工作原理
兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，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接，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，對于熱電偶的熱電勢，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數的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數；
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后，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數。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，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，因而在回路中形成一個大小的電流。熱電偶就是利用這一效應來工作的。
常見種類
常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所謂標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并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范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，主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶中國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產，并要求S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為中國統一設計型熱電偶。
熱電偶分度號 | 熱電極材料 |
| 正極 | 負極 |
S | 鉑銠 10 | 純鉑 |
R | 鉑銠 13 | 純鉑 |
B | 鉑銠 30 | 鉑銠 6 |
K | 鎳鉻 | 鎳硅 |
T | 純銅 | 銅鎳 |
J | 鐵 | 銅鎳 |
N | 鎳鉻硅 | 鎳硅 |
E | 鎳鉻 | 銅鎳 |
從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：
1、在測溫范圍內，熱電性質穩定，不隨時間而變化，有足夠的物理化學穩定性，不易氧化或腐蝕；
2、電阻溫度系數小，導電率高，比熱小；
3、測溫中產生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數關系；
4、材料復制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。
安裝
在生產中由于被測對象不同，環境條件不同，測量要求不同，和熱電阻的安裝方法及采取的措施也不同，需要考慮的問題比較多，但原則上可以從測溫的準確性、安全性、維修方便三個方面來考慮。
為避免測溫元件損壞，應保證其有足夠的機械強度，為保護感溫元件不受磨損應加保護屏或保護管等，為確保安全、可靠，測溫元件的安裝方法應視具體情況（如待測介質的溫度、壓力、測溫元件的長度及其安裝位置、形式等）而定。下面僅舉幾例以引起注意：
凡安裝承受壓力的測溫元件，都必須保證其密封性。高溫下工作的熱電偶，為防止保護管在高溫下產生變形，一般應垂直安裝，若必須水平安裝則不宜過長，并用支架保護熱電偶。若測溫元件安裝于介質流速較大的管道中，則其應傾斜安裝。為防止測溫元件受到過大的沖蝕，最好安裝在管道的彎曲處。當介質壓力超過10MPa時，必須在測量元件上加保護外套。熱電偶/熱電阻的安裝部位還應考慮其拆裝、維修、校驗的足夠空間和場地，具有較長保護管的熱電偶、熱電阻應能方便地拆裝。
測量方法
熱響應時間比較復雜，不同的試驗條件會有不同的測量結果，這是因為它受熱電偶與周圍介質的換熱率影響，換熱率高，則熱響應時間就短。為了使熱電偶產品的熱響應 時間具有可比性，國家標準規定：熱響應時間應在專用水流試驗裝置上進行。該裝置的水流速度應保持0.4±0.05m/s，初始溫度在5-45℃的范圍內，溫度階躍值為40-50℃。在試驗 過程中，水的溫度變化應不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設計的置入深度（選其中較小值并在試驗報告中注明）。
由于該裝置比較復雜，目前只有極少數單位有這套設備，故國家標準中規定允許生產廠與用戶協商，可采用其他試驗方法，但所給數據必須注明試驗條件。
由于B型熱電偶在室溫附近熱電勢很小，熱響應時間不容易測出，因此國家標準規定可采用同規格的S型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然后進行試驗。
試驗時應記錄 熱電偶 的輸出變化至相當于溫度階躍變化50%的時間T0.5，必要時可記錄變化10%的熱響應時間T0.1和變化90%的熱響應時間T0.9。所記錄的熱響應時間，應是同一 試驗至少三次測試結果的平均值，每次測量結果對于平均值的偏離應在±10%以內。此外，形成溫度階躍變化所需的時間不應超過被測試 熱電偶 的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀 表的響應時間不應超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。
主要優點
1、測量精度高。因直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。
2、測量范圍廣。常用的熱電偶從零下50度——1600度均可連續測量，某些特殊熱電偶可測到-269度（如金鐵鎳鉻），最高可達2800度（如鎢、錸）。
3、構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。
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