熱電偶的工作原理是什么？在電路中有什么作用？

熱電偶是一種感溫元件，它把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過電氣儀表轉(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均質(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，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。

形成“熱”和“冷”結(jié)的兩個(gè)不同導(dǎo)體的組合會(huì)產(chǎn)生熱電偶。 將兩個(gè)結(jié)保持在不同的溫度下會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(EMF)，也稱為 熱電電壓。EMF在毫伏范圍內(nèi)測(cè)量，是一種稱為 塞貝克效應(yīng)，描述由熱電偶材料產(chǎn)生的電壓以及熱結(jié)和冷結(jié)之間的溫差。

等式1提供了塞貝克效應(yīng)的線性近似。

?V = S × (Th - Tc)

?V：兩種不同金屬之間的電壓差

S：以V/K為單位的塞貝克系數(shù)(通常以μV/°C為單位)

Th - Tc：熱端和冷端之間的溫差

塞貝克系數(shù)特定于用于構(gòu)建熱電偶的兩個(gè)導(dǎo)體。它有一個(gè) 非線性對(duì)溫度的依賴性。使用塞貝克效應(yīng)的線性近似可以產(chǎn)生重要的測(cè)量結(jié)果 錯(cuò)誤?，F(xiàn)代熱電偶測(cè)量技術(shù)應(yīng)考慮到這種非線性。重要的是 了解溫度測(cè)量不能僅根據(jù)熱電偶產(chǎn)生的EMF來確定。相反 必須知道以下三個(gè)參數(shù)：

熱結(jié)和冷結(jié)之間的熱梯度引起的熱電電壓

熱電偶類型

冷端溫度

如果這些變量中的任何一個(gè)未知，則無法確定熱電偶檢測(cè)結(jié)處的溫度。 公式2顯示了在考慮上述參數(shù)的情況下測(cè)量熱電偶熱端溫度的更新計(jì)算：

Th：熱端溫度(以°C為單位)

Tc： 冷端溫度(以°C為單位)

a(Tc)：塞貝克系數(shù)作為T的函數(shù)c單位：μV/°C

熱電偶的種類：熱電偶有K型(鎳鉻-鎳硅)WRN系列，N型(鎳鉻硅-鎳硅鎂)WRM系列，E型(鎳鉻-銅鎳)WRE系列，J型(鐵-銅鎳)WRF系列，T型(銅-銅鎳)WRC系列，S型(鉑銠10-鉑)WRP系列，R型(鉑銠13-鉑)WRQ系列，B型(鉑銠30-鉑銠6)WRR系列等。

熱電偶的正確使用：熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實(shí)溫度等，換句話說，熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門和加熱的地方，插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8～10倍;熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對(duì)流而影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃;熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)，所以不應(yīng)把熱電偶和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差;熱電偶不能安裝在被測(cè)介質(zhì)很少流動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)用熱電偶測(cè)量管內(nèi)氣體溫度時(shí)，必須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。

熱電偶廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電力、石油、化工、冶金、醫(yī)療、食品、環(huán)保等領(lǐng)域。例如，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，熱電偶可以用于高溫熔煉爐、高溫烘干設(shè)備等的溫度測(cè)量;在醫(yī)療領(lǐng)域，熱電偶可以用于體溫測(cè)量;在食品加工過程中，熱電偶可以用于烤箱、烘干設(shè)備等的溫度控制。