热电偶温度计在水电工程中的应用

        热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的，是温度测量仪表中常用的测温元件。本文主要介绍了热电偶温度计在水电工程中的应用，供读者们参考。

　　1、热电偶的基本原理

　　热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的，是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路，接触测温点的一端称为测量端（或工作端），另一端称为参比端（或自由端）。若测量端和参比端所处温度t和t0不同，则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB（t，t0），这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0而变，这种回路称为原型热电偶。在实际应用中，将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度而t变化。

　　在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电势后，即可知道被测介质的温度。

　　根据热电势与温度函数关系。可制成热电偶分度表。分度表是在自由端温度To=0℃的条件下得到的。不同的热电偶具有不同的分度表。

　　从理论上讲，任何两种导体都可以配制成热电偶，但实际上并不是所有材料都能制作热电偶，故对热电极材料必须满足以下几点：

　　（1）热电偶材料受温度作用后能产生较高的热电势，热电势和温度之间的关系最好呈线性或近似线性的单值函数关系；

　　（2）能测量较高的温度，并在较宽的温度范国内应用，经长期使用后，物理、化学性能及热电特性保持稳定；

　　（3）要求材料的电阻温度系数要小，电阻率高，导电性能好，热容量要小；复现性要好，便于大批生产和互换，便于制定统一的分度表；

　　（4）机械性能好，材质均匀；

　　（5）资源丰富，价格便宜。

　　为了保证热电偶可靠和稳定地工作对热电偶有如下要求：

　　（1）组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；

　　（2）两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；

　　（3）补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；

　　（4）保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。热电偶温度计的特点有：

　　（1）测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

　　（2）测量范围广。常用的热电偶从-50～+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

　　（3）构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶是一种感温元件，它能将温度信号转换成热电势信号，通过与电气测量仪表的配合，就能测量出被测的温度。

　　2、热电欧温度计的选择

　　常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶，按IEC国际标准生产。热电偶的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。

　　S分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400℃，短期1600℃。在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶；

　　R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同；

　　B分度号在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600℃，短期1800℃。可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用。

　　N分度号的特点是1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替S分度号热电偶；

　　K分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000℃，短期1200℃。在所有热电偶中使用最广泛；

　　E分度号的特点是在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度0-800℃；

　　J分度号的特点是既可用于氧化性气氛（使用温度上限750℃），也可用于还原性气氛（使用温度上限950℃），并且耐H2及CO气体腐蚀，多用于炼油及化工；

　　T分度号的特点是在所有廉金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量300℃以下的温度。

　　由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

　　在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。冷端温度补偿器的型号应与热电偶的型号相符，并在规定温度范围内使用；冷端温度补偿器与热电偶连接时极性不能接错；根据补偿器的平衡点温度调整仪表起始点，使指针批示在平衡点温度；具有自动补偿机构的显示仪表不安装补偿器；补偿器必须定期检查和检定。

　　热电偶温度计在工业生产中有着非常广泛的应用，热电偶的选择首先应根据被测温度的上限，正确地选择热电偶的热电极及保护套管；根据被测对象的结构及安装特点，选择热电偶的规格及尺寸。热电偶按结构形式可分为普通工业型、铠装型及特殊型等。