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安徽國(guó)天儀表有限公司專業(yè)熱電阻熱電偶、鉑銠熱電偶銷售生產(chǎn)加工廠家,產(chǎn)品經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢測(cè),可測(cè)量各種物體的溫度,具有精度高、壽命長(zhǎng)、品質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)。(k型、鉑銠、鎧裝、耐磨耐腐防爆)熱電偶熱電阻等自動(dòng)化儀表產(chǎn)品,被廣泛用于電力|石油|化工|鋼鐵|玻璃等行業(yè)的溫度測(cè)量控制。咨詢熱線:13705505544
熱電偶工作原理是什么?
熱電偶的工作原理(熱電偶原理) 什么叫熱電偶?
這就要從熱電偶測(cè)溫原理說(shuō)起,熱電偶是一種感溫元件,是一次儀表,它直接測(cè)量溫度,并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào),通過(guò)電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。 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(guò),此時(shí)兩端之間就存在Seebeck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。 B: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,對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì),應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)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(wú)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)。


熱電偶利用兩種不同的材料組成的閉合電路;當(dāng)2端的溫度不同時(shí),就會(huì)有電流產(chǎn)生;再通過(guò)測(cè)量?jī)x表,就可以輕松的獲得介質(zhì)的溫度。


常用的熱電偶材料有: 熱電偶分度號(hào)熱電極材料 正極負(fù)極S鉑銠10純鉑R鉑銠13純鉑B鉑銠30鉑銠6K鎳鉻鎳硅T純銅銅鎳J鐵銅鎳N鎳鉻硅鎳硅E鎳鉻銅鎳


1821年,德國(guó)物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn),在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中,當(dāng)兩接觸處的溫度不同時(shí),回路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì),這就是熱電效應(yīng),也稱作“塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)”。


Thomas Johann Seebeck(1780~1831)
〔發(fā)現(xiàn)者〕托馬斯·約翰·塞貝克(也有譯做“西伯克”)1770年生于塔林(當(dāng)時(shí)隸屬于東普魯士,現(xiàn)為愛(ài)沙尼亞首都)。塞貝克的父親是一個(gè)具有瑞典血統(tǒng)的德國(guó)人,也許正因?yàn)槿绱?,他鼓?lì)兒子在他曾經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的柏林大學(xué)和哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)。1802年,塞貝克獲得醫(yī)學(xué)學(xué)位。由于他所選擇的方向是實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的物理學(xué),而且一生中多半時(shí)間從事物理學(xué)方面的教育和研究工作,所以人們通常認(rèn)為他是一個(gè)物理學(xué)家。
畢業(yè)后,塞貝克進(jìn)入耶拿大學(xué),在那里結(jié)識(shí)了歌德。德國(guó)浪漫主義運(yùn)動(dòng)以及歌德反對(duì)牛頓關(guān)與光與色的理論的思想,使塞貝克深受影響,此后長(zhǎng)期與歌德一起從事光色效應(yīng)方面的理論研究。塞貝克的研究重點(diǎn)是太陽(yáng)光譜,他在1806年揭示了熱量和化學(xué)對(duì)太陽(yáng)光譜中不同顏色的影響,1808年首次獲得了氨與氧化汞的化合物。1812年,正當(dāng)塞貝克從事應(yīng)力玻璃中的光偏振現(xiàn)象時(shí),他卻不曉得另外兩個(gè)科學(xué)家布魯斯特和比奧已經(jīng)搶先在這一領(lǐng)域里有了發(fā)現(xiàn)。
1818年前后,塞貝克返回柏林大學(xué),獨(dú)立開展研究活動(dòng),主要內(nèi)容是電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)對(duì)鋼鐵的磁化。當(dāng)時(shí),阿雷格(Arago)和大衛(wèi)(Davy)才發(fā)現(xiàn)電流對(duì)鋼鐵的磁化效應(yīng),貝塞克對(duì)不同金屬進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了磁化的熾熱的鐵的不規(guī)則反應(yīng),也就是我們現(xiàn)在所說(shuō)的磁滯現(xiàn)象。在此期間,塞貝克還曾研究過(guò)光致發(fā)光、太陽(yáng)光譜不同波段的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、偏振,以及電流的磁特性等等。
1820年代初期,塞貝克通過(guò)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(lái)解釋他的發(fā)現(xiàn)。在接下來(lái)的兩年里時(shí)間(18222~1823),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”。
賽貝殼的實(shí)驗(yàn)儀器,加熱其中一端時(shí),指針轉(zhuǎn)動(dòng),說(shuō)明導(dǎo)線產(chǎn)生了磁場(chǎng)
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: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(shuō),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(lái)也就這樣被確定下來(lái)了。(來(lái)自:以色列·希伯萊大學(xué)網(wǎng)站,陳忠民譯)
〔應(yīng)用〕熱電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后的1830年,人們就為它找到了應(yīng)用場(chǎng)所。利用熱電效應(yīng),可制成溫差電偶(thermocouple,即熱電偶)來(lái)測(cè)量溫度。只要選用適當(dāng)?shù)慕饘僮鳠犭娕疾牧?,就可輕易測(cè)量到從-180℃到+2000℃的溫度,如此寬泛的測(cè)量范圍,令酒精或水銀溫度計(jì)望塵莫及?,F(xiàn)在,通過(guò)采用鉑和鉑合金制作的熱電偶溫度計(jì),甚至可以測(cè)量高達(dá)+2800℃的溫度!
熱電偶的兩種不同金屬線焊接在一起后形成兩個(gè)結(jié)點(diǎn),如圖(a)所示,環(huán)路電壓VOUT為熱結(jié)點(diǎn)結(jié)電壓與冷結(jié)點(diǎn)(參考結(jié)點(diǎn))結(jié)電壓之差。因?yàn)閂H和VC是由兩個(gè)結(jié)的溫度差產(chǎn)生的,也就是說(shuō)VOUT是溫差的函數(shù)。比例因數(shù)α對(duì)應(yīng)于電壓差與溫差之比,稱為Seebeck系數(shù)。


熱電偶測(cè)溫原理
圖(b)所示是一種最常見(jiàn)的熱電偶應(yīng)用。該配置中引入了第三種金屬(中間金屬)和兩個(gè)額外的結(jié)點(diǎn)。本例中,每個(gè)開路結(jié)點(diǎn)與銅線電氣連接,這些連線為系統(tǒng)增加了兩個(gè)額外結(jié)點(diǎn),只要這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度相同,中間金屬(銅)不會(huì)影響輸出電壓。這種配置允許熱電偶在沒(méi)有獨(dú)立參考結(jié)點(diǎn)的條件下使用。VOUT仍然是熱結(jié)點(diǎn)與冷結(jié)點(diǎn)溫差的函數(shù),與Seebeck系數(shù)有關(guān)。然而,由于熱電偶測(cè)量的是溫度差,為了確定熱結(jié)點(diǎn)的實(shí)際溫度,冷結(jié)點(diǎn)溫度必須是已知的。冷結(jié)點(diǎn)溫度為0℃(冰點(diǎn))時(shí)是一種最簡(jiǎn)單的情況,如果TC=0℃,則VOUT=VH。這種情況下,熱結(jié)點(diǎn)測(cè)量電壓是結(jié)點(diǎn)溫度的直接轉(zhuǎn)換值。不過(guò),在實(shí)際應(yīng)用中這是難以實(shí)現(xiàn)的。為此,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)提供了各種類型熱電偶的電壓特征數(shù)據(jù)與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的查找表,所有數(shù)據(jù)均基于0℃冷結(jié)點(diǎn)溫度。利用冰點(diǎn)作為參考點(diǎn),通過(guò)查找適當(dāng)表格中的VH可以確定熱結(jié)點(diǎn)溫度。
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