摘要熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，並把溫度訊號轉換成熱電動勢訊號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。他的主要特點就是測溫範圍寬，效能比較穩定，同時結構簡單，動態響應好，便於自動控制和集中控制。文章主要介紹了熱電偶的種類，工作原理、應用現狀、應用前景。
關鍵詞：熱電偶，原理，種類，應用，前景
一．熱電偶的工作原理與分類
1. 熱電偶的工作原理
任意兩種材質不同的金屬導體或半導體（ 稱為熱電偶絲材或熱電極）a 和b 首尾連線成閉合迴路, 只要兩接點t1和t2 的溫度不同, 就會產生熱電勢, 形成熱電流, 這就是熱電效應。而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（ 也稱為測量端） ，另一端叫做冷端（ 也稱為補償端） ；冷端與顯示儀表或配套儀表連線，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。
熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度.
熱電偶原理圖
對於熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：
（ 1） 熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函式的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函式；
（ 2） 熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；
（ 3） 當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定後，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函式。將兩種不同材料的導體或半導體a 和b 焊接起來，構成乙個閉合迴路，如圖所示。當導體a 和b 的兩個執著點1 和2 之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在迴路中形成乙個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。
熱電偶就是利用這一效應來工作的。
2.熱電偶的計算方法
1、公式
當熱電偶的冷端溫度t0 0℃時，由於熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化，所以測得的熱電勢eab（t，t0）與冷端為0℃時所測得的熱電勢eab（t，0℃）不等。若冷端溫度高於0℃，則eab（t，t0）eab（t，0℃）=eab（t，t0）+eab（t0，0
2、舉例9-1 用鎳鉻-鎳矽（k型）熱電偶測爐溫時，冷端溫度t0=30℃，在直流毫伏表上測得的熱電勢eab（t，30℃）=38.505mv，試求爐溫為多少？
解查鎳鉻-鎳矽熱電偶分度表，得到eab（30℃，0℃）=1.203mv。根據計算公式有
eab（t，0℃）=eab（t，30℃）+eab（30℃，0℃）
=（38.505+1.203）mv=39.708mv
反查k型熱電的偶分度表，得到t=960℃。
該方法適用於熱電偶冷端溫度較恆定的情況。在智慧型化儀表中，查表及運算過程均可由計算機完成。
3.熱電偶的種類
常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所呼叫標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關係、允許誤差、並有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用範圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用於某些特殊場合的測量。
標準化熱電偶我國從2023年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按iec國際標準生產，並指定s、b、e、k、r、j、t七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。
1)s型熱電偶,鉑銠10-鉑熱電偶
鉑銠10-鉑熱電偶（s型熱電偶）為***熱電偶。其中含銠為10%，含鉑為90%，負極（sn）為純鉑，故俗稱單鉑銠熱電偶。該熱電偶長期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。
s型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩定性最好，測溫溫區寬，使用壽命長等優點。它的物理，化學效能良好，熱電勢穩定性及在高溫下抗氧化效能好，適用於氧化性和惰性氣氛中。s型熱電偶不足之處是熱電勢，熱電勢率較小，靈敏讀低，對汙染非常敏感，***材料昂貴，因而一次性投資較大。
2)r型熱電偶,鉑銠13-鉑熱電偶
鉑銠13-鉑熱電偶（r型熱電偶）為***熱電偶。其中含銠為13%，含鉑為87%，負極（rn）為純鉑，長期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。r型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩定性最好，測溫溫區寬，使用壽命長等優點。
其物理，化學效能良好，熱電勢穩定性及在高溫下抗氧化效能好，適用於氧化性和惰性氣氛中。r型熱電偶不足之處是熱電勢，熱電勢率較小，靈敏讀低，高溫下機械強度下降，對汙染非常敏感，***材料昂貴，因而一次性投資較大。
3)b型熱電偶,鉑銠30-鉑銠6熱電偶
鉑銠30-鉑銠6熱電偶（b型熱電偶）為***熱電偶。其中含銠為30%，含鉑為70%，負極（bn）為鉑銠合金，含銠為量6%，故俗稱雙鉑銠熱電偶。該熱電偶長期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃。
b型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高，穩定性最好，測溫溫區寬，使用壽命長，測溫上限高等優點。適用於氧化性和惰性氣氛中，也可短期用於真空中，但不適用於還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。b型熱電偶乙個明顯的優點是不需用補償導線進行補償，因為在0~50℃範圍內熱電勢小於3μv。
b型熱電偶不足之處是熱電勢，熱電勢率較小，靈敏讀低，高溫下機械強度下降，對汙染非常敏感，***材料昂貴，因而一次性投資較大。
4)k型熱電偶,鎳鉻-鎳矽熱電偶
鎳鉻-鎳矽熱電偶（k型熱電偶）是目前用量最大的廉金屬熱電偶。正極（kp）的名義化學成分為：ni：
cr=90：10，負極（kn）的名義化學成分為：ni：
si=97：3，其使用溫度為-200~1300℃。k型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩定性和均勻性較好，抗氧化效能強，**便宜等優點，能用於氧化性惰性氣氛中。
廣泛為使用者所採用。k型熱電偶不能直接在高溫下用於硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用於弱氧化氣氛中。
5)e型熱電偶,鎳鉻-銅鎳熱電偶
鎳鉻-銅鎳熱電偶（e型熱電偶）又稱鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉金屬的熱電偶，正極（ep）為：鎳鉻10合金，化學成分與kp相同，負極（en）為銅鎳合金，名義化學成分為：55%的銅，45%的鎳以及少量的錳，鈷，鐵等元素。
該熱電偶的使用溫度為-200~900℃。e型熱電偶熱電動勢之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜製成熱電堆，測量微小的溫度變化。對於高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏，宜用於濕度較高的環境。
e熱電偶還具有穩定性好，抗氧化效能優於銅-康銅，鐵-康銅熱電偶，**便宜等優點，能用於氧化性和惰性氣氛中，廣泛為使用者採用。e型熱電偶不能直接在高溫下用於硫，還原性氣氛中，熱電勢均勻性較差。
6)j型熱電偶,鐵-銅鎳熱電偶
鐵-銅鎳熱電偶（j型熱電偶）又稱鐵-康銅熱電偶，也是一種**低廉的廉金屬的熱電偶。它的正極（jp）的名義化學成分為純鐵，負極（jn）為銅鎳合金，常被含糊地稱之為康銅，其名義化學成分為：55%的銅和45%的鎳以及少量卻十分重要的錳，鈷，鐵等元素，儘管它叫康銅，但不同於鎳鉻-康銅和銅-康銅的康銅，故不能用en和tn來替換。
鐵-康銅熱電偶的覆蓋測量溫區為-200~1200℃，但通常使用的溫度範圍為0~750℃ 。j型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩定性和均勻性較好，**便宜等優點,廣為使用者所採用。j型熱電偶可用於真空，氧化，還原和惰性氣氛中，但正極鐵在高溫下氧化較快，故使用溫度受到限制，也不能直接無保護地在高溫下用於硫化氣氛中。
7)t型熱電偶,銅-銅鎳熱電偶
銅-銅鎳熱電偶（t型熱電偶）又稱銅-康銅熱電偶，也是一種最佳的測量低溫的廉金屬的熱電偶。它的正極（tp）是純銅，負極（tn）為銅鎳合金，常之為康銅，它與鎳鉻-康銅的康銅en通用，與鐵-康銅的康銅jn不能通用，儘管它們都叫康銅，銅-銅鎳熱電偶的蓋測量溫區為-200~350℃。t型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩定性和均勻性較好，**便宜等優點,特別在-200~0℃溫區內使用，穩定性更好，年穩定性可小於±3μv，經低溫檢定可作為二等標準進行低溫量值傳遞。
t型熱電偶的正極銅在高溫下抗氧化效能差，故使用溫度上限受到限制。
二．應用現狀
1.在石油化工行業中的應用
石油化工行業的大型加熱爐的溫度控制非常重要，是決定產品是否合格、所處理的產品是否合格的重要條件，急需一種測溫高的同時柔韌性好、測溫精度高、可靠性高的熱電偶。比如催化劑廠生產的催化劑產品都需要嚴格溫度的控制，因為催化劑一般成本比較高，並且對溫度要求特別嚴格，如果溫度控制不好那麼燒製出來的產品都會報廢，造成重大的損失。在幾十公尺的加熱空間裡，對溫度的要求是很嚴格的誤差一般在±5℃，尤其在恆溫段，直接關係到產品的質量，如果溫度控制不好，生產出來的產品就會不合格造成重大損失。
並且在乙個爐子中根據生產的需要往往不是一支熱電偶，而是很多只熱電偶，每段的熱電偶功能又有所不同，有的作為控制單元的採集點，有的作為顯示單元的採集。
在不如化工中的精餾，精餾是應用廣泛的化工分離單元操作，但是精餾過程能耗巨大，提高精餾過程的能量利用率始終是研究的熱點。熱偶精餾由於既節能又節省裝置投資引起了任部門的廣泛關注。研究發現熱偶精餾比常規精餾過程節能至少30%以上，但是以前由於受到技術工藝的影響而難以工業化。
近年來，隨著對節能要求的提高，且由於控制技術的提高，熱偶精餾方面的研究取得了巨大的突破。一些有實力的大公司已經將其實現工業化。並且取得了比較好的效益。
對於熱偶精餾越來越受到企業的青睞，相在未來熱偶會在工業生產中舉足輕重。
2. 在熱電偶生產企業中的應用
單芯鎧裝熱電偶是一種通用熱電偶，以前使用熱電偶的場合絕大多數都可以使用單芯鎧裝熱電偶，具有鎧裝熱電偶電纜生產能力的企業都可以生產單芯鎧裝熱電偶，具有熱電偶生產能力的企業也可以通過購買單芯鎧裝熱電偶電纜生產單芯鎧裝熱電偶。製造單芯鎧裝熱電偶電纜時，不用擔心同極或正負極打絞，也幾乎不用擔心不合格，與常規鎧裝熱電偶電纜的生產過程、工藝方法和裝置工裝一樣，不需另外投資裝置即可大批量生產。我國第一家批量生產鎧裝熱電偶電纜的重慶川儀，雖然是從日本引進全套裝置和技術，鎧裝熱電偶電纜的平均合格率也不超過90%。
同等條件下如果生產單芯鎧裝熱電偶，合格率至少達到99%，僅合格率提高一項每年即可減少損失100 萬元以上。單芯鎧裝熱電偶不僅可輕易實現ⅰ級精度，還可大量達到特ⅰ級精度（± 1.1℃或0.
4%）。
三．應用前景分析
1. 熱電偶的市場總量分析
熱電偶屬於現場檢測用溫度儀表，在所有檢測與控制儀表中使用最普遍、使用量最大；屬於易消耗品，使用壽命長的幾年，短的只有幾天甚至幾小時。絕大多數企業都需要熱電偶測溫，使用多的每年上百萬元，少則幾千元，主要集中在化工、冶金、機械、電力、建材等行業。粗略統計國內熱電偶年需求量約20 億元，其中裝配熱電偶約佔30%、鎧裝熱電偶約佔50%、特種熱電偶約佔20%。
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