簡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溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)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(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，對熱電偶工作原理及其相關(guān)知識作了簡單的介紹。

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，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。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(也稱為測量端)，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(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)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(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，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恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(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, 只要該材料兩個接點(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, 可接入測量儀表, 測得熱電動勢后, 即可知道被測介質(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)成一個閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,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)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(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)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(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合的測量。

(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，對它的結(jié)構(gòu)要求如下：

　?、俳M成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;

　　②兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路;

　　③補(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。

熱電偶測溫的優(yōu)點(diǎn)

　　①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

　　②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。

　?、蹣?gòu)造簡單，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)而測溫點(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(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℃時對測溫的影響。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勢標(biāo)稱值相同的一對帶絕緣包覆的導(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)：

　　①熱電特性穩(wěn)定，電絕緣性能好，使用壽命長。

　　②柔軟，彎曲性能能好，使用方便。

　　③包覆層材料穩(wěn)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(yīng)注意如下幾個問題：

1：熱電偶的熱電勢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)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關(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(shù)。

總結(jié)

熱電偶工作原理的進(jìn)步將帶動熱電偶技術(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：熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成、熱電偶測溫的優(yōu)點(diǎn)、熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償技術(shù)等作了簡要解析。