热电偶工作原理类型、优点、应用

热电偶原则:

热电偶是一种将热能转化为电能的装置。热电偶是非常简单和耐用的温度传感器。热电偶使用不同金属的结来产生与温度成比例的电压。热电偶是基于塞贝克效应。1821年，物理学家T.J.塞贝克(T.J. Seebeck)发现，“当两根不同金属的导体连接在一起形成一个回路，并且在接点处存在两个不相等的温度时，那么在a点和B点之间就会存在电势，电势主要是接点温度的函数”。它被称为热电效应或塞贝克效应。

图1.44显示了塞贝克效应，在不同温度T1和T2下，用两种不同的金属A和B闭合环路连接结。人们发现，产生的电动势在温度上几乎是线性的，对于恒定的材料，电动势的重复频率很高。由热电偶回路产生的电动势近似由

产生的电流大小取决于测量结和参考结之间的温差。其特点是两种金属和附着电路。

热电偶类型:

热电偶具有不同的材料对，允许非常广泛的应用。不同的成分被标准化成热电偶类型。不同的类型被赋予字母名称，在整个行业都是标准化的。

表1.4显示不同热电偶结类型和正常温度范围。它们通常根据需要的温度范围和灵敏度来选择。低灵敏度的热电偶(B、R和S型)的分辨率也相应较低。其他选择标准包括热电偶材料的惰性和它是否磁性。

热电偶结构:

图1.47显示了典型热电偶的内部结构。热电偶的引线被包裹在坚硬的金属外壳中。测量结通常形成在热电偶外壳的底部。氧化镁包裹热电偶线，以防止振动损坏细线，并加强测量接点和热电偶周围介质之间的传热。

图1.48给出了简单的热电偶电路。加热热电偶的测量结产生的电压大于通过参考结的电压。两个电压之间的差与温差成正比，可以在电压表上测量(单位为毫伏)。为了便于操作人员使用，有些电压表设置成通过电子线路直接读出温度

一系列热电偶串联在一起，产生一种更高的电压，称为热电堆。在热堆中，所有热节点暴露在高温下，所有冷节点暴露在低温下。单个热电偶的电压加起来可以产生更大的电压和增加的功率输出。因此，它增加了仪器的灵敏度。读数可以接近0.5%的精度。

热电偶的应用

• 热电偶的两种常见应用是测量室温和监测燃气加热设备(如烤箱和热水器)中指示灯的存在。下面列出了其他应用程序。
• S型、R型和K型热电偶广泛应用于钢铁工业，在整个炼钢过程中监测温度和化学成分。
• 热堆是用来测量入射辐射强度的，通常是可见光或红外光，当冷连接在散热器上时加热热连接。
• 热电偶一般用于机电样机的试验。例如:在开关柜热运行测试期间监控开关柜。
• 化工生产和炼油厂使用热电偶的数量来测井和极限测试与工艺相关的许多温度。

热电偶的优点

• 它在结构上很简单
• 它是便宜的
• 它的构造很粗糙
• 对于特定的应用，它有多种选择
• 温度范围宽
• 它具有承受机械和电子应力的能力。

热电偶的缺点;

• 在其操作范围内，它是高度非线性的行为
• 它能够产生低电压
• 稳定性低
• 需要参考源
• 它是最不敏感的。