温差热电偶(简称热电偶)是目前温度测量中使用最普遍的传感器之一，它具有结构简单、测量范围宽、准确度高、热惯性小、输出信号为电压信号不需要激励等优点，能够用于流体、固体、固体壁面等各种不同测试测量场合。

热电偶测温原理

当导电物质处于温度时，其电子或空穴会随着温度梯度由高温区往低温区移动，由此产生的电荷堆积的现象称作热电效应，因热电效应产生的电动势称为热电动势。

如果采用两种电子密度同的导体连接成闭合回路，如果两端所处的温度不同，在该回路中就会产生热电动势，如下图所示。

在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端的温度相同，则整个热电偶回路中产生的总的热电势是不变的，这种现象称为中间导体效应，可以通过简单的推导得到。

由此，我们得到了实际使用的热电偶原型如下图所示，采用两种不同金属相连构成测温点(通常称为“热端”)，另一端分别接铜线引到信号调理电路，热电偶金属和铜走线之间的两个接合点温度相同，为参考点(通常称为“冷端”)。

在参考点和产生的电压取决于测量点和参考点两处的温度，由前面所讲的热电偶测量原理可以知道，在使用过程中需要知道参考点的温度才能获得测量点的准确温度读数。

热电偶的特点

1.优点

温度范围广，热电偶测温电路采用不同类型的热电偶，测量范围可达-200 到+2500 ，适用于大多数实际的温度范围。

坚固耐用，热电偶属于耐用器件，抗振动冲击性能好，适用于危险恶劣的环境。

响应快，因为热电偶体积小，热容量小，热电偶对温度的响应速度很快，尤其是在热点裸露的情况下。热电偶可在数百毫秒内对温度变化作出响应。

无自身发热，由于热电偶不需要激励电源，不会自发热，不会因自发热而造成测量误差。

2.缺点

信号调理电路复杂，将热电偶的直接输出电压转换成可用的温度读数，必须进行大量的信号调理。一量处理不当，就会引入误差，导致测量精度下降。

精度低，除了由于构成热电偶的金属本身特性导致的热电偶内部固有不确定性外，热电偶测量精度还依赖于冷端温度的测量精度，因此热电偶的测量精度一般在1 到2 。

抗噪性能差，由于热电偶直接输出电压信号量级较小，当测量环境周围存在杂散电场或磁场时，可能会引起问题，根据使用环境的要求，可能需要采取适当的防护措施。

易受腐蚀，因为热电偶由两种不同的金属构成，在某些工况下，长时间使用造成腐蚀，所以根据使用条件的不同，可能需要保护措施。

3.电路设计的难点

电压信号太弱，最常见的热电偶类型有J型，K型，T型，在室温下其灵敏度分别分

，这种微弱的信号在送入ADC之前需要进行较高增益的信号放大(通常需要100倍左右)。同时，由于信号如此微弱，为避免被噪声淹没，通常采用低通滤波和差分输入放大的放大器

来对信号进行处理。 参考接合点温度补偿，要得到测量端的绝对温度读数，需要对冷端温度进行测量。冷端温度测量一般使用另外一种能够输出绝对温度的传感器

，如热电阻、热敏电阻、集成测温IC等，以冷端测温结果来对热电偶的测温结果进行补偿。

非线性校正，热电偶的输出结果在非线性非常严重，在不同温度下灵敏度有很大差异，如下图为三种典型热电偶的温度特性曲线，在实际使用中需要对输出结果进行非线性校正。常用的非线性校正的方法有：模拟电路补偿、分段线性化、查表、高阶拟合等。

( 1 )热电偶的种类

热电偶有 K 型(镍铬 - 镍硅) WRN 系列， N 型(镍铬硅 - 镍硅镁) WRM 系列， E 型(镍铬 - 铜镍) WRE 系列， J 型(铁 - 铜镍) WRF 系列， T 型(铜 - 铜镍) WRC 系列， S 型(铂铑 10- 铂) WRP 系列， R 型(铂铑 13- 铂) WRQ 系列， B 型(铂铑 30- 铂铑 6 ) WRR 系列等。

( 2 )热电偶的结构形式：

热电偶的基本结构是热电极，绝缘材料和保护管;并 与显示仪表、记录仪表或计算机等配套使用。在现场使用中根据环境，被测介质等多种因素研制成适合各种环境的热电偶。 热电偶简单分为装配式热电偶，铠装式热电偶和特殊形式热电偶;按使用环境细分有耐 高温热电偶，耐磨热电偶，耐腐热电偶，耐高压热电偶，隔爆热电偶，铝液测温用热电偶，循环硫化床用热电偶，水泥回转窑炉用热电偶，阳极焙烧炉用热电偶，高温热风炉用热电偶，汽化炉用热电偶，渗碳炉用热电偶，高温盐浴炉用热电偶，铜、铁及钢水用热电偶，抗氧化钨铼热电偶，真空炉用热电偶，铂铑热电偶等。

热电偶也叫温差电偶，是最早出现的一种热电探测器件。其工作原理是温差电效应。例如，由两种不同的导体材料构成的接点，在接点处可产生电动势。这个电动势的大小和方向与该接点处两种不同的导体材料的性质和两接点处的温差有关。如果把这两种不同的导体材料接成回路，当两个接头处温度不同时，回路中即产生电流。这种现象称为温差电效应或塞贝克效应。 构成温差电偶的材料，既可以是金属，也可以是半导体。在结构上既可以是线、条状的实体，也可以是利用真空沉积技术或光刻技术制成的薄膜。实体型的温差电偶多用于测温，薄膜型的温差电堆(由许多个温差电偶串联而成)多用于测量辐射，例如，用来标定各类光源，测量各种辐射量，作为红外分光光度计或红外光谱仪的辐射接收元件等。

电路中，相隔两点间存在温差的闭合电路称为热电偶电路。

热电偶是一种感温元件，热电偶工作原理是什么呢?它是如何完成感温这一功能的呢?本文将为您解答～～

一、热电偶工作原理- -简介

热电偶是一种常用的测温元件，它可直接用于温度的测量，并将温度信号转换为热电动势信号，再通过二次仪表转换成被测介质的温度。热电偶具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小、输出信号便于远传等多种优点，因此在温度测量中的应用极为广泛。

另外，热电偶还是一种有源传感器，在测量时不需外加电源，使用极其方便，常用其来测量炉子、管道内气体或液体的温度及固体的表面温度。

二、热电偶工作原理- -分类

常用的热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶。标准热电偶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，标准热电偶具有与其配套的显示仪表可供选用。而非标准热电偶指不满足标准热电偶条件的热电偶，经常体现为在使用范围过数量级上不及标准热电偶，没有统一分度表，主要用于某些特殊场合的测量等。

热电偶按固定装置型式可分为无固定装置式、螺纹式、固定法兰式、活动法兰式、活动法兰角尺形式、锥形保护管式六种。

热电偶按性能结构方式可分为可拆卸式热电偶、隔爆式热电偶、铠装热电偶和压弹簧固定式热电偶等特殊用途的热电偶四种。

三、热电偶工作原理- -结构

热电偶的外形因需要不同具有相当大的差别，但其基本结构却大致相同，都是由热电极、绝缘套保护管、接线盒等部分构成，通常和显示仪表、记录仪表、电子调节器等仪器配套使用。

四、热电偶工作原理

热电偶是利用热电效应来进行温度测量的，热电效应是指两种不同成分的导体两端接合成回路，当两个接合点温度不同时，就会在回路中产生电动势的现象，产生的电动势称之为热电势。我们将直接用作测量介质温度的一端称为工作端或测量端，将不直接用作测量介质温度的一端称为冷端或补偿端，将冷端与显示仪表或其他配套仪器相连接，仪表上便会显示出热电偶所产生的热电势。

热电偶产生的热动势由两部分组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。因此，热电势的大小仅与组成热电偶的导体材料和两接合点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸等参数无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是两接合点温度的函数差。

热电偶测量电路

根据成本、精度、通道数等不同要求，可选择多种多样不同的信号调理、冷端补偿、信号转换电路构成，下面介绍几种典型电路。

1. 传统的热电偶处理电路

采用通用运算放大器

对热电偶输出电压进行放大、低通滤波，采用集成温度IC、二极管等进行冷端温度补偿，然后送入ADC进行模数转换。如下图，为一早期热电偶处理电路。采用二极管进行冷端温度补偿;采用运算放大器

构成信号放大、低通滤波电路，同时带有传感器

断路(断偶)检测等辅助功能;采用NE555构成压频转换电路将模拟信号转化为频率输出。

2.集成单芯片热电偶解决方案

目前部分厂商推出了内部集成冷端温度补偿、PGA、ADC的热电偶单芯片解决方案，如TI、Maxim等都有此类单芯片解决方案，一一列举在下面。