定義：熱電偶是一種常見(jiàn)的溫度測(cè)量?jī)x器。它用于測(cè)量一個(gè)特定點(diǎn)的溫度，換句話說(shuō)，它是一種用于以電流或電動(dòng)勢(shì)形式測(cè)量溫度的傳感器。
熱電偶由兩根不同金屬材質(zhì)的導(dǎo)線組成，兩個(gè)導(dǎo)線的末端焊接在一起。焊接部分形成用于測(cè)量溫度的結(jié)，我們稱之為測(cè)量端。熱電偶作為常見(jiàn)的測(cè)量溫度的傳感器，在各個(gè)領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。
熱電偶的工作原理
熱電偶的工作原理取決于以下三種效應(yīng)：
塞貝克效應(yīng) – 塞貝克效應(yīng)發(fā)生在兩種不同的金屬之間，當(dāng)熱量提供給任何一種金屬時(shí)，電子就開(kāi)始從熱金屬流向冷金屬，因此電路中產(chǎn)生了直流電。塞貝克效應(yīng)又叫做熱電效應(yīng)。
簡(jiǎn)而言之，它是兩種不同金屬之間的溫差引起它們之間電位差的現(xiàn)象。塞貝克效應(yīng)對(duì)應(yīng)每開(kāi)爾文的溫度會(huì)產(chǎn)生微小的電壓。
珀?duì)柼?yīng) – 珀?duì)柼?yīng)與塞貝克效應(yīng)相反。珀?duì)柼?yīng)表明，通過(guò)施加任意兩個(gè)不同導(dǎo)體之間的電位差，可以產(chǎn)生溫度差。
湯普森效應(yīng) – 湯普森效應(yīng)是指當(dāng)兩種不同的金屬連接在一起時(shí)，如果它們形成兩個(gè)結(jié)，那么由于溫度梯度，電壓會(huì)感應(yīng)到導(dǎo)體的整個(gè)長(zhǎng)度。溫度梯度是一個(gè)物理術(shù)語(yǔ)，它表示某一特定位置溫度變化的方向和速率。
熱電偶的構(gòu)造
熱電偶由兩種不同的金屬材料組成，這兩種金屬的連接點(diǎn)被焊接在一起，這個(gè)連接點(diǎn)被認(rèn)為是測(cè)量點(diǎn)。連接點(diǎn)的連接方式分為三種類型：
1.不接地接點(diǎn) – 在不接地接點(diǎn)中，導(dǎo)體與保護(hù)套完全隔離。適用于高壓應(yīng)用場(chǎng)景。使用這種結(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)是它減少了雜散磁場(chǎng)的影響。
2.接地接點(diǎn) – 在這種類型的接點(diǎn)中，金屬和保護(hù)套被焊接在一起。接地接點(diǎn)用于測(cè)量腐蝕性環(huán)境中的溫度。這個(gè)結(jié)提供了對(duì)噪聲的抵抗力。
3.裸露結(jié) – 這種類型的結(jié)在需要快速響應(yīng)的地方使用。暴露的結(jié)部用于測(cè)量氣體的溫度。
熱電偶的電路如下圖所示：該電路由兩種不同的金屬組成，這兩種金屬以此方式連接在一起形成兩個(gè)結(jié)。
設(shè) P 和 Q 是熱電偶的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)。T1 和 T2 是交界處的溫度。由于結(jié)的溫度彼此不同，因此在電路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EMF。
如果結(jié)的溫度相等，則在電路中產(chǎn)生相等和相反的電動(dòng)勢(shì)，并且零電流流過(guò)它。如果結(jié)的溫度變得不相等，電路中就會(huì)產(chǎn)生電位差。電路中感應(yīng)到的電動(dòng)勢(shì)的大小取決于用于制造熱電偶的材料的類型。通過(guò)測(cè)量裝置測(cè)量流經(jīng)電路的總電流。
熱電偶電路中感應(yīng)到的電動(dòng)勢(shì)由方程給出
E=a(?θ)+b(?θ)2
?θ為熱電偶測(cè)量端和參考端之間的溫差
a, b 為常量
熱電偶的輸出測(cè)量
從熱電偶獲得的輸出電動(dòng)勢(shì)可以通過(guò)以下方法測(cè)量：
萬(wàn)用表 – 這是一種測(cè)量熱電偶輸出電動(dòng)勢(shì)的更簡(jiǎn)單方法。萬(wàn)用表連接到熱電偶的冷結(jié)，萬(wàn)用表指針的撓度等于流經(jīng)儀表的電流。
電位計(jì) – 熱電偶的輸出也可以借助直流電位器進(jìn)行測(cè)量。
帶輸出設(shè)備的放大器 – 從熱電偶獲得的輸出通過(guò)放大器放大，然后饋送到記錄或指示儀器。
熱電偶作為溫度測(cè)量設(shè)備具有以下的優(yōu)點(diǎn)
? 熱電偶比其他溫度測(cè)量設(shè)備便宜。
? 熱電偶具有快速響應(yīng)時(shí)間。
? 它具有很寬的溫度范圍。
熱電偶的缺點(diǎn)
- 熱電偶精度較低。
- 熱電偶的重新校準(zhǔn)很困難。
- 鎳合金、鉑/銠合金、鎢/錸合金、鉻金、鐵合金是用于制造熱電偶的合金的名稱。
熱點(diǎn)偶常見(jiàn)的問(wèn)題 Q&A
01
如何選擇熱電偶類型?
由于熱電偶測(cè)量的溫度范圍很寬，并且相對(duì)堅(jiān)固，因此熱電偶在工業(yè)中經(jīng)常使用。選擇熱電偶時(shí)需要考慮：
-溫度范圍
-熱電偶或護(hù)套材料的耐化學(xué)性
-耐磨、耐振動(dòng)
-安裝要求(可能需要與現(xiàn)有設(shè)備兼容;現(xiàn)有孔可決定探頭直徑)
02
熱電偶的響應(yīng)時(shí)間是多少?
時(shí)間常數(shù)（time constant)定義為在一組特定條件下，傳感器達(dá)到溫度階躍變化的63.2%所需的時(shí)間。傳感器需要五個(gè)時(shí)間常數(shù)才能接近100%的階躍變化值。外露結(jié)熱電偶響應(yīng)最快。此外，探頭護(hù)套直徑越小，響應(yīng)速度越快，但其能耐受的最高溫度可能較低。要注意，有時(shí)探頭護(hù)套不能承受熱電偶類型的整個(gè)溫度范圍。
03
各種熱電偶的精度
和溫度范圍是什么?
精度和范圍取決于熱電偶合金，被測(cè)量的溫度，傳感器的結(jié)構(gòu)，護(hù)套的材料，被測(cè)量的介質(zhì)，介質(zhì)的狀態(tài)(液體，固體或氣體)以及熱電偶線的直徑(如果它是暴露的)或護(hù)套直徑(如果熱電偶線沒(méi)有暴露，裝有護(hù)套)。
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