簡(jiǎn)要介紹熱電偶工作原理及種類結(jié)構(gòu)

前言

熱電偶是應(yīng)用熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的敏感元件（光電式傳感器），即一種感溫元件(一次儀表)。在工業(yè)應(yīng)用上它的主要作用是檢測(cè)溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度（壓力傳感器）。只要掌握了熱電偶工作原理才能更好的讓它應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中（壓力傳感器工作原理），從而服務(wù)于我們的生活。那么，熱電偶工作原理是什么呢?小編通過搜集整理資料，對(duì)熱電偶工作原理及其相關(guān)知識(shí)作了簡(jiǎn)單的介紹。

熱電偶工作原理

兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測(cè)量端)，另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度，

熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)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(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在0℃時(shí)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(shí), 只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同, 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)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(cè)溫時(shí), 可接入測(cè)量?jī)x表, 測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后, 即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。

熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成

(1)熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。

標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。

(2)熱電偶的結(jié)構(gòu)形成

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下：

　?、俳M成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;

　　②兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路;

　?、垩a(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;

　　④保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。

熱電偶測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)

　　①測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

　?、跍y(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。

　　③構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。

熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償技術(shù)

由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí))而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都，很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。補(bǔ)償導(dǎo)線工作原理：補(bǔ)償導(dǎo)線工作原理：在一定溫度范圍內(nèi)，具有與其匹配的熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值相同的一對(duì)帶絕緣包覆的導(dǎo)線叫補(bǔ)償導(dǎo)線。用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，以補(bǔ)償熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差。

補(bǔ)償導(dǎo)線特點(diǎn)：

　?、贌犭娞匦苑€(wěn)定，電絕緣性能好，使用壽命長(zhǎng)。

　?、谌彳?，彎曲性能能好，使用方便。

　?、郯矊硬牧戏€(wěn)定可靠，具有一定的耐溫性和耐寒性能。

對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題：

1：熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù);

2 ：熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);

3：當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。

總結(jié)

熱電偶工作原理的進(jìn)步將帶動(dòng)熱電偶技術(shù)的不斷發(fā)展。本文具體介紹了有關(guān)熱電偶工作原理的知識(shí)，并對(duì)熱電偶的相關(guān)知識(shí)如：熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成、熱電偶測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)、熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償技術(shù)等作了簡(jiǎn)要解析。