熱電偶型溫度傳感器具有量程大、成本低、響應速度快、耐久性好等特點，被廣泛的應用于工業(yè)現場的溫度測量。R型熱電偶可以測量1700多度（℃）的高溫，在高溫測量場合有廣泛的應用。今天這篇文章，我們來談談熱電偶的工作原理。

什么是熱電偶呢？

熱電偶（thermocouple）是把兩種不同材料的金屬的一端連接起來，利用熱電效應來測量溫度的傳感器。如下圖：

熱電效應是熱電偶的物理基礎，什么是熱電效應呢？

我們知道，當在一段金屬絲的兩端施加電壓時，金屬絲會有電流流過并發(fā)熱。這種現象稱為電流的熱效應。

1821年，德國科學家托馬斯·約翰·賽貝克（seebeck）發(fā)現了電流熱效應的逆效應：即當給一段金屬絲的兩端施加不同的溫度時，金屬絲的兩端會產生電動勢，閉合回路后金屬絲中會有電流流過。這種現象被稱為熱電效應，也稱為塞貝克效應。

下面是熱電效應的圖解：

圖中黑線表示金屬絲，T1、T2和T3表示金屬絲上不同的溫度差，T3大于T1。

設T3和T1的溫度差為ΔT，則金屬絲兩端的電壓：

V31=S(T)xΔT；其中S(T)稱為塞貝克系數。

既然一條金屬絲兩端在不同的溫度下可以產生電壓差，那么熱電偶為什么要使用兩種金屬呢？

答案是：如果電壓表的探針使用的是與被測金屬絲相同的金屬，理論上電壓表將測量不到任何電壓。因為這相當于把金屬絲延長了，而延長后的金屬絲兩端沒有溫度差，因此就不會產生電壓差。

不同金屬的塞貝克系數是不同的，測量電壓等于兩種材料的塞貝克系數函數之差的積分，這就是熱電偶使用兩種不同金屬的原因。

根據兩種金屬的種類及含量的不同，熱電偶可分為不同的類型。

GB/T 16839將熱電偶分成如下幾個類別：

熱電偶的字母標志也稱為分度號

熱電偶中兩種金屬的連接端稱為測量端，也稱為熱端；與之相對應的一端稱為冷端。冷端作為參考端，早期使用冰水溫度（0℃）作為參考。通過測量的電壓的不同，以冷端為參考，來計算熱端的溫度。

隨著技術的發(fā)展，熱電偶的冷端并不必須為0℃。目前市場一些PLC的熱電偶模塊，比如S7-1200的SM1231 Thermocouple，可以通過冷端補償技術，根據測量到的電壓值來計算出測量端的溫度。示意圖如下：

注：冷端作為參考端，溫度應基本保持不變。

好了，關于熱電偶的工作原理就先介紹到這里。