簡(jiǎn)要介紹熱電偶工作原理及種類(lèi)結構

前言

熱電偶是應用熱電效應實(shí)現溫度測量的敏感元件（光電式傳感器），即一種感溫元件(一次儀表)。在工業(yè)應用上它的主要作用是檢測溫度，并把溫度信號轉換成熱電動(dòng)勢信號，通過(guò)電氣儀表(二次儀表)轉換成被測介質(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(guò)搜集整理資料，對熱電偶工作原理及其相關(guān)知識作了簡(jiǎn)單的介紹。

熱電偶工作原理

兩種不同成份的導體(稱(chēng)為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路，當接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現象稱(chēng)為熱電效應，而這種電動(dòng)勢稱(chēng)為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱(chēng)為測量端)，另一端叫做冷端(也稱(chēng)為補償端);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。熱電偶實(shí)際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì )有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢——熱電動(dòng)勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電極，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。根據熱電動(dòng)勢與溫度的函數關(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, 在熱電偶測溫時(shí), 可接入測量?jì)x表, 測得熱電動(dòng)勢后, 即可知道被測介質(zhì)的溫度。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來(lái)，構成一個(gè)閉合回路。當導體A和B的兩個(gè)執著(zhù)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,因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現象稱(chēng)為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來(lái)工作的。

熱電偶的種類(lèi)及結構形成

(1)熱電偶的種類(lèi)

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類(lèi)。

標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。標準化熱電偶按IEC國際標準生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒(méi)有統一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測量。

(2)熱電偶的結構形成

熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作，對它的結構要求如下：

　?、俳M成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;

　?、趦蓚€(gè)熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路;

　?、垩a償導線(xiàn)與熱電偶自由端的連接要方便可靠;

　?、鼙Ｗo套管應能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。

熱電偶測溫的優(yōu)點(diǎn)

　?、贉y量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

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

　?、蹣嬙旌?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(kāi)頭的限制，外有保護套管，用起來(lái)非常方便。

熱電偶冷端的溫度補償技術(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))而測溫點(diǎn)到儀表的距離都，很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線(xiàn)把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線(xiàn)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測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對測溫的影響。補償導線(xiàn)工作原理：補償導線(xiàn)工作原理：在一定溫度范圍內，具有與其匹配的熱電動(dòng)勢標稱(chēng)值相同的一對帶絕緣包覆的導線(xiàn)叫補償導線(xiàn)。用它們連接熱電偶與測量裝置，以補償熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差。

補償導線(xiàn)特點(diǎn)：

　?、贌犭娞匦苑€定，電絕緣性能好，使用壽命長(cháng)。

　?、谌彳?，彎曲性能能好，使用方便。

　?、郯矊硬牧戏€定可靠，具有一定的耐溫性和耐寒性能。

對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個(gè)問(wèn)題：

1：熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數;

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

3：當熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，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)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。

總結

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，并對熱電偶的相關(guān)知識如：熱電偶的種類(lèi)及結構形成、熱電偶測溫的優(yōu)點(diǎn)、熱電偶冷端的溫度補償技術(shù)等作了簡(jiǎn)要解析。