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熱電偶是什么?
熱電偶是一種感溫元件,它直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào), 并通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。
熱電偶的工作原理
兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度差時(shí)，導(dǎo)體發(fā)生電子流動(dòng)，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)。熱電偶就是用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，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。
當(dāng)一端(冷端或參考端)是特定的恒定的溫度，通常為 0℃, 而且另一端 (熱端或測(cè)量端)為未知溫度，后者的溫度就可以通過測(cè)量電動(dòng)勢(shì)來進(jìn)行測(cè)量。
這種由兩種不同材質(zhì)的金屬導(dǎo)體連接成的這樣一個(gè)封閉的回路就稱之為熱電偶。
塞貝克效應(yīng)
1820年代初期，塞貝克通過實(shí)驗(yàn)方法研究了電流與熱的關(guān)系。1821年，塞貝克將兩種 不同的金屬導(dǎo)線連接在一起，構(gòu)成一個(gè)電流回路。他將兩條導(dǎo)線首尾相連形成一個(gè)結(jié)點(diǎn)，他突然發(fā)現(xiàn)，如果把其中的一個(gè)結(jié)加熱到很高的溫度而另一個(gè)結(jié)保持低溫的話，電路周圍存在磁場(chǎng)。他實(shí)在不敢相信，熱量施加于兩種金屬構(gòu)成的一個(gè)結(jié)時(shí)會(huì)有電流產(chǎn)生，這只能用熱磁電流或熱磁現(xiàn)象來解釋他的發(fā)現(xiàn)。在接下來的兩年里時(shí)間(1822～1823)，塞貝克將他的持續(xù)觀察報(bào)告給普魯士科學(xué)學(xué)會(huì)，把這一發(fā)現(xiàn)描述為“溫差導(dǎo)致的金屬磁化”。
賽貝克的實(shí)驗(yàn)儀器，加熱其中一端時(shí)，指針轉(zhuǎn)動(dòng)，說明導(dǎo)線產(chǎn)生了磁場(chǎng)，其實(shí)塞貝克確實(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了熱電效應(yīng)，但他卻做出了錯(cuò)誤的解釋，他認(rèn)為導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因，是溫度梯度導(dǎo)致金屬在一定方向上被磁化，而非形成了電流?？茖W(xué)學(xué)會(huì)認(rèn)為，這種現(xiàn)象是因?yàn)闇囟忍荻葘?dǎo)致了電流，繼而在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生了磁場(chǎng)。對(duì)于這樣的解釋，塞貝克十分惱火，他反駁說，科學(xué)家們的眼睛讓奧斯特(電磁學(xué)的先驅(qū))的經(jīng)驗(yàn)給蒙住了，所以他們只會(huì)用“磁場(chǎng)由電流產(chǎn)生”的理論去解釋，而想不到還有別的解釋。但是，塞貝克自己卻難以解釋這樣一個(gè)事實(shí)：如果將電路切斷，溫度梯度并未在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。所以，多數(shù)人都認(rèn)可熱電效應(yīng)的觀點(diǎn)，后來也就這樣被確定下來了。
熱電偶的注意事項(xiàng)
如前描述，熱電偶是一種“溫差傳感器”，只有在存在溫差時(shí)才產(chǎn)生毫伏信號(hào) (電動(dòng)勢(shì))，這不可避免的使得熱電偶導(dǎo)體的溫度被熱處理的和插入深度的環(huán)境溫度一致。因此，使用這樣一支已有溫度的熱電偶去測(cè)量另一個(gè)有不同的溫度差異的區(qū)域，這是不正確的。尤其，當(dāng)測(cè)量時(shí)的插入深度比前次淺時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致很大的讀數(shù)錯(cuò)誤，因?yàn)榧词褂靡延袦囟鹊臒犭娕既y(cè)原本沒有溫度差的環(huán)境，也會(huì)出現(xiàn)原本不因有的電動(dòng)勢(shì)，因此，應(yīng)避免使用同一支熱電偶去測(cè)量不同的區(qū)域。
通常情況下，熱電偶的壽命是不能預(yù)測(cè)也不能保證的，因?yàn)闇y(cè)溫環(huán)境多變，操作，安裝，腐蝕，震動(dòng)，熱循環(huán)和溫度劇變等因素都將對(duì)其壽命產(chǎn)生影響。
熱電偶的特性
和其他溫度計(jì)比起來，工業(yè)熱電偶有如下特性：
1. 通過與被測(cè)物體的直接接觸來快速穩(wěn)定 地測(cè)溫。
2. 如果選擇適當(dāng)?shù)臒犭娕迹瑴y(cè)量范圍-270℃~2300℃。
3. 可以測(cè)量特殊點(diǎn)或小空間的溫度。
4. 自從發(fā)現(xiàn)溫度和電動(dòng)勢(shì)(EMF)有關(guān)，調(diào)整，放大，控制，轉(zhuǎn)換和其他數(shù)據(jù)處理都很方便。
5. 和其他溫度傳感器比起來有更便宜的價(jià)格和更好的互換性。
6. 如果選用合適的保護(hù)套管，可提供多功能和安全性的產(chǎn)品。
7. 堅(jiān)固的構(gòu)造以及方便的安裝。
結(jié)構(gòu)和測(cè)量方法
通常，工業(yè)熱電偶是使用陶瓷來絕緣的，以防止熱電偶導(dǎo)體短路，然后插入保護(hù)套管
來避免與被測(cè)物直接接觸或直接暴露到測(cè)溫環(huán)境中去。例如：YAMARI的高溫礦石絕緣金屬鎧裝熱電偶由熱電偶導(dǎo)線，壓縮陶磁粉絕緣層和保護(hù)管組成一個(gè)柔韌的氣密的電纜形式的組裝結(jié)構(gòu)。測(cè)溫時(shí)參考端(冷端)應(yīng)該被保持或補(bǔ)償在一個(gè)恒定的溫度上(理想的是0度)。產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(EMF)可以用簡(jiǎn)單的電氣儀表測(cè)量，也可以轉(zhuǎn)化為多種數(shù)據(jù)處理信號(hào)供計(jì)算機(jī)使用。