温度，不管是在工业仍是农业生产过程中都归于很遍及又很重要的目标。丈量温度信号运用各种类型的温度传感器完成，如热电偶（TC）、热电阻（RTD）、热敏电阻（NTC）等。本文首要介绍热电偶丈量原理及其类型，以及对热电偶选取的简略介绍。
一、何为热电偶
两种不同资料的导体或半导体（一般称为热门极）两头接合（接合点A与B）构成回路时分，当两头的接合点TA≠TB时，在回路中就会发生电动势，经过温度差改动引起电动势的改动称为热电效应，该电动势又被称为热电势，如图 1所示。因为该热电势是由两种不同的导体资料发生的，又称之为热电偶。由热电偶的界说可以发现，热电偶可将温度直接转化电信号，使得丈量可以很简略简略的进行。
图 1 热电效应原理
二、热电偶类型
关于热电偶热电势的发生需求到达如下条件：
1. 两种不同资料的导体或半导体；
2. 温度差的发生，即TA≠TB；
改动TA（称之为丈量端，也叫热端）结点温度时，坚持TB（称之为参阅端，也叫冷端）处于一恒温状况，就能经过热电势与温度联系得出该两种资料所构成的热电偶分度表，因为热电势指的是EAB（TA，TB），两头接合点温度差所对应的电势差有关，而温度差相同但温度段不一起对应的信号巨细也是不共同的，例如0~50℃和50~100℃的温度差相同，但信号巨细却是不相同，为了精确丈量温度信号就必须把其间一头的温度固定下来，一般分度表的TB一般为0℃。所以从理论上讲，任何两种导体都可以配制为热电偶，但得到的并不满是满意丈量需求的，如测温精度、测温规模、测温瞬变程度等。在多年的时刻测验了许多种热电资料组合的热电特性，经过百多年的开展现已对产品的规范及功能都已规范化。现在常用的热电偶类型有8种，S、R、B、E、T、J、K、N。其间S、R、B归于贵金属资料热电偶；E、T、J、K、N归于廉金属资料热电偶。关于热电偶类型所选用的资料均可在网上找到对应资料。
关于不同类型类型热电偶具有自己所丈量的最优温度区间，将在后续选取中进一步介绍。
三、热电偶丈量原理
四个热电偶根本经验规律：
1. 均质导体规律：由同一种均质资料两头焊接组成闭合回路时，不管导体两头及其截面温度怎么散布，均不发生接触电势，而温差电势彼此抵消，总电势为零；
2. 中心导体规律：在热电偶回路中接入中心导体（第三导体），只需中心导体两头温度相同，中心导体的引进对热电偶回路的总电势没有影响；
中心温度规律：热电偶（金属A与金属B）回路两接点（温度为T，T0）间的热电势，等于热电偶在温度T，Tn时的热电势与温度为Tn，T0时热电势的代数和，Tn称为中心温度。
3. 参阅电极规律：假如两种导体别离与第三种导体组成的热电偶所发生的热电动势已知，那么由着两种导体所组成的热电偶所发生的热电动势也就已知。
一般咱们丈量热电偶所发生的热电势时，根本上都会引进第三种资料的导体，如运用万用表丈量时，一个简略的模型如下图 2所示，万用表为金属C，导体资料金属A与金属B丈量接合端TA，金属A与金属C接合端TB1、金属B与金属C接合端的TB2，此刻咱们发现引进了多个丈量的热电势EAC、EBC，咱们终究只想要的热电势是金属A与金属B处丈量端的热电势EAB。
图 2 简略丈量模型
一般会运用如下图 3所示的丈量模型，假定万用表处温度相同，则在万用表处的热电势EAC会被彼此抵消而不影响整个回路，整个回路的热电势都是由金属A与金属B资料的热电偶发生，从而万用表丈量到的电压为EAB（TA，TB），此刻的TB称为外部冷端。可以了解的是，由万用表测到的是TA与TB温度差之间的热电势。
图 3 改善的丈量模型
图 3模型中有一个不合适的要素在于万用表处的两头温度在实践运用中并不一定等温，会形成电势差引起的丈量误差。这样就持续引出一个更优的模型，如图 4所示。将万用表处经过金属C资料引线引出后，依据均值导体规律，在万用表处不管存在多大温度差都不会有热电势的发生，此刻只需求确保TC1、TC2、TB三处温度处于同一恒温条件下，整个模型所测到的热电势电压EAB（TA，TB）为TA与TB温度差下的热电势。
图 4 优化后的模型
依据中心导体规律，下半部分的衔接导线可以进一步优化为图 5，由此咱们不难发现，下图的模型关于整个体系所丈量到的热电势是不变的，仍然为EAB（TA，TB）。所以咱们只需求坚持后端衔接的金属资料共同，可以正确丈量等温区温度TB，就可得出温度TA。
图 5 简化TC2后
冷端补偿
如图 5，可以知道热电偶的热电势是EAB（TA，TB），两个接合端温度差所对应的热电势，分度表中以TB=0℃进行的丈量标定，因为自然环境要素，丈量环境很少为0℃，但只需在丈量过程中，坚持冷端处于较安稳的恒温环境中，就可以把温度给补偿回来，依据中心温度规律： 
；那么就可以发现，咱们的冷端就相当于中心温度Tn，而中心温度Tn到0℃的热电势En0就必须经过软件或硬件补偿办法进行补偿至体系中。
运用高精度热敏电阻或IC温度传感器等丈量咱们规划的冷端温度，将咱们所需求丈量到的实践温度TA是需求经过如下转化才可以正确得到，此办法为软件补偿，运用软件补偿的优势在于可以兼容多种不同类型热电偶进行丈量。
首先将Tn指测出，转化为相应热电偶类型所对应的热电势En，En加上所经过直接丈量到的热电势EAn所得到的EAB才为丈量端TA温度到0℃所对应的热电势，再将EA0经过查表得到终究的温度值TA。补偿的意图在于批改冷端温度TB≠0℃时的影响。
四、不同工控环境下对热电偶的选取及其优缺点
关于不同的工业环境，所需求到的测温规模以及测温精度是不一样。下面简略介绍各类型热电偶的电极资料及其测温规模，均以ITS-90世界温标为准。
S型：铂铑10（+）、纯铂（-）、测温规模：-50~1768℃、0.55uV/0.1℃;
R型：铂铑13（+）、纯铂（-）、测温规模：-50~1768℃、0.55uV/0.1℃；
B型：铂铑30（+）、铂铑6（-）、测温规模：0~1820℃、0.25uV/0.1℃；
K型：镍铬（+）、镍硅（-）、测温规模：-270~1372℃、4uV/0.1℃；
T型：纯铜（+）、铜镍（-）、测温规模：-270~400℃、4uV/0.1℃；
J型：铁（+）、铜镍（-）、测温规模：-210~1200℃、5uV/0.1℃；
N型：镍铬硅（+）、镍硅（-）、测温规模：-200~1300℃、2.5uV/0.1℃；
E型：镍铬（+）、铜镍（-）、测温规模：-270~1000℃、5.6uV/0.1℃。
S型特点是抗氧化功能强，比较合适在氧化性、慵懒气氛中接连运用。在一切热电偶中，S型的精度最高，常被作为规范热电偶；
R型与S型在功能上根本共同，除了热电势相对S较大外；
B型因为在室温中，所发生的热电势最小，则一般不必做冷端补偿，但在0~250℃区间，每10℃的改动只要1~2uV，所以会有特别大的丈量误差，一般不必B型热电偶作为低温区间丈量，一般运用在250~1820℃。
三种贵金属资料热电偶都合适高温下且高精度的工控环境中运用，如塑料制作成型、高精度模具制作、化工所用的催化剂等，不归于常用热电偶类型。
K型抗氧化功能强，比较合适在氧化性、慵懒气氛中接连运用，在一切热电偶中运用最广泛；
J型可用于氧化性气氛，也可用于复原性气氛，而且耐H2及CO气体腐蚀，多用于化工及炼油；
E型在常用热电偶中，热电势最大，灵敏度最高，比较合适在氧化性、慵懒气氛中接连运用；
N型在1300℃以下高温抗氧化性较强，热电势长时间安稳性及耐核耐低温功能也不错，在部分测温环境中可替代S型运用；
T型是一切廉价金属热电偶中精度最高的，一般用来丈量300℃以下；
在廉价金属中，K、J、T用于一般元器件温升测验或开关电源温度测验条件下均较常用，多数据丈量情况下以K、J型热电偶为主。
总结：
关于规划热电偶丈量电路时，要侧重考虑冷端处对丈量的影响，其次是作为冷端补偿时，实践丈量到的热电势是两个温度下的温度差仍是与0℃下的温度差；并在必要情况下考虑是做热电偶类型的兼容丈量仍是只承受单一热电偶的丈量要求去进行规划。
关于选取需求用的热电偶要重视所需的丈量目标和丈量精度进行恰当选取类型。
