熱電偶工作原理基于托馬斯•約翰•塞貝克發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應(yīng):即兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩個接點處于不同溫度時,回路中就有電流通過,兩接點之間就存在電勢差—Seeback effective,該電勢差與均質(zhì)導(dǎo)體的材質(zhì)和兩端的溫度有關(guān),熱電偶就是利用這個原理來測量溫度的。
只要選用適當(dāng)?shù)慕饘僮鳠犭娕疾牧,就可測量到從-180℃到+1800℃的溫度,甚至很高可以測量+2800℃的溫度;當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個回路,其兩端相互連接時,只要兩結(jié)點處的溫度不同,一端溫度為T,稱為工作端或熱端,另一端溫度為T0 ,稱為自由端(也稱參考端)或冷端,回路中將產(chǎn)生一個電動勢,該電動勢的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”,兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶”,這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”,產(chǎn)生的電動勢則稱為“熱電動勢”熱電動勢由兩部分電動勢組成,一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動勢,另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動勢。
熱電偶回路中熱電動勢的大小,只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接點的溫度有關(guān),而與熱電偶的形狀尺寸無關(guān)。當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后,熱電動勢便是兩接點溫度t和t0。這一關(guān)系在實際測溫中得到了廣泛應(yīng)用。因為冷端t0恒定,熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢只隨熱端(測量端)溫度的變化而變化,即一定的熱電動勢對應(yīng)著一定的溫度。我們只要用測量熱電動勢的方法就可達(dá)到測溫的目的。
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)(Seebeck effect)。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。
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。熱電偶測量溫度時要求其冷端(測量端為熱端,通過引線與測量電路連接的端稱為冷端)的溫度保持不變,其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時,冷端的(環(huán)境)溫度變化,將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測量儀表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線。
基于塞貝克效應(yīng),國際上公認(rèn)如下分度號熱電偶
導(dǎo)體材料 | 熱電偶分度號 | 測量溫度(℃) |
鉑銠10-鉑 | S | 0-1300 |
鉑銠13-鉑 | R | 0-1400 |
鉑銠30-鉑銠6 | B | 600-1700 |
鎳鉻-鎳硅 | K | -40-1000 |
銅-銅鎳 | T | -40-350 |
鐵-銅鎳 | J | -40-750 |
鎳鉻硅-鎳硅鎂 | N | -40-1300 |
鎳鉻-銅鎳 | E | -40-800 |
鎢錸5-鎢錸26 | W-5Re/W-26Re | 0~2300℃ |
鎢錸3-鎢錸25 | W-3Re/W-25Re | 0~2300℃ |