一种多线制热电偶及防止热电偶电荷堆积的方法技术领域
本发明温度计量技术领域，具体涉及一种预防电荷堆积方法与多线制热电偶。
背景技术
热电偶是一种感温元件,它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号。目前工业
环境中，大量使用热响应较快、结构简单的热电偶温度计。
热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度。然
而在振动工作环境下，热电偶工作一段时间后，会出现显著的测温偏差现象；热电势映射温度
过程，仿佛出现了某种错误。
为了让温度能够得到准确显示，现场维护人员不得不对测温偏差热电偶及时进行更换。当
这种现象频繁发生后，既影响生产效率，也增加维护工作量。
为此，收集了已经产生测温偏差后，被替换下来的废旧热电偶，在实验室对样品逐支实验
室解析，力图查明造成偏差的错误机理。
表1废旧热电偶样品解析结果表
热电偶用户
收集数量
测试性能优
测试性能差
性能差原因
测温形式
A
4
3
1
断线
热电偶K
B
10
10
热电偶K
C
1
1
热电偶K
从样品解析结果中，探明三点原因：
1、从应用环境上分析，热电偶测温作为成熟技术，表现一直优异，然而在振动工作环境
中，则普遍出现测温偏差现象，表明振动工况与偏差之间具有相关性。
2、热电偶出现测温偏差现象，主要表现在热电偶工作一段时间后，温度显示值：①会大
幅高于实际温度值，或②大幅低于实际温度值，以及③显示温度值忽上忽下波动，这三种情况；
呈现受外界突发干扰现象。
3、从实验解析结果分析，收集更换下来的废旧热电偶，实验室解析其工作特性指标大部
分依然优良(见上表)，表明即使发生了测温偏差现象，也可随后自行恢复，并没有发生根本
性破损。
进一步解剖发现，通常为了缩短热电偶测温响应时间，特别制作成铠装式纤细型外形，测
温杆外径大致在￠2～3.5mm之间，要求铠装金属壳体、中间充填MgO绝缘层、内部偶丝都非
常纤细。因而可以视作弹性体，跟随振动允许一定程度的绕曲，当充填物MgO绝缘层在反复
揉挤下，易出现脆性细微裂隙，逐渐降低、甚至丧失绝缘性能。
众所周知，振动带来物体间相互摩擦，会产生摩擦电荷，而摩擦存在于如偶丝与绝缘层之
间、绝缘层与铠装壳体之间，铠装壳体与机械设备之间，机械设备与连接件之间……，多样性
摩擦电荷混合在一起称为干扰电荷，随着干扰电荷纷纷沿MgO绝缘层裂隙趁虚而入，导致干
扰电荷直接叠加在热电偶测温元件上的事件发生。
简言之，热电偶温度计在振动工况中，一方面受反复挤压绝缘层会逐渐出现细微裂隙，另
一方面振动也会导致物体间相互摩擦，产生干扰电荷；当干扰电荷无处泄放，增多并堆积后，
势必推高静电势能；足够强大的电势场一旦穿越裂隙，施加在热电偶一侧或双侧热电极上，对
测温热电势造成叠加影响，形成信号干扰源，后续的二次显示仪表又根本无法区分，将发生巨
大的检测值偏差恶果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种多线制热电偶，本发明的目的之二是提供一种防
止热电偶电荷堆积的方法。
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，一种多线制热电偶，包括一端连接在一
起的多个正热电极和多个负热电极，其中一个正热电极和其中一个负热电极组成工作对，选择
剩余的正热电极或负热电极中的一个接地，其余热电极悬空。
进一步，还包括套设于热电偶测温杆上的避震器，所述避震器包括具有开口端的套筒大套、
具有开口端的套筒小套和螺旋弹簧，所述螺旋弹簧放置在套筒腔体内，所述套筒小套与大套间
可随伸缩发生滑动。
进一步，所述螺旋弹簧为多股螺旋弹簧，所述多股螺旋弹簧由多股细丝绞织成一根粗弹簧
丝，再螺旋绕制而成。
进一步，所述热电偶还包括放电梳，所述放电梳包括套设于热电偶测温杆上的环状壳体和
设置于环状壳体上的放电针。
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，一种防止热电偶电荷堆积的方法，在一
个正热电极、一个负热电极的基础上增加多个热电极，将其中一个热电极的一端接地，另一端
与正、负热电极的结点连接。
进一步，在热电偶测温杆上设置用以吸收振动能量减少物体间摩擦强度的避震器。
进一步，在热电偶测温杆上设置用以将物体将表面电荷进行远端迁移的放电梳。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
在本发明中，通过设置多股正A、负B热电极，利用其中的一条非工作线路，作为中点
接地泄放极，建立干扰电荷释放通路，及时释放偏载堆积电荷，确保任何时候工作热电极A
和B两侧正负电荷量保持平衡。
本发明通过设置避震器，减少振动摩擦形成的干扰电荷量；通过设置放电梳将电荷转移聚
集地，防止表面电荷无处可去流窜作用到热电极上，实现电荷迁移功能(尖端聚电)，随后通
过尖端向空气进行放电，实现电荷释放功能(尖端放电)
本发明通过及时泄放和迁移电荷，达到最大限度地防范电荷“堆积”于测温元件上，同时
借助避震减少摩擦电荷发生量，多渠道消除干扰电荷对测温热电势的干扰。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详
细描述，其中：
图1为二线制热电偶工作原理图；
图2为多线制热电偶工作原理图；
图3为多线制热电偶抗电荷干扰原理示意图；
图4为多线制热电偶的结构图；
图5为一体式避震器与放电梳的结构示意图；
图6为一体式避震器与放电梳的分解示意图；
图7为多股螺旋弹簧图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了
说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示，二线制热电偶工作原理图，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应，将
两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不
同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0，称为自由端(也称参考端)或冷
端，回路中将产生一个电动势。
该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。两种导体组成的回路称为热电
偶，这两种导体称为热电极，产生的电动势则称为热电动势。
热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的
温差电动势。
热电偶回路中热电动势的大小，当热电极材料A和B固定后，即接触电动势一定，则只
与组成热电偶的导体材料和两接点的温度相关，而与热电偶的形状尺寸无关。热电动势表达成
两接点温度T和T0的函数差。
如图2所示，多线制热电偶工作原理图，基于此，本发明提供一种多线制热电偶，包括一
端连接在一起的多个正热电极(以下简称正A偶丝或正热电极A)和多个负热电极(以下简
称负B偶丝或负热电极B)，其中一个正热电极和其中一个负热电极组成工作对，选择剩余的
正热电极或负热电极中的一个接地，其余热电极悬空。
在本实施例中，多线制热电偶具有多股正A、负B偶丝，利用其中的一条非工作线，作
为中点接地泄放极；建立干扰电荷释放通路，及时释放偏载堆积电荷，确保任何时候工作热电
极A和B两侧正负电荷量保持平衡。
实施过程中，如对地电流释放通路采用双线式，即同时选择热电极材料A和B两种。针
对K型热电偶正热电极A(镍铬)，负极B(镍硅)，双线对地电流释放通路选用材质A(镍铬)、
B(镍硅)时，先将A-A、以及B-B两同质偶丝分别连接起来，再A-A和B-B焊接(熔接)。
举例：全新的多线制K型热电偶，至少具有双正热电极A-A(镍铬)、双负热电极B-B(镍
硅)四条热电极，具被双支测温元件。正常情况下，其中一对A和B热电极构成工作热电偶，
剩余一对A和B热电极中的一条为对地电流释放通路，另外一条自然悬空；发生断线故障时，
断线经轮换保持在悬空位，其余三热电极适配后可继续工作，具有冗余热电偶的效果。
如图3所示，多线制热电偶抗电荷干扰原理示意图：
图a为多线制热电偶接线图，线I代表高热电势、线II代表低热电势。
图b为多线制热电偶等效原理图，热电偶作为一种有源传感器，等效成电池正极+、负极-
和电阻部件；
图c为热电偶正极+侧，受大量正电荷侵扰时，造成单侧偏载状态，对地电流释放通路将
有正电流通过；此时线I高电势会出现瞬间升高，随着干扰电荷的泄放又趋于正常，线II低电
势未受干扰则不出现波动。
图d为热电偶负极-侧受大量正电荷侵扰时，造成单侧偏载状态，对地电流释放通路将有
负电流通过；线I高电势未受干扰则不出现波动，线II低电势会出现瞬间升高，随着干扰电荷
的泄放又趋于正常。
图e为热电偶正极+侧受外部大量正、负交变电荷侵扰时，造成单侧交变偏载状态，对地
电流释放通路有正、负交流电通过；此时线I高电势会出现瞬间升高、降低波动，随着干扰电
荷的交替泄放又趋于正常，线II低电势未受干扰则不出现波动。
图f为“不净地”会导致中点对地电压不完全趋于零，而抬高或拉低中轴电势，而热电偶
正、负两极电动势将跟随波动，但都不会影响检测电势差值，即不净地不会影响温度检测值的
正确读取。
综上所述，配置对地电流释放通路后，一旦受到电荷侵扰，都能自适应地恢复平衡，迅速
达成稳定热电偶测温电势差的有益效果。
归纳推理，多线制热电偶可构成任意分度号、配置多正极和负极、具有多对测温元件的冗
余热电偶，并且具有电荷泄放通道。
本发明所述的多线制热电偶工作于振动环境中，热电偶在振动工况中，一方面受反复挤压
绝缘层会逐渐出现细微裂隙，另一方面振动也会导致物体间相互摩擦，产生干扰电荷。为了减
小这种干扰电荷，本发明在热电偶的热电偶测温杆1上套设避震器3，该避震器包括具有开口
端的套筒大套7、具有开口端的套筒小套5和螺旋弹簧6，所述螺旋弹簧的一端设置于套筒小
套的底端，所述螺旋弹簧的另一置于套筒大套的底部，所述套筒小套的开口端可滑动的伸入到
套筒大套内。
如图7所示，多股螺旋弹簧图，多股螺旋弹簧采用细丝绞织成一根粗弹簧丝，再螺旋绕制
成多股螺旋弹簧；当受振动而压缩和拉伸时，由于变形过程中细丝之间的相互摩擦，消耗掉部
分能量，不能完全恢复即耗能弹簧，据此具有减振的作用。在发生振动时，弹簧的一端保持在
套筒小套内，另一端保持在套筒大套内。在滑动过程中，套筒小套一直保持在套筒大套内。
相对于普通螺旋弹簧直接用一根金属粗丝螺旋绕制而言，其压缩和拉伸过程几乎无能量损
耗，随即完全恢复，通常称之为储能弹簧。
如图4～7所示，单支多股螺旋弹簧大约能消耗掉约30％的能量，配以套筒组合方式，既
有细丝间挤压摩擦，又有弹簧与套筒壁间滑动摩擦，还有套筒与套筒伸缩段相互摩擦，尽可能
多的消耗振动能量，达成外界疾风骤雨式狂振，热电偶所处的局部环境和风细雨随动的避震效
果。
避震器，将外界振动源与热电偶隔离开来，减缓或阻断冲击载荷传递路径，起到一定的避
震效果，并且可以减少摩擦电荷的发生。
进一步，所述热电偶还包括放电梳8，所述放电梳包括套设于热电偶测温杆上的环状壳体
和设置于环状壳体上的放电针9，所述环状壳体的一端与远离套筒大套的开口端的端部连接。
放电梳利用尖端聚电效应，在热电偶外壳上，设置尖针阵，构成的集电式放电梳，即在整
个测温杆外壳上插上尖针，形如狼牙棒；由于受空间制约，可缩减成狼牙圈，同时移放到热电
偶后端引线部位；借助热电偶铠装金属导电性能，引导电荷至测温元件远端，起到迁移表面干
扰电荷堆放位置的积极作用。
同时利用放电原理，当尖端上聚集大量电荷后，尖针具备足够的电势能向周边空气进行放
电，犹如避雷针工作方式。
如图4～6所示，放电梳外表面布有尖针的环状或条状导电构件，其相对光滑的内表面与被
防护设备可通过螺纹、螺钉或焊接、粘接等方式作导通连接、固定。
在发明中，摩擦形成的干扰电荷，首先被转移到远端集电式放电梳上聚集，预防表面电荷
无处可去，流窜作用到偶丝上，实现电荷迁移功能(尖端聚电)；随后通过尖端向流经空气进
行放电，实现电荷释放(尖端放电)。
如图5所示，一体式避震器与放电梳结构，为了进一步节省空间，方便制作与安装，将放
电梳和避震器，组合制作成一体式避震器与放电梳结构。
进一步，所述热电偶还包括卡套2，所述卡套可滑动的套设于热电偶测温杆上，所述热电
偶测温杆上设置有防止卡套向热电偶测温杆端部运动的定位装置。
本发明具体实施步骤，引入中点接地泄放极(电流环路)、放电梳、避震器，都是在热电
偶制作流程中进行定制装配，无需现场调理，因此既方便新建工程，更方便改造替换升级项目。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以
对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和
变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在
内。