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热电偶

2018-08-21 10:04:41     所属分类:电子元件

热电偶英语:Thermocouple)是一种被广泛应用的温度传感器,也被用来将热势差转换为电势差。它的价格低廉、易于更换,且有标准接口,具有很大的温度量程。主要的局限是精度,小于1摄氏度的系统误差通常较难达到。

1821年,德国-爱沙尼亚物理学家托马斯·塞贝克英语Thomas Seebeck发现任何导体(金属)被施加热梯度时都会产生电压。现在这种现象被称为热电效应或“Seebeck效应”。若要测量这个电压,必须把“热”端连到另一导体上。增加的导体也会经历热梯度,自身也会产生一个电压,并与原来的电压抵消。

热电效应中电压的大小取决于金属的种类。在电路中使用不同的金属会产生不同的电压,这个电压被称为热电势,因此存在一个很小的电压差值可以被测量,这个差值随温度的升高而增大。对于目前常用的金属组合,这个差值通常在1到大约70微伏每摄氏度之间。一些常用的固定组合成为工业标准,如选择热电偶类型时通常考虑到成本、适用、便利、熔点、化学性质、稳定性和输出。由于热电偶产生的电压很小,很多的应用是利用热电偶堆。

与热电偶连接在一起的多用表显示出摄氏温度。

热电偶标准

当热电偶的正负极材料都确定以后,热电势的大小只与热电偶的两端温度有关。如果一端温度恒定(通常称为参比端),则热电势就只与热端温度有关。为了方便使用,常用的热电偶的热端温度所对应热电势的大小已经被制成标准表,称为热电偶的分度表,参比端温度均为0℃。

类型

S型:铂铑10合金/铂

这是一种贵金属热电偶,铂铑10合金(铂占90%,铑占10%)为正极,铂为负极。电极直径通常为0.5mm,长期使用温度可达1300℃,短期使用可达1600℃,有很好的复现性和稳定性,在国际适用温标中在630.74~1064.43℃范围内用它做标准仪器。这种热电偶的热势率较小,平均灵敏度为0.009mV/℃左右。价格贵,非线性大,不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽的气氛中使用,在真空中可以短暂使用。

B型:铂铑30合金/铂铑6合金

长期使用的最高温度可达1600℃,短期可达1800℃。性能稳定,测试准确度较高,适宜于氧化性介质和中性介质中使用,不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽的气氛中使用。热电势率比S型的更小。

K型:镍铬合金或镍铝合金

这是最常用的热电偶。温度量程自−200℃到+1200℃。磁性。敏感度41 µV/℃。

E型:镍铬合金或铜镍合金

高输出(68 µV/℃),非磁性。

J型:铁或铜镍合金

有限量程(−40至+750℃),不可用于760℃以上,敏感度约为52 µV/℃。

T型:铜或铜镍合金

有限量程(−250至+350℃),敏感度约为43 µV/℃。

N型:镍铬硅合金或镍硅合金

高稳定性,抗高温氧化。可用于高于1200℃。900℃时,敏感度39 µV/℃,略低于K型。

热电堆

热电堆是一个将热能转变成电能的电子装置。通常是将热电偶进行串联,有时候是并联。热电堆并不能测量绝对温度,不过可以输出一个与温度微差或温度梯度成比例的电压。对同样的温度差而言,热电堆内的电动势要比单个温差电偶产生的大得多,用它制成的温差电偶温度计测温灵敏度也高。

热电堆是红外线温度计的关键成分,而红外线温度计是广泛的使用于专业医疗上的耳温测量。他们也广泛的使用于热通量感应器(例如摩欧热堆或依珀利太阳热力计)与瓦斯炉的安全控管上。由热堆所产生的电压约有数十或数百毫伏特,与增加中的信号级别一样,这个装置也许会用在提供空间里的温度平均上。

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