熱電偶

熱電偶（thermocouple）是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調節器配套使用。

在工業生產過程中，溫度是需要測量和控制的重要參數之一。在溫度測量中，熱電偶的應用極為廣泛，它具有結構簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優點。另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子、管道內的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。

工作原理

當有兩種不同的導體或半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0 ，稱為自由端（也稱參考端）或冷端，回路中將產生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。這種現象稱為“熱電效應”，兩種導體組成的回路稱為“熱電偶”，這兩種導體稱為“熱電極”，產生的電動勢則稱為“熱電動勢” 。

熱電動勢由兩部分電動勢組成，一部分是兩種導體的接觸電動勢，另一部分是單一導體的溫差電動勢。

熱電偶回路中熱電動勢的大小，只與組成熱電偶的導體材料和兩接點的溫度有關，而與熱電偶的形狀尺寸無關。當熱電偶兩電極材料固定后，熱電動勢便是兩接點溫度t和t0。的函數差 。

這一關系式在實際測溫中得到了廣泛應用。因為冷端t0恒定，熱電偶產生的熱電動勢只隨熱端（測量端）溫度的變化而變化，即一定的熱電動勢對應著一定的溫度。我們只要用測量熱電動勢的方法就可達到測溫的目的 ［1］ 。

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，

當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應（Seebeck effect）。兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。

在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質的溫度。熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時，冷端的（環境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。與測量儀表連接用專用補償導線。

熱電偶冷端補償計算方法：

從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對應毫伏值，與熱電偶的毫伏值相加，換算出溫度；

從溫度到毫伏：測量出實際溫度與冷端溫度，分別換算為毫伏值，相減後得出毫伏值，即得溫度。

在直接還原的回轉窯中需要對回轉窯筒體（也稱回轉窯旋轉體）內多個位置進行溫度測量。溫度測量一般是通過熱電偶實現，熱電偶需要正負極兩個滑環供電，才能實現熱電偶的溫度信號釆集。

大概需要個不同位置的溫度值，因此就需要在這個位置設置個熱電偶，用于測量對應位置的溫度。由于每個熱電偶需要兩個滑環（—個正極滑環和一個負極滑環），用于采集該熱電偶的溫度信號，因此，在現有回轉窯的筒體La上就需要安裝個滑環，來滿足個熱電偶溫度信號采集要求。

由于滑環為圓環結構，套裝在回轉窯的筒體外，再通過幾個或幾十個支座進行固定?；h隨著回轉窯的筒體—起轉動，電刷被固定安裝在工作臺上，滑環在隨回轉窯的筒體轉動過程中，需要與電刷實時保持接觸，為與該滑環相連的熱電偶提供溫度信號傳遞的通路。

由于回轉窯的筒體直徑一般為幾米的圓柱體，這樣對于滑環的制造和安裝精度就提出了很高的要求。而且整個回轉窯筒體需要滿足個滑環的安裝要求，是十分困難的。另外滑環為銅質材料制成，制造成本很高，使得整個回轉窯的成本很高。因此，如何提供一種熱電偶滑環裝置，既能滿足取熱電偶溫度信號的使用要求，又可以降低整個回轉窯的成本，是本領域技術人員需要解決的技術問題。