熱電轉換器（熱電偶）

熱電偶的工作原理

早在 1821 年，塞貝克就發現了一種以他的名字命名的現象，即 e. 出現在由不同導電材料組成的閉合電路中。 ETC。 （所謂的熱 EMC）如果這些材料的接觸點保持在不同的溫度下。

在其最簡單的形式中，當電路由兩個不同的導體組成時，它被稱為熱電偶或熱電偶。

塞貝克現象的本質在於，導致導線中出現電流的自由電子的能量是不同的，並且隨著溫度的變化而變化。因此，如果導線上存在溫差，則其熱端的電子與冷端相比將具有更高的能量和速度，從而導致電子從導線中的熱端流向冷端。結果，電荷會在兩端累積——冷時為負，熱時為正。

由於這些電荷對於不同的導​​線是不同的，那麼當它們中的兩個連接在熱電偶中時，就會出現差分熱電偶。 ETC。 c. 為了分析熱電偶中發生的現象，可以方便地假設熱電偶在其中產生。 ETC。 c. E 是兩個接觸電動勢 e 的總和，發生在它們的接觸位置，並且是這些接觸溫度的函數（圖 1，a）。

米。 1. 兩線和三線熱電電路圖，將電氣測量設備連接到結點和帶熱電偶的熱電極的圖。

在兩個不同導體的電路中產生的熱電動勢等於它們兩端的電動勢之差。

從這個定義可以得出，在熱電偶兩端的溫度相同時，它的熱電勢。 ETC。 s 將為零。由此可以得出一個極其重要的結論，這使得使用熱電偶作為溫度傳感器成為可能。

如果熱電偶兩端的溫度相同，則在其電路中引入第三根導線不會改變熱電偶的電動勢。

第三根電線既可以包含在其中一個連接點中，也可以包含在其中一根電線的部分中（圖 1.6，c）。這個結論可以擴展到引入熱電偶電路的幾根導線，只要它們末端的溫度相同即可。

因此，測量裝置（也由導線組成）和通向它的連接導線可以包含在熱電偶電路中，而不會引起由它產生的熱電功率的變化。 e.c，僅當點 1 和 2 或 3 和 4（圖 1，d 和 e）的溫度相等時。在這種情況下，這些點的溫度可能與設備端子的溫度不同，但兩個端子的溫度必須相同。

如果熱電偶電路的電阻保持不變，則流過它的電流（以及設備的讀數）將僅取決於它產生的熱電勢。 d. 從，即從工作（熱）端和自由（冷）端的溫度。

此外，如果熱電偶自由端的溫度保持恆定，則儀表讀數將僅取決於熱電偶工作端的溫度。這種裝置將直接指示熱電偶工作接點的溫度。

因此，熱電高溫計由熱電偶（熱電極）、直流電錶和連接線組成。

從以上可以得出以下結論。

1、熱電偶工作端的製造方法（焊接、錫焊、絞合等）不影響其產生的熱電勢。 ETC。如果只有工作端的尺寸使得其所有點的溫度相同。

2、因為設備測量的參數不是熱電性的。對於熱電偶電路電流，工作電路電阻必須保持不變並等於其在校準期間的值。但由於實際上不可能做到這一點，因為熱電極和連接線的電阻會隨著溫度而變化，因此會出現該方法的主要錯誤之一：電路電阻與其在校準過程中的電阻不匹配的錯誤。

為了減少這種誤差，用於熱測量的設備採用高電阻（50-100 歐姆用於粗略測量，200-500 歐姆用於更精確的測量）和低溫電氣係數，因此電路的總電阻（和，因此，電流和 - e. d. s.) 之間的關係隨環境溫度的波動而變化到最小。

3. 熱電高溫計始終在熱電偶自由端的明確定義溫度下進行校準 - 0°C。通常此溫度與操作中的校準溫度不同，因此會出現該方法的第二個主要錯誤：自由熱電偶端的溫度誤差。

由於這個誤差可以達到幾十度，所以有必要對設備的讀數進行適當的修正。如果提升管的溫度已知，則可以計算出該修​​正值。

由於校準時熱電偶自由端的溫度等於0°C，而在運行中通常在0°C以上（自由端通常在室內，它們通常位於被測溫度的烘箱附近), 與實際測量溫度相比，高溫計給出了低估，後者的指示和值必須增加校正值。

這通常以圖形方式完成。這是因為熱固性塑料之間通常沒有比例關係。ETC。 pp. 和溫度。如果它們之間的關係成正比，則校準曲線是一條直線，在這種情況下，熱電偶自由端溫度的校正將直接等於其溫度。

熱電偶的設計和類型

以下要求適用於熱電極材料：

1）熱電性高。 ETC。 v. 並接近其隨溫度變化的比例性質；

2）耐熱性（高溫不氧化）；

3) 在測量溫度範圍內物理特性隨時間的穩定性；

4）高導電性；

5）低溫電阻係數；

6）物理性能不變的大批量生產的可能性。

國際電工委員會 (IEC) 定義了一些標準類型的熱電偶（標準 IEC 584-1）。根據測量的溫度範圍，元素具有索引 R、S、B、K、J、E、T。

在工業中，熱電偶用於測量高達 600 — 1000 — 1500˚C 的高溫。工業熱電偶由兩種難熔金屬或合金組成。熱端（標有字母«G»）放置在測量溫度的地方，冷端（«X»）位於測量設備所在的區域。

目前正在使用以下標準熱電偶。

鉑銠鉑熱電偶。這些熱電偶可用於測量高達 1300 °C 的長期使用溫度和高達 1600 °C 的短期使用溫度，前提是它們在氧化氣氛中使用。在中等溫度下，鉑-銠-鉑熱電偶已被證明非常可靠和穩定，這就是為什麼在 630-1064°C 範圍內以它為例的原因。

鉻鋁熱電偶。這些熱電偶設計用於測量高達 1000°C 的長期使用溫度和高達 1300°C 的短期使用溫度。它們在氧化氣氛中（如果沒有腐蝕性氣體）在這些限制範圍內可靠地工作，因為當在電極表面加熱，形成一層薄薄的保護性氧化膜，防止氧氣滲入金屬。

Chromel-Copel 熱電偶……這些熱電偶可以長時間測量高達 600°C 的溫度，短時間測量高達 800°C 的溫度。它們在氧化和還原氣氛以及真空中都能成功工作。

Iron Copel 熱電偶... 測量限值與 chromel-copel 熱電偶相同，工作條件相同。它產生的熱量更少。 ETC。 vs. 與 XK 熱電偶相比：500°C 時為 30.9 mV，但它對溫度的依賴性更接近正比。 LC 熱電偶的一個顯著缺點是其鐵電極的腐蝕。

銅-銅熱電偶... 由於氧化氣氛中的銅在 350°C 時就已經開始強烈氧化，因此這些熱電偶的應用範圍為長時間 350°C 和短時間 500°C。在真空中，這些熱電偶可在高達 600 °C 的溫度下使用。

Thermo-e 依賴曲線。 ETC。最常見的熱電偶的溫度。 1 — chromel-混蛋； 2 — 鐵混蛋； 3 — 銅混蛋； 4 — TGBC -350M； 5 — TGKT-360M； 6 — 鉻鎳鋁； 7-鉑-銠-鉑； 8 — TMSV-340M； 9 — 公關 -30/6。

由賤金屬製成的標準熱電偶的熱電極電阻為每 1 m 長度（兩端）0.13-0.18 歐姆，對於鉑-銠-鉑熱電偶為每 1 m 1.5-1.6 歐姆。允許的熱電功率偏差。 ETC。非貴金屬熱電偶的校準為 ± 1%，鉑-銠-鉑為 ± 0.3-0.35%。

標準的熱電偶是一根直徑為21-29mm、長度為500-3000mm的棒。在保護管的頂部放置一個帶有碳化矽或電木板的沖壓或鑄造（通常是鋁）頭，兩對電線用成對連接的螺旋夾壓入其中。熱電極連接到一個端子，另一個連接到通向測量設備的連接線。有時，連接線封裝在柔性保護軟管中。如果需要密封安裝熱電偶的孔，後者配有螺紋接頭。對於浴缸，熱電偶也製成彎頭形狀。

熱電偶定律

內部溫度定律：均勻導體中存在溫度梯度不會導致出現電流（不會產生額外的 EMF）。

中間導體定律：讓金屬 A 和 B 的兩個同質導體在溫度 T1（熱接點）和 T2（冷接點）下形成具有觸點的熱電迴路。金屬線 X 包含在線 A 的斷裂中，並形成兩個新觸點。 «如果導線 X 的溫度在其整個長度上都相同，則熱電偶產生的 EMF 不會改變（額外的結點不會產生 EMF）。»