端在仪表外面本章目录第七章 热电偶传感器
2、测量两点之间温度差的连接电路用两支同型号热电偶配用相同的补偿导线，使两热电动势相互抵消，从而可测量温度差值。
注：热电动势 E必须与温度 T呈线性关系
mV
A?
A A
A?
BB
B?
1T 2T
第七章 热电偶传感器
mV
A A
BB
A
B
2T1
T 3T
1E 2E 3E
1R 2R 3R
3、测量多点之间的平均温度的电路并联电路三个热电偶工作在线性区时代表着平均温度，分度与单个热电偶一样。
每个热电偶需串联较大电阻。
某一热电偶坏了不易及时发现。
3
321 EEEE
第七章 热电偶传感器 mV
A A
BB
A
B
2T1
T 3T
1E 2E 3E
E
串联电路
321 EEEE
三个热电偶工作在线性区时代表着多点温度之和。
任一热电偶烧坏都可立即知道，且可得到较大的电动势。
每一热电偶引出的补偿导线必须接到仪表的冷端处。
本章结束第七章 热电偶传感器已知铜 — 康铜热电偶在测量某热处理炉温度时，冷端温度为 T0=20℃,输出热电势为 1.908mV。请列式计算热处理炉温度 T。
热端温度热电动势
℃ mV
0 0
10 0.391
20 0.780
30 1.196
40 1.611
50 2.035
60 2.468
70 2.908
80 3.357
90 3.813
100 4.277
已知铜 — 康铜热电偶和其补偿导线在测量某热处理炉温度时，热电偶的冷端温度为
T0=50℃,新的冷端温度为 20 ℃,输出端温度显示为 80 ℃ 。此时发现补偿导线接反了，
试计算热处理炉实际温度 T。
1、热电效应两种 不同 的导体（或半导体） A,B组成闭合回路，两个接触端处于 不同 的温度，则在回路中会产生 热电动势,这种现象称为热电效应。
本章目录
A
B
t t0
第七章 热电偶传感器热电偶,热电极热电极工作端
（热端 /测量端）
自由端
（冷端 /参比端）
热电动势,两种导体的 接触电动势 ；
单一导体的 温差电动势 。
A
B
t t0
第七章 热电偶传感器
2、热电势产生的原因（两方面）
（ 1） 不同导体的接触电势原因,A,B材料不同，自由电子浓度不同，设 NA>NB
在接触点位置要发生电子扩散，
且在两个方向上扩散的速率不同。
总体是,A的浓度高，其扩散的速率大。
∴ A失去的电子比得到的多，故带,+”电荷
∴ B失去的电子 比得到的 少，故带,--”电荷在 A,B接触面上便形成一个从 A指向 B的静电场。
NA NB
eAB（ t）
eAB（ t0）
两种不同材料接触处会产生热电势,,)(te
AB )( 0teAB
第七章 热电偶传感器接触电势的大小取决与两种不同的热电极材料的性质和接触点的温度，而与材料的几何形状和尺寸无关。
B
A
AB N
N
e
tKte ln)(
B
A
AB N
N
e
tKte ln)( 0
0
波尔兹曼常数类似情况：电位器绕线与电刷若材料不同就会有接触电势 —— 干扰信号。
)()()( tUtUte BAAB )()()( 000 tUtUte BAAB
第七章 热电偶传感器
（ 2） 单一导体的温差电势单一导体的两端存在温差时会产生热电势
eA（ t,t0）,eB（ t,t0）
原因,高温端：自由电子活动能力强低温端：自由电子活动能力弱
∴ 热端失去的电子比得到的多，故带,+”电荷
∴ 冷端失去的电子比得到的少，故带,--”电荷在材料内便形成一个从高温端指向低温端的静电场。
t t0
eA（ t,t0）
eB（ t,t0）
t> t0A A
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第七章 热电偶传感器
（ 3） 回路总热电势 eAB（ t,t0）
t
t0
A B
eA（ t,t0） eB（ t,t0）
eAB（ t）
eAB（ t0）
),()(),()(),( 0000 ttetettetette BABAABAB
第七章 热电偶传感器
∵ 温差电势 <<接触电势
)()(),( 00 tetette ABABAB
B
A
N
N
e
ttK ln)( 0
eAB（ t,t0）与 t,t0有关，若 t0固定，则仅与 t有关。
令 t0=0℃,在不同的温度 t的作用下，精确测量回路总电势 eAB（ t,t0）,将测量的结果列成表格－－ 热电偶分度表 （ P86～ 91 表 7－ 1） 。
材料不同，温度与热电势之间的函数关系，一般采用实验的方法求取。
本节首页第七章 热电偶传感器二、有关热电偶的几个结论
1,均质导体定律若组成热电偶回路的 两种导体 A,B材料相同,则无论冷热端温度如何，热电偶回路总电势为 0。 即：
若 A=B,则 eAB（ t,t0） =0
∴ 热电偶必须是两种不同导体（或半导体）组成。
解释,A=B,NA=NB
01ln)(ln)(),( 000 e ttKNNe ttKtte
B
A
AB
重点第七章 热电偶传感器
2,中间温度定律热电偶 AB在结点温度为 t,t0时的热电势等于热电偶在结点温度为（ t,tn）和（ tn,t0）时的热电势总和。
即：
),(),(),( 00 ttettette nABnABAB
各种热电偶的分度表均为在冷端温度 t0=0℃ 时测得，
而实际使用时一般 t0≠0℃,利用这一公式可求出冷端为任意温度时的热电偶热电势。
第七章 热电偶传感器
3,中间导体定律在热电偶的回路中（一般是将结点分开）接入第三种材料的导线（中间导体），只要第三种材料导线的两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电势。
将 AB热电偶的冷端分开，
接入中间导体 C,C的两端温度均为 t0。
证明：
回路总电势,eABC（ t,t0）
假设,NA>NC>NB
t
t0
A B
eAB（ t）
eAC（ t0）
t0
C
eCB（ t0）
)()()(),( 000 tetetette ACCBABA B C
第七章 热电偶传感器
情况 1，若 t=t0：
)()()(),( 000 tetetette ACCBABA B C
C
A
B
C
B
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A ）（
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第七章 热电偶传感器
情况 2,若 t≠t0，且 t>t0
0)()()( 000 tetete ACCBAB由情况 1:
得,)()()(
000 tetete ACCBAB
)()()(),( 000 tetetette ACCBABA B C
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)( 0tte AB,?
由此可见：总电势 eABC（ t,t0） 中导体 C的影响已完全消失。
第七章 热电偶传感器中间导体的应用：
mA T0T0
T
mA
T
T0 T0
mA T0T0
TT
接入测量仪表测量液体金属温度测量金属表面温度开路热电偶第七章 热电偶传感器
4,标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电势也就已知。
即已知,)()(),(
00 tetette ACACAC
)()(),( 00 tetette BCBCBC
可得,),(),(),( 000 ttettette BCACAB
意义：如果没有 AB材料热电偶的分度表，可以借助
AC,BC材料热电偶的分度表来求得。
第七章 热电偶传感器
5,若热电偶 两端温度相同 t=t0，则尽管热电偶的两个材料不同，热电偶回路总电势为 0。
6,热电偶 AB的热电势与 A,B材料的中间温度无关，而只与结点温度有关。
本节首页第七章 热电偶传感器第二节 热电偶的材料、结构、分类一、热电偶材料
（ 1）温度测量范围广,较高的精确度，大的热电势，与温度单值，最好是线性的。
（ 2）性能稳定,热电性能稳定，均匀性和复现性好。
（ 3）物理化学性能好,在温度范围内不产生蒸发，稳定。
应具备以下条件：
本章目录第七章 热电偶传感器
热 电 极,一般金属 Φ0.5~3.2mm，昂贵金属 Φ0.3~0.6mm，长度与被测物有关，一般在 300~2000mm，通常在 350mm左右。
绝 缘 管,隔离热电偶与被测物，一般在室温要 5MΩ以上。
保护套管,避免受被测介质的化学腐蚀（ shi）或机械损伤。
接 线 盒,固定接线座，连接补偿导线。
二、热电偶结构
（ 1）普通工业热电偶的结构由 热电极、绝缘管、保护套管、接线盒 组成第七章 热电偶传感器
（ 2）铠（ kai）装热电偶的结构
a,露端型,用于低温，无腐蚀性的介质，时间常数小，反应快。
b,接壳型,与套管接触焊接，用于高温高压腐蚀性的介质，寿命较前者长。
c,绝缘型,电极与套管间填绝缘介质焊接，具有电气绝缘性能。
d,圆变截面型,套管端头部分的直径为原直径的一半，时间常数小。
e,扁变截面型,分接壳型和绝缘型，时间常数最小，反应最快。
三、热电偶种类
（ 1）标准型热电偶第七章 热电偶传感器型号（正 -负） 分度号 测温范围 ℃ 特点及应用铂铑 30-铂铑 6 LL B 0~1700 上限高，性能稳定，用于冶金反应、钢水测温铂铑 10-铂 LB S 0~1600 热电性能稳定，抗氧化，精度高，630.74~1064.43℃ 的标准仪器镍铬 -镍硅 EU K -200~1200 测温宽，线性好，热电势大，便宜；不如前两者稳定且有导磁性镍铬 -康铜 E -200~900 热电势更大，能在氧化性和惰性气氛中工作铁 -康铜 J -200~750 热电势大仅次于前者，便宜，铁极易氧化铜 -康铜 CK T -200~350 精度高,-200~0℃ 的标准仪器，准确度达 ± 0.1℃
注,镍铬 -康铜 型正逐渐取代我国的 镍铬 -考铜型（分度号 EA） 热电偶。
另外还有 铂铑 13-铂,分度号为,R”，因测温范围与 铂铑 10-铂 接近，故我国不生产。
第七章 热电偶传感器
（ 2）非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系、钨铼系热电偶及特殊热电偶铂铑系热电偶,铂铑 20-铂铑 5、铂铑 40-铂铑 20等，性能稳定，
测各种高温。
铱铑系热电偶,铱铑 40-铱、铱铑 60-铱，能长期使用于 2000℃
以下，且线性度好。
钨铼系热电偶,钨铼 3-钨铼 25、钨铼 5-钨铼 20等，最高使用温度受绝缘材料的限制，现在测高温可达 2500℃,裸丝在真空中可测更高温度。主要用于钢水连续测量和反应堆测温。
第七章 热电偶传感器金铁 -镍铬热电偶,一种较理想的低温热电偶材料。
薄膜热电偶,快速测量壁面温度。
非金属热电偶,利用耐高温的石墨或化合物制成。
本节首页第七章 热电偶传感器第三节 热电偶的冷端补偿一、冷端温度误差的产生热电偶产生的热电动势与两端的温度有关，实质上热电动势与两端的温度差成正比，只有一端的温度确定热电动势才是另一端温度的单值函数。
因为热电偶一般不可能做得太长，所以 冷端通常靠近被测对象，易受到被测对象和环境的影响,其温度会产生波动，影响测量结果，因此我们必须进行补偿或修正。
本章目录第七章 热电偶传感器二、冷端温度误差的补偿方法
1,零度恒温法使用时将热电偶的冷端置于 0℃ （或其他温度）
的恒温器（如冰水混合物）内。
特点,简单，避免经常校正。
虽然补偿彻底，但在工程上较难实现，一般只能用于实验室。
第七章 热电偶传感器
2,计算修正法利用中间温度定律：
),(),(),( 00 ttettette nABnABAB
tn：环境温度 t0＝ 0 ℃
eAB（ t,tn）：实际输出电势。即热电偶的热端温度为 t，冷端温度为
tn时产生的热电势。
eAB（ tn,t0 ）：冷端修正电势，查分度表可得。即热电偶的热端温度为 tn，冷端温度为 0℃ 时产生的热电势。
第七章 热电偶传感器例：现镍铬 -镍硅（分度号为 K）热电偶测一高温，输出电势为 eAB（ t,tN） =33.29mV，已知环境温度 tN=30℃,求被测温度 t。
温度
（ ℃ ）
电动势
（ mV）
0 0
10 0.397
20 0.798
30 1.203
… …
800 33.277
810 33.686
820 34.095
830 34.502
t=829.7℃
解：查表的 eAB（ 30,0） =1.203mV
∴ eAB（ t,0） =eAB（ t,30） +eAB（ 30,0）
=33.29+1.203=34.493mV
再查分度号为 K的分度表得：
t=820℃ 时,eAB（ 820,0） =34.095mV
t=830℃ 时,eAB（ 830,0） =34.502mV
∴ t=820+（ 34.493-34.095） /（ 34.502-
34.095） × （ 830-820）
第七章 热电偶传感器
3,电桥补偿法 （硬件补偿，不用计算） — 工程上最常用的方法利用不平衡电桥产生的不平衡电动势补偿（抵消）
热电偶因冷端温度波动引起的误差。
R1：铜电阻（ T↑— R↑ ）； R2~R4：锰电阻，电阻温度系数小（ T变 R不变）
USC= UAB+ EAB（ T,TN）UAB= UA- UB
R
2
R
3
R
4
R
1
E
m V
ab
T
T
n
T
n
U
s c
E
A B
( T,T
n
)
第七章 热电偶传感器冷、热端和电桥均感受环境温度，一般取 T= TN=20℃
此时电桥平衡,R1=R2=R3=R4,UAB=0℃,对输出无影响。
将此时温度表（毫伏表）所指向的位置刻度标定为 20℃ 。
R1↑→ UA不变 →UAB↑
当 T不变,TN↑→ UB↓ →USC不变
EAB（ T,TN） ↓
所以，冷端温度 TN变化时，不影响电路的输出电压，即温度表的指示（可以认为）与 TN无关，也就补偿了冷端温度误差。
注：现在一般将电桥电路做进温控仪表中初始调试时：（在实验室进行）
工作时：
第七章 热电偶传感器
4,补偿导线法一般的热电偶测量的冷端温度都在 0~150℃,因此在该温度范围内用与配用的热电偶具有相近的热电特性导线（即补偿导线），将热电偶的冷端引向远离热端的温度较低且稳定的地方，以减小冷端温度波动带来的误差。
热电偶材料一般较贵，所以不能做的很长，而补偿导线材料是廉价金属。
注：热电偶和补偿导线连接所处的温度不应高于 150℃,否则由于热电特性的不同会带来新的误差。
第七章 热电偶传感器补偿导线分,Ⅰ 型（与所配的热电极相同的合金）
Ⅱ 型（与所配的热电极不同的合金）
热电偶 补偿导线及类型镍铬 -考铜
Ⅰ 型镍铬 -考铜补偿导线铁 -康铜 铁 -康铜补偿导线镍铬 -镍硅 镍铬 -镍硅补偿导线铜 -康铜 铜 -康铜补偿导线镍铬 -镍硅
Ⅱ 型铜 -康铜补偿导线钨铼 5-钨铼 20 铜 -铜镍硅补偿导线铂铑 10-铂 铜 -铜镍补偿导线注：如镍铬 -考铜的前者（镍铬）为,+”（用红色标示），
后者考铜为,-”（用白色标示）。
本节首页第七章 热电偶传感器第四节 热电偶的测温线路
1、测量某点温度的基本电路冷端在仪表内。
冷端在仪表外面本章目录第七章 热电偶传感器
2、测量两点之间温度差的连接电路用两支同型号热电偶配用相同的补偿导线，使两热电动势相互抵消，从而可测量温度差值。
注：热电动势 E必须与温度 T呈线性关系
mV
A?
A A
A?
BB
B?
1T 2T
第七章 热电偶传感器
mV
A A
BB
A
B
2T1
T 3T
1E 2E 3E
1R 2R 3R
3、测量多点之间的平均温度的电路并联电路三个热电偶工作在线性区时代表着平均温度，分度与单个热电偶一样。
每个热电偶需串联较大电阻。
某一热电偶坏了不易及时发现。
3
321 EEEE
第七章 热电偶传感器 mV
A A
BB
A
B
2T1
T 3T
1E 2E 3E
E
串联电路
321 EEEE
三个热电偶工作在线性区时代表着多点温度之和。
任一热电偶烧坏都可立即知道，且可得到较大的电动势。
每一热电偶引出的补偿导线必须接到仪表的冷端处。
本章结束第七章 热电偶传感器已知铜 — 康铜热电偶在测量某热处理炉温度时，冷端温度为 T0=20℃,输出热电势为 1.908mV。请列式计算热处理炉温度 T。
热端温度热电动势
℃ mV
0 0
10 0.391
20 0.780
30 1.196
40 1.611
50 2.035
60 2.468
70 2.908
80 3.357
90 3.813
100 4.277
已知铜 — 康铜热电偶和其补偿导线在测量某热处理炉温度时，热电偶的冷端温度为
T0=50℃,新的冷端温度为 20 ℃,输出端温度显示为 80 ℃ 。此时发现补偿导线接反了，
试计算热处理炉实际温度 T。
