您是否知道温度是最常记录的物理测量值？了解温度对于从人体到汽车发动机以及介于两者之间的所有事物的正确运行至关重要。
温度是用一种或多种温度传感器测量的。目前市场上有几种可供选择：
• 热电偶传感器（本文）
• RTD 传感器
• 热敏电阻传感器
• 红外温度传感器
热电偶 是一种用于测量温度的传感器。热电偶因其相对较低的成本、可互换性、宽测量范围和可靠性而成为一种非常流行的传感器。
热电偶广泛应用于各个行业，从工厂自动化和过程控制到汽车、航空航天、军事、能源生产、金属制造、医学科学等等。
它们具有标准连接器类型，使其可互换且易于采购。在传感器的测量端，它们可以像两种金属绞合在一起一样简单，也可以封装在坚固的探头内以在恶劣的工业环境中使用。
连接到仪表的长热电偶探头
尽管热电偶非常流行，但要达到远高于 1°C 的精度并不容易。但无论如何，由于其诸多优点，它们仍然是当今工业测量中最受欢迎的传感器类型。
将不同种类的金属配对为我们提供了多种测量范围。这些被称为“热电偶类型”，我们知道其中的几种：
• K 型热电偶
• J 型热电偶
• T 型热电偶
• E 型热电偶
• R 型热电偶
• S 型热电偶
• B 型热电偶
• N 型热电偶
• C 型热电偶
J、K、T 和 E 型热电偶也称为 贱金属热电偶。 R、S 和 B 型热电偶被称为 贵金属热电偶，用于高温应用。
| ANSI | IEC | 使用合金 | 最宽范围 | 磁的？ | 评论 |
| J | J | Iron-Constantan | -40° to 750° -40° to 1382° F | Yes | 高温优于低温 |
| K | K | Chromel-Alumel | −200° to 1350 ° −330° to 2460 °F | Yes | 范围最广，最受欢迎。镍有磁性。 |
| T | T | Copper(Cu) | -270 to 400° -454 to 752° F | No | 适合较低温度和潮湿环境。 |
| E | E | Chromel-Constantan | −50° to 740 °C | No | 适合低温使用。 |
| N | N | Nicrosil(Ni-Cr-Si) | -270 to 1300° -450 to 2372° F | No | 温度范围宽，比K型更稳定 |
| B | B | Platinum-30% Rhodium(Pt-30% Rh) | 0 to 1820° C32 to 3308° F | No | 高温，请勿插入金属管 |
| R | R | Platinum-13% Rhodium(Pt-13% Rh) | -50 to 1768° -58 to 3214° F | No | 高温，请勿插入金属管 |
| S | S | Platinum-10% Rhodium(Pt-10% Rh) | -50 to 1768° -58 to 3214° F | No | 高温，请勿插入金属管 |
C W3 W5 | C W3 W5 | Tungsten-3% Rhenium(W-3% Re) | 0 to 2320° 32 to 4208° F | No | 适用于高温应用，但不适用于氧化环境 |
下图提供了详细的热电偶比较。单击图像可放大：
不同热电偶特性
热电偶基于 塞贝克效应，即当一对两端相互接触的不同金属受到温度变化时，它们会产生一个小的电势。它们是被动地执行此操作，即不需要由信号调节器供电。
这怎么可能？我们是否从无到有地创造出自由能源？一点也不——这只是物理学！
考虑电子既携带电又携带热。取一根裸铜线，用手握住它的一端。在皮肤热量的作用下，电子将从您触摸的区域传播到远离您的较冷的远端，从而沿着电线的长度产生温度梯度。热量已转化为能量。
这种现象最初是由意大利科学家亚历山德罗·伏特（Alessandro Volta，我们称之为“伏特”）于 1794 年发现的。但德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克 (Thomas Johann Seebeck) 在 1821 年重新发现了这种现象。他观察到，当由两种不同金属制成的电线在两端连接时，这些末端之间存在温差，在连接处产生小电压电势。
我们将这种电势称为 塞贝克电压 ，并将热能产生的这种电势称为“塞贝克效应”。根据塞贝克 200 年前的观察，物理学家能够确定 塞贝克系数，即由给定材料的温差引起的热电电压的大小。
热电偶检测一对不同金属相互接触时的温度变化
经过数十年的研究、试验和错误，我们今天了解了当我们将哪些金属配对以创建热电偶时，哪些金属可以为我们提供最佳结果。不同的组合提供不同的有效测量范围。当然，每种金属都具有环境特性，这进一步决定了它们的使用地点和方式。
热电偶背后的科学现在已经相当成熟，当今市场上有行业标准的“类型”，例如 K 型，它配对镍铬合金和铝镍合金金属，提供非常宽的测量范围。
这听起来很简单 - 抓住一对热电偶并将其一端连接到您的数据采集系统或电压表并开始测量温度，对吗？嗯，还有更多的事情要做。
要将热电偶传感器的输出转换为可用的温度读数，必须执行两个额外步骤：
• 冷端补偿 和
• 线性化。
让我们逐一查看它们的工作原理和用途。
温度数据记录仪和数据记录仪
为了进行绝对测量，热电偶必须“参考”传感器电缆另一端的已知温度。在过去，这个参考是几乎冷冻的蒸馏水的冰浴，其已知温度为 0°C (32° F)。但由于这不方便携带，因此创建了另一种方法，使用与环境隔离的微型热敏电阻或 RTD 来测量环境温度。这称为“冷端补偿”或CJC。
热电偶模块内的 CJC。白色电线连接到嵌入白色导热膏内的热敏电阻
“热端”是热电偶组件的测量端，另一端是“冷端”，也称为参考热电偶端，CJC 芯片位于此处。因此，尽管冷端温度可能会发生变化，但它提供了一个已知的参考，测量系统可以通过该参考以非常好的可重复精度导出传感器测量端的温度。
热电偶传感器的小电压输出不是线性的，即它不随温度的变化而线性变化。线性化可以通过信号调节器本身或使用 DAQ 系统内运行的软件来完成。
最流行的热电偶类型的线性化曲线
由于这些传感器的微伏和毫伏输出非常小，当测量系统未隔离时，可能会出现电噪声和干扰。Dewesoft DAQ 设备 通过差分信号调理解决了这个问题。几乎所有 Dewesoft 信号调理模块除了差分模块外，还都是电隔离的。这些是抑制进入信号链的共模电压的最佳方法。
减少噪声的另一种方法是将数字化仪尽可能靠近传感器放置。避免长信号线是最大化信号保真度和降低成本的行之有效的策略。请在此处查看我们的 SIRIUS 和 KRYPTON 模块化 DAQ 设备，以获得同类最佳的解决方案。
CJC 不足会导致读数错误。需要保护该组件免受环境温度变化的影响，以提供可靠的参考。 Dewesoft 在其高端 CJC 中为每个通道使用单独的 CJC 芯片，这些芯片由实心铝块铣削而成，并经过精确组装以实现最佳参考。
热电偶线比简单的铜线更昂贵，这也是冷端应尽可能靠近信号源的原因（同时仍避免极端的环境温度波动）。
Dewesoft 的KRYPTON ONE 单通道隔离热电偶模块等系统避免了这一问题。它允许将冷参考分布在传感器所在位置附近，并相互连接，相距最远 100 m（328 英尺）。信号在测量点直接转换为数字信号，并通过 EtherCAT 传输到主机测量系统，从而消除噪音和昂贵的热电偶电缆的长距离运行。
温度是世界上测量最多的物理特性，而热电偶是最流行的温度测量传感器。因此，热电偶在各个行业和领域都有数以百万计的应用。以下只是其中的一些：
• 发电厂（温度是组件过热的指标）
• 热敏电阻不够用的家用电器
• 工业过程控制和工厂自动化
• 食品和饮料制造
• 金属、纸浆和纸张加工厂
• 环境监测和研究
• 科学研究与开发（R&D）
• 药品和医疗用品制造和测试
• 汽车系统和测试应用、冷热天气测试、制动测试、ADAS 测试、燃烧分析等
• 飞机和火箭发动机系统和测试
• 卫星和航天器制造和测试
• 自供电（无源）
• 使用简单
• 可互换、连接方便
• 相对便宜
• 有多种热电偶探头可供选择
• 多种类型的宽温度范围
• 比其他传感器具有更高的温度能力
• 不受阻力减少或增加的影响
• 输出需要线性化
• 需要 CJC“冷参考”结
• 低电压输出容易受到噪声的影响
• 不如 RTD 稳定
• 不如 RTD 准确
| 传感器 | 热敏电阻 | 热电偶 | 热电阻 (PT100) |
| 温度范围 | 最窄 - 40°C 至 300°C | 最宽的 J 型为 -210 至 1200°C K 型为 95 至 1260°C 其他类型的温度范围可低至 -270°C 或高达 3100°C | -200°C 至 600°C 范围内，最高可达 850°C |
| Response | 快速地 | 中到快 取决于传感器尺寸、线径和结构 | 慢 取决于传感器尺寸和结构 |
| 长期稳定性 | Poor | Very Good | Best (±0.5°C to ±0.1°C / year) |
| 准确性 | Fair | Good | Bette r0.2%, 0.1% and 0.05% |
| 线性度 | 指数 | 非线性这通常在软件中完成 | 相当好，但建议线性化 |
| 建造 | 脆弱的 | 足够的护套和管可改善脆性，但会增加响应时间 | 易碎护套和管可改善易碎性，但会增加响应时间 |
| 尺寸 | Very small | Small | Larger |
| 接线 | 很简单 | 简单 | 复杂 |
| 所需的励磁/功率 | 无 | 无 | 必需的 |
| 外部要求 | 无 | CJC（冷端补偿）和信号线性化 | RTD 信号调节器 |
| 成本 | 最低 低准确度类型非常便宜，但也有一些更准确且更昂贵。提供 NTC 和 PTC（负温度系数和正温度系数）型号。 | 使用铂金的LowR和S型价格更高 | 最高 |
为了选择适合您的测量的传感器，重要的是要考虑许多不同的因素：
• 您需要测量的最高和最低温度是多少？
• 预算是多少？
• 需要什么精度范围？
• 会在什么气氛下使用？ （氧化性、惰性等）
• 所需的传感器可用寿命是多少？
• 所需的响应是什么（对温度变化的反应必须多快）？
• 热电偶的使用是周期性的还是连续的？
• 热电偶在其使用寿命期间会受到弯曲或弯曲吗？
• 它会浸入水中吗？浸入什么深度？
根据这些问题的答案并参考上面的热电偶类型表，应该可以为您的应用选择最佳的整体传感器。
• TC-LINK-200-OEM 1通道嵌入式无线温度传感器
• TC-LINK-200 12通道无线热电偶/电压传感器节点
• RTD-LINK-200 6通道无线 RTD/电阻传感器
• BeanAir BeanDevice 2.4GHz ONE-T 无线工业物联网温度传感器
• BeanAir BeanDevice 2.4GHz ONE-TH 无线物联网温湿度传感器
