一文讀懂熱電偶

更新時間：2025-01-10 點擊次數：915

定義：熱電偶是一種常見的溫度測量儀器。它用于測量一個特定點的溫度，換句話說，它是一種用于以電流或電動勢形式測量溫度的傳感器。

熱電偶由兩根不同金屬材質的導線組成，兩個導線的末端焊接在一起。焊接部分形成用于測量溫度的結，我們稱之為測量端。熱電偶作為常見的測量溫度的傳感器，在各個領域都有非常廣泛的應用。

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：

塞貝克效應 – 塞貝克效應發生在兩種不同的金屬之間，當熱量提供給任何一種金屬時，電子就開始從熱金屬流向冷金屬，因此電路中產生了直流電。塞貝克效應又叫做熱電效應。

簡而言之，它是兩種不同金屬之間的溫差引起它們之間電位差的現象。塞貝克效應對應每開爾文的溫度會產生微小的電壓。

珀爾帖效應 – 珀爾帖效應與塞貝克效應相反。珀爾帖效應表明，通過施加任意兩個不同導體之間的電位差，可以產生溫度差。

湯普森效應 – 湯普森效應是指當兩種不同的金屬連接在一起時，如果它們形成兩個結，那么由于溫度梯度，電壓會感應到導體的整個長度。溫度梯度是一個物理術語，它表示某一特定位置溫度變化的方向和速率。

熱電偶的構造

熱電偶由兩種不同的金屬材料組成，這兩種金屬的連接點被焊接在一起，這個連接點被認為是測量點。連接點的連接方式分為三種類型：

1.不接地接點 – 在不接地接點中，導體與保護套完全隔離。適用于高壓應用場景。使用這種結的主要優點是它減少了雜散磁場的影響。

2.接地接點 – 在這種類型的接點中，金屬和保護套被焊接在一起。接地接點用于測量腐蝕性環境中的溫度。這個結提供了對噪聲的抵抗力。

3.裸露結 – 這種類型的結在需要快速響應的地方使用。暴露的結部用于測量氣體的溫度。

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結。

設 P 和 Q 是熱電偶的兩個結點。T1 和 T2 是交界處的溫度。由于結的溫度彼此不同，因此在電路中產生電動勢EMF。

如果結的溫度相等，則在電路中產生相等和相反的電動勢，并且零電流流過它。如果結的溫度變得不相等，電路中就會產生電位差。電路中感應到的電動勢的大小取決于用于制造熱電偶的材料的類型。通過測量裝置測量流經電路的總電流。

熱電偶電路中感應到的電動勢由方程給出

E=a(?θ)+b(?θ)2

?θ為熱電偶測量端和參考端之間的溫差

a, b 為常量

熱電偶的輸出測量

從熱電偶獲得的輸出電動勢可以通過以下方法測量：

萬用表 – 這是一種測量熱電偶輸出電動勢的更簡單方法。萬用表連接到熱電偶的冷結，萬用表指針的撓度等于流經儀表的電流。

電位計 – 熱電偶的輸出也可以借助直流電位器進行測量。

帶輸出設備的放大器 – 從熱電偶獲得的輸出通過放大器放大，然后饋送到記錄或指示儀器。

熱電偶作為溫度測量設備具有以下的優點

? 熱電偶比其他溫度測量設備便宜。

? 熱電偶具有快速響應時間。

? 它具有很寬的溫度范圍。

熱電偶的缺點

- 熱電偶精度較低。

- 熱電偶的重新校準很困難。

- 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。

熱點偶常見的問題 Q&A

如何選擇熱電偶類型?

由于熱電偶測量的溫度范圍很寬，并且相對堅固，因此熱電偶在工業中經常使用。選擇熱電偶時需要考慮：

-溫度范圍

-熱電偶或護套材料的耐化學性

-耐磨、耐振動

-安裝要求(可能需要與現有設備兼容;現有孔可決定探頭直徑)

熱電偶的響應時間是多少?

時間常數（time constant)定義為在一組特定條件下，傳感器達到溫度階躍變化的63.2%所需的時間。傳感器需要五個時間常數才能接近100%的階躍變化值。外露結熱電偶響應最快。此外，探頭護套直徑越小，響應速度越快，但其能耐受的最高溫度可能較低。要注意，有時探頭護套不能承受熱電偶類型的整個溫度范圍。

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，被測量的溫度，傳感器的結構，護套的材料，被測量的介質，介質的狀態(液體，固體或氣體)以及熱電偶線的直徑(如果它是暴露的)或護套直徑(如果熱電偶線沒有暴露，裝有護套)。