温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。热电阻和热电偶是工业界应用最为广泛的温度检测器件。
热电偶由于构造简单、适用温度范围广、使用方便、承受热以及机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于工业中高温区域的温度测量。但其灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。
热电偶通常应用于温度高、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合。
工作原理
热电偶：如果两种不同成分的均质导体形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端，当两端存在温差时，就会在回路中产生热电流，那么两端之间就会存在Seebeck热电势，这种物理现象称为塞贝克效应或热电效应。热电势随着测量端温度升高而增加，热电势的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关，和热电偶导体材质的长度、直径无关。
分度号
热电阻（偶）的输出电阻（势）和温度的对应关系称为热电阻（偶）的分度。
热电偶
按IEC584-1，584-2国际标准， S、B、R、K、N、E、T、J八种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
S/ B /R
高温下物理化学性能稳定，测温准确度高，具有良好的抗氧化性能，可在氧化性、惰性气氛中连续使用。不适宜在还原气氛或含金属蒸汽、真空的条件下使用。对沾污非常敏感。选择低铁高纯氧化铝作为绝缘材料或保护管比较合适。
K
测温范围宽，为－270～1300°C，温度和热电势关系近似线性。具有良好的抗氧化性能，可以在氧化性气氛或惰性气氛中连续使用。不适宜在真空、含碳、含硫气氛中使用。价格便宜。
N
具有Ｋ偶相近的特点和热电特性，但具有比Ｋ偶更优良的抗氧化性和高温稳定性。常用温度范围650～1200°C。
E
测温范围－200～900°C，具有良好的稳定性、均匀性和适宜的导热系数，热电势率在热电偶中最高，适宜于低温使用。常用于氧化性和轻微还原性或惰性气氛中，不适宜在强还原性及含硫、碳和卤族元素的气氛中使用。
T
测温范围－270～400°C，常用－200～350°C，特点是热电性能好，电势与温度关系近似线性，热电势值大、灵敏度高、复制性好，是一种准确度高的廉金属热电偶。可以在还原性、氧化性、惰性气氛及真空中使用。
J
测温范围－40～750°C，具有稳定性好，灵敏度高，价格低廉等优点。主要用于还原性气氛，能耐氢气及一氧化碳气体腐蚀。也可用于氧化性气氛，但正极为纯铁，氧化速度快。不能在高温（540°C以上）含硫气氛中使用。
热电偶物理化学性质
热电偶名称 | 分度号 | 热电极化学成分 | 熔点（℃） | 测温范围（℃） | 推荐使用温度范围（℃） |
铂铑10-铂 | S | Pt 90%；Rh 10%(SP) | 1850 | 0～1600 | 1000～1300 |
Pt 100%(SN) | 1769 |
铂铑13-铂 | R | Pt 87%；Rh 13%(RP) | 1860 | 0～1600 | 900～1300 |
Pt 100%(RN) | 1769 |
铂铑30-铂铑6 | B | Pt 70%；Rh 30%(BP) | 1927 | 0～1800 | 1300～1600 |
Pt 94%；Rh 6%(BN) | 1826 |
镍铬-镍硅 | K | Ni 90~91%；Cr 9~10% (KP) | 1427 | -270～1300 | -200～1200 |
Ni 97~98%；Si 2~3% (KN) | 1399 |
镍铬-铜镍（康铜） | E | Ni 90%；Cr 10%(EP) | 1429 | -200～900 | -200～750 |
Cu 55%；Ni 45% (EN) | 1222 |
铁-铜镍（康铜） | J | Fe 100%(JP) | 1492 | -40～750 | -40～750 |
Cu 55%；Ni 45%(JN) | 1222 |
铜-铜镍（康铜） | T | Cu 100%(TP) | 1084.62 | -200～400 | -200～350 |
Cu 55%；Ni 45%(TN) | 1222 |
镍铬硅-镍硅镁 | N | Ni 84.4%；Cr 14.2%；Si 1.4%(NP) | 1420 | -270～1300 | 650～1200 |
Ni 95.5%；Si 4.4%；Mg 0.1%(NN) | 1330 |
精度
温度传感器的精度主要由元件材料本身物理化学性质及其制造工艺决定。并会随时间有所漂移。
工业温度传感器已经建立了严格的精度标准规范，这些规范详细阐明了传感器制造时的初始性能。在使用过程中，时间、温度、环境和工作条件等都会引起传感器精度的变化。同时，整个系统的精度还跟相关仪器和装置的参数有关。
热电偶的允差（参比端为0℃）
分度号 | 允差（℃）/ 温度范围 |
| Ⅰ级 | Ⅱ级 | Ⅲ级 |
S R | ±1℃ / 0～1100℃ | ±1.5℃ / 0～600℃ | -/- |
±[1+0.003(t-1100)] ℃ / 1100～1600℃ | ±0.25%t / 600～1600℃ | -/- |
B | -/- | ±0.25%t / 600～1700℃ | ±4℃ / 600～800℃ |
-/- | -/- | ±0.5%t / 800～1700℃ |
K N | ±1.5℃ / -40～375℃ | ±2.5℃ / -40～333℃ | ±2.5℃ / -167～40℃ |
±0.4%t / 375～1000℃ | ±0.75%t / 333～1200℃ | ±1.5%|t| / -200～-167℃ |
E | ±1.5℃ / -40～375℃ | ±2.5℃ / -40～333℃ | ±2.5℃ / -167～40℃ |
±0.4%t / 375～800℃ | ±0.75%t / 333～900℃ | ±1.5%|t| / -200～-167℃ |
J | ±1.5℃ / -40～375℃ | ±2.5℃ / -40～333℃ | -/- |
±0.4%t / 375～750℃ | ±0.75%t / 333～750℃ | -/- |
T | ±0.5℃ / -40～125℃ | ±1℃ / -40～133℃ | ±1℃ / -67～40℃ |
±0.4%t / 125～250℃ | ±0.75%t / 133～350℃ | ±1.5%|t| / -200～-67℃ |
温度传感器的结构及安装固定方式会影响其响应时间、使用温度范围、环境、寿命等。
接点形式
热电偶
露端式(E) | 热电偶测量端偶丝直接暴露于工作环境中，绝缘层开口密封以防止液体或气体渗透。这样结构的热电偶响应速度最快，但测量端容易受腐蚀和机械损坏。 |
接壳式(G) | 传感器外壳与偶丝焊接在一起，形成完全密封的一体化接点。工作于液体、气体、高压以及腐蚀性环境中。响应时间接近于露端式热电偶。 |
绝缘式(U) | 测量端接点与外壳绝缘。适用于外部电干扰和温度变换频率大的场合。响应时间三种接点形式中最长。 |
双支绝缘式(W) | 等同于双支独立绝缘式热电偶制造在一根铠装金属管里。 |
双支公共端式(V) | 等同于双支热电偶制造在一根铠装金属管里。但有公共端，相当于两组热电偶信号有一个公用输出端。适用于接壳式和绝缘式。 |
一般来说，接壳式形式具有良好的性能和可靠性，在一般测量中应用最广；绝缘式形式通过导线屏蔽层与外壳的连接，形成整个传感器屏蔽，可以有效避免传感器、仪表和电源引入的干扰。
保护管
保护管的作用是为了保护温度传感器感温元件，不使其与被测介质直接接触，避免或减少有害介质的侵蚀，火焰和气流的冲刷和辐射，以及机械损伤。同时还起着固定和支撑传感器感温元件的作用。
在轻微腐蚀和一般工业应用中，304和316（316L）是用得最为广泛的不锈钢保护管材料，在我国由于考虑成本，321不锈钢也被大量使用。不锈钢保护管通常使用在900℃以下，现在部分国外产品也能用到1150℃。900℃以上一般使用非金属材料保护管。
常用不锈钢材料化学成分
中国 | 日本 JIS | 美国 AISI | 化学成分% |
C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | 其它 |
00Cr18Ni10 | SUS304L | 304L | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.035 | ≤0.03 | 8-12 | 18-20 | |
0Cr18Ni9 | SUS304 | 304 | ≤0.07 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.035 | ≤0.03 | 8-11 | 17-19 | |
0Cr18Ni10Ti
(1Cr18Ni9Ti) | SUS321 | 321 | ≤0.12 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.035 | ≤0.03 | 8-11 | 17-19 | Ti:5(C%-0.02)
-0.08 |
00Cr17Ni14Mo2 | SUS316L | 316L | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.035 | ≤0.03 | 12-15 | 16-18 | Mo:2-3 |
1Cr18Ni12Mo2Ti | | 316 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.035 | ≤0.03 | 11-14 | 16-19 | Mo:
1.8-2.5 |
0Cr25Ni20
(1Cr25Ni20Si2) | SUS310s | 310s | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.035 | ≤0.03 | 19-22 | 24-26 | Ti:
5xC%-0.07 |
GH3030 | | | ≤0.12 | ≤0.80 | ≤0.70 | ≤0.03 | ≤0.02 | 其余 | 19-22 | Fe:≤1.5 |
常用不锈钢保护管特性
钢号 | 使用温度℃ | 特性 |
321 | -200—900 | 奥氏体不锈耐酸钢，耐热、抗氧化。通常作为一般耐热钢使用 |
304 304L | -200—900 | 奥氏体不锈耐酸钢，低碳含量，具有良好耐晶间腐蚀性。通常作为耐热钢使用 |
316
316 L | -200—900 | 奥氏体不锈钢耐酸钢，低碳含量，具有良好耐晶间腐蚀性，耐热、抗无机酸、有机酸、碱和海洋大气中的耐蚀。作为耐腐蚀钢使用 |
310s | -200—1000 | 铁系体形高铬不锈钢，耐热，在800℃空气冷却状态下有良好抗晶间腐蚀性，在1000℃、1100℃有良好的抗氧化性。具有高温抗氧化性，耐腐蚀性。通常作为耐热钢使用 |
GH3030 | 0—1100 | 镍基耐高温抗腐蚀合金钢，高温强度高，具有优良的抗腐蚀性能，抗氧化性能，对各种废气、碱性溶液和大多数有机酸及人合物有很高的抗腐蚀抗力。通常作为耐热钢使用 |
常用非金属材料保护管种类及特性
材质 | 代码 | 化学成分% | 常用温度℃ | 最高使用温度℃ | 特性 |
石英 | QT | SiO2 | 1000 | 1100 | 耐热冲击性好，但强度低，耐酸性强，耐碱性差，在H2及还原性气体中气密性差。 |
粘土质瓷管
高铝质瓷管
刚玉质瓷管 | CB3
CB2
CB1 |
Al2O3 99.5
| 1000
1400
1600 |
1500
1800
| Al2O3的纯度越高，其高温强度、电绝缘性能、耐磨性能越好，在氧化性或还原性气氛中，也可用到很高的温度。 |
氧化镁 | | MgO 97 | 1800 | | MgO易水解。在高温下烧成的高密度材料，耐无机盐及氧化性气体腐蚀。 |
氧化锆 | ZR | ZrO2 94 CaO 6 | 1800 | 2400 | 在高温下难与氧化性、中性物质反应，但受碱性氧化物腐蚀。 |
响应时间
在温度出现阶跃变化时，温度传感器的输出变化至量程变化的50%所需要的时间称为热响应时间，用τ0.5表示。影响τ0.5的因素与保护管材料、直径、壁厚有关，而且还与其结构形式、安装方法、置入深度以及被测介质的流速、种类有关。
绝缘电阻
常温绝缘电阻的试验电压可取直流10～100V任意值，环境温度在15～35℃范围内，相对湿度应不大于80%，常温绝缘电阻值应大于100MΩ。
公称压力
一般是指在常温下，保护管所能承受的不至破裂的静态外压，试验压力一般采用公称压力的1.5倍。
引入误差
温度传感器在测量过程中的主要误差来源有:：传感器对分度表的误差；绝缘不良引起的误差；线路电阻引起的误差；测量仪表的误差以及传热误差、动态相应误差、干扰误差等。对于热电偶来说还有参考端温度变化引起的误差；补偿导线的误差等。其中有些误差是在一定条件下才会出现，而且通过一定措施是可以消除的。