热电偶和热电阻工作原理

一．热电偶

（1）热电偶的工作原理

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，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应（电压）。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，温度较低的一端为冷端，冷端通常处于某个恒定的温度下。

（2）热电偶的分度表和查表法

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℃时的条件下得到的，不同材料的热电偶具有不同的分度表，常用的有11种标准化热电偶B、C、E、 J、 K、 L、 N、 R、S、T、U型，各型标准化热电偶拥有自己的分度表，例如表1，K型分度表，输出电压为mV级。

热电偶可以直接使用标准化热电偶的分度表，在冷端温度为0℃，已知热端温度T，通过读分度表获得相应的热电势E。但是，分度表中的温度都是离散的整数温度值，在实际测量时不能满足测量精度要求，而且，冷端温度也多不能为0℃，不能直接使用分度表。

表1 K型热电偶分度表（0~1370℃） 冷端参考温度：0℃ 电势为mv值

T 0 100 200 0 0 10 20 30 40 50 2.022 6.137 60 2.436 6.539 70 2.85 6.939 80 3.266 7.338 90 3.681 7.737 0.397 0.798 1.203 1.611 4.095 4.508 4.919 5.327 5.733 8.137 8.537 8.938 9.341 9.745 10.151 10.56 10.969 11.381 11.793 300 12.207 12.623 13.039 13.456 13.874 14.292 14.712 15.132 15.552 15.974 400 16.395 16.818 17.241 17.664 18.088 18.513 18.938 19.363 19.788 20.214 500 20.64 21.066 21.493 21.919 22.346 22.772 23.198 23.624 24.05 24.476 600 24.902 25.327 25.751 26.176 26.599 27.022 27.445 27.867 28.288 28.709 700 29.128 29.547 29.965 30.383 30.799 31.214 31.629 32.042 32.455 32.866 800 33.277 33.686 34.095 34.502 34.909 35.314 35.718 36.121 36.524 36.925 900 37.325 37.724 38.122 38.519 38.915 39.31 39.703 40.096 40.488 40.879 1000 41.269 41.657 42.045 42.432 42.817 43.202 43.585 43.968 44.349 44.729 1100 45.108 45.486 45.863 46.238 46.612 46.985 47.356 47.726 48.095 48.462 1200 48.828 49.192 49.555 49.916 50.276 50.633 50.99 51.344 51.697 52.049

1300 52.398 52.747 53.093 53.439 53.782 54.125 54.466 54.807

（3）最小二乘法拟合

热电偶的热电势大小与测量温度的关系并不是线性的，E(T,0)??kiTi，Ki为

im各阶次项的拟合系数，i为拟合阶次，一般为4或5阶。在实际测量时常采用分段拟合（使用最小二乘法拟合）来满足近似线性输出的要求。

（4）冷端补偿

在实际测量中，冷端温度不是0℃，在热电偶回路多通过冷端补偿E(T0,0)，接入测量电路，通过公式E(T,0)?E(T,T0)?E(T0,0)，测得热电动势E(T,0)，可知道被测介质的温度，如图1.1，其中T为热端的温度，T0为实际冷端的温度。

图 1.1 热电偶工作原理图

（5）热电偶模拟，在冷端温度为T0时，测温度T

第一步，根据误差要求，将分度表分段分别拟合出冷端补偿各温度段的拟合方程：E(T0,0)?m?kTiii，

其中，Ki为各阶次项的拟合系数，i为拟合阶次，一般为4或5阶。 拟合方程用于给予冷端补偿温度T0后，计算得到冷端的电势。

第二步，根据公式E(T,0)?E(T,T0)?E(T0,0)，得到实际热电势E(T,T0)相对应冷端为0℃时的热电势E(T,0)。

第三步，求出拟合方程T(E)?T(E)??lEmii?miliEi，将得到的热电势E(T,0)代入拟合方程

i，求得热端温度T。

二.热电阻

（1）热电阻工作原理

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。

它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。

（2） Pt100热电阻的输入输出关系

铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式： -200

Rt为t℃时的电阻值，R0为0℃时的阻值（Pt100为100Ω）。公式中的A,B,系数为实验测定。这里给出标准的DIN IEC751系数：A=3.9083E-3/B=-5.8019E-7/266.40℃。

??C、

C2、 C=-4.2735E-12/?C3。

由上述公式和Pt100热电阻的分度表，可得18Ω对应-201.09℃,200Ω对应