物聯網系統中為什么要使用熱電偶

物聯網系統中使用熱電偶的原因主要基于熱電偶在溫度測量方面的獨特優勢及其在物聯網應用中的廣泛適用性。以下是具體原因的分析：

一、溫度測量的準確性

熱電偶作為溫度測量的重要工具，其工作原理基于塞貝克效應，即當兩種不同材料的導體或半導體組成一個回路，并在兩端存在溫度差時，回路中將產生電動勢。這種電動勢與溫度差成正比，因此可以通過測量電動勢來準確推算出溫度值。熱電偶具有測量精度高、穩定性好的特點，能夠滿足物聯網系統對溫度測量的嚴格要求。

二、廣泛的應用場景

在物聯網系統中，溫度是一個重要的監測參數。無論是工業制造、農業生產、醫療健康還是智能家居等領域，都需要對溫度進行實時監測和控制。熱電偶憑借其測量范圍廣（-200℃～1300℃，特殊情況下可達-270℃～2800℃）、耐高溫、耐腐蝕等特性，能夠適用于各種惡劣的環境條件，滿足物聯網系統中不同應用場景的需求。

例如：在工業爐溫自動控制系統中，爐子的實際溫度用熱電偶測量。

其他領域

材料科學研究：在材料科學中，熱電偶可用于測量材料的熱導率、熱膨脹系數等物理性質，為材料的研究與開發提供數據支持。

化學反應研究：在化學反應中，熱電偶用于監測反應溫度，研究化學反應動力學，幫助科學家更好地理解和控制化學反應過程。

氣象觀測與環境評估：熱電偶可用于環境溫度的監測，如氣象觀測站、環境監測站等場所，準確快速地測量環境溫度，為氣象預報和環境評估提供數據支持。

土壤與水體溫度測量：在環境監測中，熱電偶還用于測量土壤、水體等的溫度，有助于了解環境變化規律和生態系統狀態。

航空航天：在航空航天領域，熱電偶用于測量航空器的各種溫度，確保飛行安全和設備正常運行。

汽車工業：在汽車工業中，熱電偶用于測量引擎和排氣系統等高溫部件的溫度，以檢測故障或進行性能分析。

實驗室研究：在科學實驗室中，熱電偶可用于快速測量樣品或實驗裝置中的溫度，以便監測過程或記錄數據。

三、易于集成與數據傳輸

熱電偶通常具有較小的體積和較輕的重量，易于與其他傳感器和物聯網設備進行集成。此外，熱電偶的輸出信號通常為電信號，可以方便地通過有線或無線方式傳輸到物聯網系統中進行處理和分析。這種集成性和數據傳輸的便利性使得熱電偶成為物聯網系統中不可或缺的一部分。

四、提升系統智能化水平

通過將熱電偶與物聯網技術相結合，可以實現對溫度的實時監測、分析和預警。物聯網系統可以根據熱電偶傳輸的溫度數據，自動調整設備的運行參數或觸發相應的控制指令，從而實現智能化管理和控制。這種智能化水平的提升不僅提高了生產效率和產品質量，還降低了運營成本和能耗。

綜上所述，物聯網系統中使用熱電偶的原因主要包括溫度測量的準確性、廣泛的應用場景、易于集成與數據傳輸以及提升系統智能化水平等方面的優勢。這些優勢使得熱電偶在物聯網系統中發揮著越來越重要的作用。

本文會再為大家詳解溫度傳感器家族中的一員——熱電偶

熱電偶的定義

熱電偶是一種基于熱電效應原理工作的溫度測量元件。它由兩種不同材質的導體（通常是金屬）或半導體組成，這兩種導體的一端相互連接形成工作端（也稱為測量端或熱端），另一端則與測量儀表連接，形成自由端（也稱為冷端或參比端）。當熱電偶的工作端與待測介質接觸時，由于熱交換作用，工作端的溫度會發生變化，而自由端的溫度則通常保持不變或已知。這種溫度差會在熱電偶回路中產生熱電動勢，該電動勢的大小與熱電偶材料的性質以及工作端和自由端之間的溫差成正比。

熱電偶的原理：

熱電偶的工作原理非常簡單和基本。當兩種不同金屬(例如銅和康銅)熔合在一起時，會產生“熱電”效應，從而在它們之間產生只有幾毫伏 (mV) 的恒定電位差。兩個結之間的電壓差稱為“塞貝克效應”，因為沿導線產生溫度梯度，從而產生電動勢。那么熱電偶的輸出電壓是溫度變化的函數。

如果兩個結處于相同溫度，則兩個結之間的電勢差為零，換句話說，沒有電壓輸出，因為V1 = V2。但是，當結點連接在電路中并且都處于不同溫度時，將檢測到相對于兩個結點之間的溫差V1 – V2的電壓輸出。這種電壓差會隨著溫度的升高而增加，直到達到結的峰值電壓水平，這是由所使用的兩種不同金屬的特性決定的。溫度相同時，不同類型的熱電偶所產生的熱電動勢也不同，但這只跟熱電極材料有關，與熱電偶長度、直徑無關。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制成熱電偶分度表，那么，我們就要根據熱電偶的分度表去測出當前的熱端溫度值.

根據中間溫度定理E（T，0）=E（T，t）+（t，0）

E代表電動勢，T代表熱端溫度，t代表室溫

使用這個公式的原因是因為分度表是以0攝氏度為冷端參照物來繪制的，所以中間就多了個室溫來計算

熱電偶的結構

熱電極

定義：熱電極是熱電偶的核心部分，由兩種不同材質的導體或半導體組成。這兩種導體或半導體的一端相互連接，形成熱電偶的工作端（也稱為測量端或熱端），用于與被測介質接觸以感知溫度。

特性：熱電極的材料選擇對熱電偶的性能有重要影響，不同的材料組合具有不同的熱電特性和測量范圍。常見的熱電偶材料包括鉑、銠、鎳、鉻、銅等。

絕緣層

作用：絕緣層用于包裹熱電極，以防止熱電極之間以及熱電極與外部環境的短路或漏電。絕緣層通常由耐高溫、耐腐蝕的材料制成，如陶瓷、玻璃或云母等。

結構：絕緣層緊密地套在熱電極上，形成一層保護層，確保熱電偶在惡劣環境下仍能正常工作。

保護套管

定義：保護套管是熱電偶的外層結構，用于保護熱電極和絕緣層免受機械損傷、化學腐蝕和惡劣環境的影響。

材料：保護套管通常由不銹鋼、陶瓷或其他耐高溫、耐腐蝕的材料制成。這些材料具有良好的機械強度和化學穩定性，能夠確保熱電偶在長時間使用過程中保持穩定的性能。

接線盒

作用：接線盒用于連接熱電偶與測量儀表或控制系統。它提供了一個安全、可靠的接口，方便用戶進行安裝、調試和維護。

結構：接線盒內部通常包含接線端子、密封件和固定裝置等部件。用戶可以通過接線端子將熱電偶的信號線連接到測量儀表或控制系統上，并通過密封件和固定裝置確保接線盒的密封性和穩定性。

其他部件

根據具體的應用場景和需求，熱電偶還可能包括其他部件，如補償導線、溫度傳感器、信號調理電路等。這些部件用于進一步提高熱電偶的測量精度和可靠性。

熱電偶選型參數

測量溫度范圍

重要性：溫度范圍是熱電偶選型的首要考慮因素。

考慮因素：根據被測介質的最高溫度、最低溫度以及正常工作溫度范圍來選擇合適的熱電偶類型。

常見類型：

使用溫度在1300~1800℃，且要求精度較高時，一般選用B型熱電偶。

高于1800℃時，一般選用鎢錸熱電偶。

使用溫度在1000~1300℃，且要求精度較高時，可選用S型或N型熱電偶。

在1000℃以下，一般用K型或N型熱電偶；低于400℃時，一般用E型熱電偶。

250℃以下及負溫測量時，T型熱電偶因其穩定性和高精度而常被選用。

精度要求

重要性：精度直接影響溫度測量的準確性。

考慮因素：根據測量任務的精度要求來選擇熱電偶的分度號和等級。

常見類型：S型、B型、K型熱電偶在準確度、穩定性方面表現優異，適用于高精度測量。

使用氣氛

重要性：不同熱電偶材料對氣氛的適應性不同。

考慮因素：根據被測介質的氣氛（如氧化性、還原性、惰性等）來選擇合適的熱電偶類型。

常見類型：

S型、B型、K型熱電偶適合于強的氧化和弱的還原氣氛中使用。

J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛。

若使用氣密性較好的保護管，對氣氛的要求則不太嚴格。

響應時間

重要性：響應時間影響溫度測量的實時性。

考慮因素：根據測量任務對響應速度的要求來選擇熱電偶的類型和線徑。

常見類型：線徑大的熱電偶耐久性好但響應較慢；要求響應時間快且有一定耐久性時，可選擇鎧裝熱電偶。

經濟效益

重要性：考慮熱電偶的成本及其在整個測量系統中的經濟性。

考慮因素：貴金屬熱電偶（如S型、B型）雖然性能優異但成本較高；廉金屬熱電偶（如K型、E型）成本較低但可能在某些極端條件下性能受限。

其他參數

公稱壓力：指在工作溫度下保護管所能承受的靜態外壓而破裂的極限值。

最小插入深度：應不小于其保護套管外徑的8-10倍（特列產品例外）。

絕緣電阻：在特定環境條件下（如溫度、濕度）應滿足一定的絕緣電阻要求。

熱電偶選型流程

一般來說，熱電偶的選型流程包括以下幾個步驟：

確定測量溫度范圍。

根據精度要求選擇分度號和等級。

考慮使用氣氛對熱電偶材料的影響。

根據響應時間要求選擇熱電偶類型和線徑。

綜合考慮經濟效益和其他參數。

確定熱電偶的型號、安裝方式、保護管材質、長度或插入深度等具體參數。

熱電偶的使用注意事項

選型與配置

選擇合適的熱電偶類型：

根據被測溫度范圍、測量精度、響應時間等因素選擇合適的熱電偶類型。不同類型的熱電偶具有不同的溫度測量范圍和精度，如K型、S型、B型等。

確保熱電偶的規格和尺寸與被測對象的結構及安裝特點相匹配。

正確選用補償導線：

補償導線應與熱電偶的型號相匹配，連接時不得將導線接反。

補償導線最好裝入鐵管內，并將鐵管接地，以避免機械損傷和電磁干擾。

安裝與位置

選擇合適的安裝位置：

熱電偶應安裝在溫度較均勻且能代表工件溫度的位置，避免安裝在爐門旁或離加熱源太近的地方。

安裝位置應盡可能遠離強電磁場和強電場，以防止干擾信號影響測量結果。

確保足夠的插入深度：

熱電偶插入爐膛的深度應不小于熱電偶保護管外徑的8~10倍，以確保測量結果的準確性。

熱電偶應盡可能保持垂直使用，以防高溫下保護管變形。若需水平安裝，插入深度不應大于500mm，并應使用支架支撐。

密封與絕緣：

若被測介質具有負壓，熱電偶安裝必須嚴格密封，以防止對流影響測量的準確性。

確保熱電偶的絕緣層完好，防止兩熱電極間短路或漏電。

使用與維護

定期校準：

熱電偶應定期進行校準，以保持其測量準確性和穩定性。校準可以通過與已知溫度的標準熱電偶進行對比或使用專門的溫度校準儀器進行。

檢查與更換：

經常檢查熱電偶保護管和熱電極的狀況，如發現麻點、污漬、腐蝕、變細等現象，應及時更換。

接線盒與爐壁應保持適當距離（一般不小于200mm），以防止熱電偶自由端溫度過高。

防止電磁干擾：

在使用過程中，應采取措施減少電磁干擾對熱電偶的影響，如使用屏蔽線材或電磁屏蔽外殼等。

溫度補償：

在某些情況下，如高溫環境中使用銅-銅鎳熱電偶時，需要考慮銅線材的熱電特性變化，并進行溫度補償以提高測量的準確性。

安全與維護：

在安裝和使用熱電偶時，應遵守相關的安全規定和操作規程，確保人員和設備的安全。

定期對熱電偶進行維護和清潔，保持其表面干凈無污物

熱電偶的分類

按材料分類

貴金屬熱電偶

主要材料：由鉑、銠、鈀等貴金屬及其合金制成。

特點：高精度、高穩定性、抗氧化性強，適用于高溫、腐蝕性強的環境。

常見類型：鉑銠10-鉑熱電偶、鉑銠30-鉑銠6熱電偶等，廣泛應用于鋼鐵、冶金、石油化工等領域。

廉金屬熱電偶

主要材料：由銅、鎳、錳等廉金屬及其合金制成。

特點：價格低廉、測量范圍寬、線性度好，適用于一般工業溫度測量。

常見類型：銅-康銅熱電偶、鎳鉻-鎳硅熱電偶等。

半導體熱電偶

主要材料：以半導體材料為基礎制成。

特點：靈敏度高、響應速度快，適用于微小溫度變化和快速溫度測量的場合。

常見材料：鍺、硅等。

按結構分類

裝配式熱電偶

特點：將熱電偶絲、絕緣材料和保護套管等組件通過機械方式組裝在一起，結構簡單、安裝方便、易于更換，廣泛應用于各種工業現場。

鎧裝熱電偶

特點：將熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管等組件通過特殊工藝加工成一體，結構緊湊、抗振動、抗沖擊能力強，適用于惡劣環境下的溫度測量。

薄膜熱電偶

特點：將熱電偶材料以薄膜形式沉積在基底上制成，體積小、重量輕、響應速度快，適用于微型化、集成化的溫度測量系統。

按使用場合分類

工業熱電偶

特點：高精度、高穩定性、耐腐蝕性，能夠滿足各種復雜工業環境下的溫度測量需求。

科研熱電偶

特點：高靈敏度、高分辨率、快速響應，能夠滿足科研實驗中精確測量溫度的需求。

醫療熱電偶

特點：生物相容性好、測量準確、安全可靠，能夠滿足醫療領域對溫度測量的特殊要求。

其他常見分類

除了上述分類方式外，還有一些常見的熱電偶類型，如根據材料組合和測量范圍的不同進行分類：

K型熱電偶：正極材料為鎳鉻合金，負極材料為鎳硅合金，測量范圍通常在-200℃至1260℃之間，具有較高的測量精度和穩定性。

J型熱電偶：正極材料為鐵，負極材料為銅鎳合金，測量范圍通常在-40℃至750℃之間，適用于中低溫環境。

T型熱電偶：正極材料為銅，負極材料為銅鎳合金，測量范圍通常在-200℃至350℃之間，適用于低溫環境。

E型熱電偶：正極材料為鎳鉻合金，負極材料為銅鎳合金，測量范圍通常在-200℃至900℃之間，適用于中高溫環境。

R型和S型熱電偶：均為鉑銠合金熱電偶，測量范圍極廣，適用于高溫環境，具有極高的測量精度和優異的抗腐蝕性能。

熱電偶的優缺點

由于其具有線性特性好、熱容小、熱滯后小等特點，廣泛適用于各種測溫場合，并且熱電偶的測溫區間非常廣，測量精度高，適用壽命長，因此熱電偶在化工煉油等生產過程中被廣泛應用，以及各行各業中的管道測溫和罐體測溫都會用到熱電偶。測量中高溫的溫度傳感器，如果測量溫度在600℃就應該選擇K型熱電偶，如果測量溫度在1200~1600℃就應該選擇S型或者B型熱電偶。

優點：

測量溫度范圍廣，可以在1K(-273^)~28001的溫度范圍內進行測量；

結構簡單，制造容易，使用、安裝和維修都很方便；

性能穩定,準確可靠；

熱慣性小，動態響應速度快；

可多點測量,可遠距離傳送,便于集中檢測和控制；

缺點：

使用中參考端必須是恒定的，否則會影響到測量的準確性，因此一般都需要進行冷端補償；

在高溫或長期使用時，會受到工作介質或氣氛作用（如氧化、還原等），而發生劣化，降低使用壽命。

熱電偶的廠商

國內廠商

深圳市東河合創科技中心：該公司提供垃圾焚燒熱電偶溫度傳感器等耐高溫抗氧化的K型鎧裝熱電偶產品。

江蘇康天合金材料有限公司：長期專注于熱電偶產品的生產，如S型鉑銠熱電偶、B型耐高溫精準傳感器等。

深圳市立感科技有限公司：專業從事溫度傳感器、液位傳感器、壓力傳感器等產品的研發、生產制造和銷售，其熱電偶產品包括K型熱電偶等。

淄博科超環保科技有限公司：提供包括智能防爆熱電偶在內的多種熱電偶產品。

江蘇上若自動化設備有限公司：供應智能耐高溫鉑銠熱電偶等高品質產品。

安徽貿誠電氣有限公司：生產包括K型防爆熱電偶在內的多種熱電偶產品，并提供定制服務。

佛山市普聯云儀表科技有限公司：生產加工熱電偶、熱電阻、儀表配件等產品，擁有完整、科學的質量管理體系。

江蘇威儀達儀器儀表有限公司：國內較大的儀器儀表生產廠家，產品涵蓋熱電偶、熱電阻、電加熱管等。

國際廠商

雖然具體的國際熱電偶廠商名單可能因市場變化而有所不同，但以下是一些在全球市場上有一定影響力的熱電偶生產商：

OMEGA：作為全球知名的溫度測量與控制設備制造商，OMEGA提供包括熱電偶在內的多種高精度溫度測量解決方案。

Watlow：Watlow在電熱和溫度控制領域擁有廣泛的產品線，包括熱電偶和其他溫度傳感器。

Isomil GmbH：作為礦物絕緣熱電偶電纜的領先生產商之一，Isomil也提供高質量的熱電偶產品。

供應商A：開普森

https://www.sumakps.com/index1.php

1、產品能力

（1）主推型號1：鎧裝K型

對應的產品詳情介紹

一、產品特點

高精度：K型熱電偶具有線性度好、熱電動勢較大、靈敏度高、穩定性和均勻性較好的特點，能夠準確反映被測溫度的變化。

耐腐蝕性：鎧裝結構采用金屬保護套管，有效防止熱電偶絲受到腐蝕和損壞，延長使用壽命。

可彎曲性：由于熱電偶絲被包裹在柔軟的金屬套管內，開普森鎧裝K型熱電偶可以制成各種形狀和尺寸，以適應不同的測量需求。

高溫測量：特別適用于高溫環境下的溫度測量，能夠穩定工作在高溫爐窯、管道等場合。

二、應用領域

開普森鎧裝K型熱電偶廣泛應用于以下領域：

工業生產：在鋼鐵、冶金、化工、電力等行業中，用于測量各種高溫爐窯、管道、反應器等的溫度。

科研實驗：在科研機構和高校實驗室中，用于精確測量和控制實驗溫度。

醫療設備：在醫療設備中，如高溫滅菌器、恒溫培養箱等，用于監測和控制設備內的溫度。

三、產品參數

分度號：K

溫度范圍：-50~1150℃

探頭材質：INCONEL600高溫合金材質

引線材質：四氟鍍錫屏蔽線

產品用途：適用各種高溫爐、烘箱、實驗室溫度測量

應用場景：固體、液體、空氣

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審核編輯 黃宇