熱電偶的結(jié)構(gòu)和工作原理

熱電偶是工業(yè)上zui常用的溫度檢測元件之一，熱電偶的工作原理是根據(jù)塞貝克效應(yīng)，兩個不同成分的導(dǎo)體兩端連接在電路上，兩個連接端的溫度不同時，電路內(nèi)會產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。

在工業(yè)測溫中zui廣泛使用的溫度傳感器之一，熱電偶與鉑測溫電阻體一起，約占溫度傳感器整體的60%，熱電偶通常與顯示儀表等組合使用，在各種生產(chǎn)過程中直接測量-40~1800℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽、氣體介質(zhì)及固體的表面溫度。

優(yōu)勢包括:

①測量精度高②測量范圍廣③結(jié)構(gòu)簡單，熱電偶使用方便。

熱電偶測溫的基本原理

熱電偶是溫感元件，是直接測定溫度，將溫度信號轉(zhuǎn)換為熱電動勢信號，通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換為被測定介質(zhì)的溫度的儀表。

熱電偶測溫的基本原理是，兩個不同成分的材質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成閉合電路，兩端有溫度梯度時，電流流過電路，這時，兩端之間存在電動勢<； br/>； 熱電動勢是所謂塞貝克效應(yīng)。

兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度高的一方為工作端，溫度低的一方為自由端，自由端始終處于一定的溫度。 根據(jù)熱電動勢和溫度的函數(shù)關(guān)系，制作熱電偶索引表的分度表在自由端溫度為0℃的條件下得到，根據(jù)熱電偶的不同，分度表也不同。 在熱電偶電路中插入第三金屬材料的情況下，如果該材料的兩個接點的溫度相同，則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢不變化，即不受第三金屬訪問電路的影響。 因此，測溫?zé)犭娕紩r，如果訪問測量儀器測量熱電動勢，則可以得知被測介質(zhì)的溫度。

熱電偶焊接兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a和b，如圖所示構(gòu)成一個閉合電路。

當(dāng)導(dǎo)體a和b的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫度差時，在兩者之間產(chǎn)生電動勢，在電路中產(chǎn)生大電流的現(xiàn)象被稱為熱電效應(yīng)。 熱電偶利用這個效果發(fā)揮作用。 在兩個不同成分的導(dǎo)體(稱為熱電偶芯線和熱電極)的兩端連接電路，如果接合點的溫度不同，則在電路中產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動勢稱為熱電勢。 熱電偶是利用該原理進行溫度測量的，其中直接用于測量介質(zhì)溫度的一端稱為工作端(也稱為測量端，另一端稱為冷端(也稱為補償端) )的冷端與顯示器或輔助器連接，顯示器表示熱電偶產(chǎn)生的熱電勢。 熱電偶實際上是將熱能轉(zhuǎn)換為電能，利用產(chǎn)生的熱電勢測量溫度的能量轉(zhuǎn)換器，熱電偶的熱電勢是熱電偶的兩端溫度函數(shù)的差，不是熱電偶的兩端溫度差的函數(shù)， 2 :熱電偶產(chǎn)生的熱電勢的大小，在熱電偶的材料均勻的情況下，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫度差有關(guān)的3 :熱電偶的兩個熱電偶線材的成分確定后，熱電偶的熱電勢的大小， 如果僅與熱電偶的溫度差有關(guān)的熱電偶的冷端溫度保持恒定，則該熱電偶的熱電勢只是工作端溫度的一值函數(shù)。

熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)

一、種類:

熱電偶有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩種。

標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺度的熱電偶，有與其配套的顯示器。 未標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶不及使用范圍或數(shù)量級標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的標(biāo)度表，主要用于特殊情況下的測量。

二、熱電偶的基本結(jié)構(gòu):

工業(yè)測溫用的熱電偶，作為基本構(gòu)造有熱電偶線材、絕緣管、保護管、端子箱等。

常用熱電偶導(dǎo)線束及其性能:

1 .鉑銠10-鉑熱電偶(也稱為索引號s、單鉑銠熱電偶)該熱電偶正極成分為含有10%銠的鉑銠合金，負極為純鉑； 其特點包括:

(1)熱電性能穩(wěn)定、耐氧化性強、優(yōu)選在氧化性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度達到1300℃，超過1400℃時，在空氣中即使是純白金線也會再結(jié)晶，晶粒變粗大而斷裂

(2)精度高，它在所有熱電偶中精度等級zui高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)，或測量高溫度

(3)使用范圍廣，均勻性和互換性好；

(4)主要缺點是微分熱電勢小，靈敏度低，價格高，機械強度低，不適合在有還原性氣氛或金屬蒸汽的條件下使用。

2 .鉑銠13-鉑熱電偶(也稱索引號r、單鉑銠熱電偶)該熱電偶的正極含有13%的鉑銠合金，負極為純鉑，與s型相比電位率大約15%，其他性能大致相同，這種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界作為高溫?zé)犭娕紌ui較多，在中國較少

3、鉑銠30-鉑銠6熱電偶(也稱為索引號b、鉑銠熱電偶)。

該熱電偶的正極是含有30%銠的鉑銠合金，負極是含有6%銠的鉑銠合金，在室溫下熱電勢小，因此測定時不需要補償引線，能夠忽略冷溫度變化的影響的長期使用溫度為1600℃，短期為1800℃，熱電勢小，因此靈敏度高

b型熱電偶適合在氧化性或中性氣氛中使用，即使在可以在真空氣氛中短期使用還原氣氛下，其壽命為r或s型的10~20倍，其電極由鉑銠合金構(gòu)成，因此存在鉑銠-鉑熱電偶的負極上的所有缺點，高溫時大的結(jié)晶化傾向少， 且具有較大的機械強度，同時由于對雜質(zhì)的吸收和銠的遷移的影響較小，長期使用后，熱電勢變化不嚴重，缺陷價格高(與鉑銠相比)。

4、鎳鉻合金熱電偶(分度代號k )

這個熱電偶的正極是含有10%鉻的鎳鉻合金，負極是含有3%硅的鎳硅合金(在一些國家，負極是純鎳)。 可測定0~1300℃的介質(zhì)溫度，適用于氧化性及惰性氣體中的連續(xù)使用，短期使用溫度為1200℃，長期使用溫度為1000℃，熱電勢與溫度的關(guān)系基本為線性，廉價，是目前使用量zui較大的熱電偶。

本文熱電偶高頻詞： 電勢  鉑銠 

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