熱電偶的簡介
熱電偶(thermocouple)是一種被廣泛應用的溫度傳感器,也被用來將熱勢差轉換為電勢差。它的價格低廉,易于更換,有標準接口,而且具有很大的溫度量程。主要的局限是精度,小于1攝氏度的系統誤差通常較難達到。
1821年,德國-愛沙尼亞物理學家湯瑪斯·澤貝克(Thomas Seebeck)發現任何導體(金屬)被施加熱梯度時都會產生電壓?,F在這種現象被稱為熱電效應或Seebeck效應。若要測量這個電壓,必須把“熱”端連到另一導體上。增加的導體也會經歷熱梯度,自身也會產生一個電壓,并與原來的電壓抵消。幸運的是,熱電效應中電壓的大小取決于金屬的種類。在電路中使用不同的金屬會產生不同的電壓,這個電壓被稱為熱電勢,因此存在一個很小的電壓差值可以被測量,這個差值隨溫度的升高而增大。對于目前常用的金屬組合,這個差值通常在1到大約70微伏每攝氏度之間。一些常用的固定組合成為工業標準,如選擇熱電偶類型時通??紤]到成本、適用、便利、熔點、化學性質、穩定性和輸出。由于熱電偶產生的電壓很小,很多的應用是利用熱電偶堆。
熱電偶標準
當熱電偶的正負極材料都確定以后,熱電勢的大小只與熱電偶的兩端溫度有關。如果一段溫度恒定(通常稱為參比端),則熱電勢就只與熱端溫度有關。為了方便使用,常用的熱電偶的熱端溫度所對應熱電勢的大小已經被制成標準表,稱為熱電偶的分度表,參比端溫度為均為0°C。
類型
S型 -- 鉑銠10合金/鉑
這是一種貴金屬熱電偶,鉑銠10合金(鉑占90%,銠占10%)為正極,鉑為負極。電極直徑通常為0.5mm,長期使用溫度可達1300°C,短期使用可達1600°C,有很好的復現性和穩定性,在適用溫標中在630.74~1064.43°C范圍內用它做標準儀器。這種熱電偶的熱勢率較小,平均靈敏度為0.009mV/°C左右。價格很貴,非線性大,不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中使用,在真空中可以短期使用。
B型 --鉑銠30合金/鉑銠6合金
長期使用的zui高溫度可達1600°C,短期可達1800°C。性能穩定,測試準確度較高,適宜于氧化性介質和中性介質中使用,不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中使用。熱電勢率比S型的更小。
K型 -- 鎳鉻合金 / 鎳鋁合金
這是zui常用的熱電偶。溫度量程自−200 °C到+1200 °C。磁性。敏感度41 µV/°C。
E型 -- 鎳鉻合金 / 銅鎳合金
高輸出(68 µV/°C),非磁性。
J型 -- 鐵 / 銅鎳合金
有*程(−40至+750 °C)。不可用于760 °C以上。敏感度~52 µV/°C。
T型 -- 銅 / 銅鎳合金
有*程(−250至+350 °C)。敏感度~43 µV/°C。
N型 -- 鎳鉻硅合金 / 鎳硅合金
高穩定性,抗高溫氧化??捎糜诟哂?200 °C。900 °C時,敏感度39 µV/°C,略低于K型。
熱電堆
熱電堆是一個將熱能轉變成電能的電子裝置。通常是將熱電偶進行串聯,有時候是并聯。電熱堆并不能測量溫度,不過可以輸出一個與溫度微差或溫度梯度成比例的電壓。
對同樣的溫度差而言,熱電堆內的電動勢要比單個溫差電偶產生的大得多,用它制成的溫差電偶溫度計測溫靈敏度也高。
熱電堆是紅外線溫度計的關鍵成份,而紅外線溫度計是廣泛的使用于專業醫療上的耳溫測量。他們也廣泛的使用于熱通量感應器(例如:摩歐熱堆或依珀利太陽熱力計)與瓦斯爐的安全控管上。由熱堆所產生的電壓約有數十或數百毫伏特。與增加中的信號級別一樣,這個裝置也許會用在提供空間里的溫度平均上。