熱(rè)電偶溫度計的(de)工作原理(lǐ)

熱(rè)電偶溫度計是工業生産自動化(huà)領域應用(yòng)最廣泛的(de)一種測溫儀表，某些高(gāo)精度的(de)熱(rè)電偶被用(yòng)作複現熱(rè)力學溫标的(de)基準儀器。熱(rè)電偶溫度計由熱(rè)電偶、顯示儀表及連接二者的(de)中間環節組成。熱(rè)電偶是整個(gè)熱(rè)電偶溫度計的(de)核心元件，能将溫度信号直接轉化(huà)成直流電勢信号，便于溫度信号的(de)傳遞、處理(lǐ)、自動記錄和(hé)集中控制。熱(rè)電偶溫度計具有結構簡單、使用(yòng)方便、動态響應快(kuài)、測溫範圍廣、測量精度高(gāo)等特點，這(zhè)些優點都是膨脹式溫度計所無法比拟的(de)。一般情況熱(rè)電偶溫度計被用(yòng)來(lái)測量-200~1600℃的(de)溫度範圍，某些特殊熱(rè)電偶溫度計可(kě)以測量高(gāo)達2800℃的(de)高(gāo)溫或低至4K的(de)低溫。

1、  熱(rè)電偶的(de)工作原理(lǐ)

熱(rè)電偶是熱(rè)電偶溫度計的(de)檢測元件即傳感器。熱(rè)電偶測溫是工作在熱(rè)電效應的(de)基礎之上的(de)。             将兩種不同材質的(de)導體或半導體構成的(de)閉合回路，該閉合回路稱爲熱(rè)電偶。構成熱(rè)電偶的(de)兩種不同材料稱爲熱(rè)電極。熱(rè)電極有兩個(gè)連接點：其中一個(gè)連接點在工作時(shí)插入被測溫度場(chǎng)，感受被測溫度信号，稱該點爲測量端、工作端或熱(rè)端；另一個(gè)連接點在工作時(shí)一般處于周圍環境中，稱爲參比端、自由端、固定端或冷(lěng)端。由熱(rè)電效應原理(lǐ)可(kě)知，對(duì)于A、B兩種材質組成的(de)熱(rè)電偶，兩端溫度分(fēn)别爲t、t0 時(shí)産生的(de)熱(rè)電勢大(dà)小EAB（t，t0）可(kě)用(yòng)下(xià)式表示，即

                       EAB（t，t0）= eAB (t)-eAB (t0)     

式中EAB（t，t0）——A、B兩種材質組成的(de)熱(rè)電偶，兩端溫度分(fēn)别爲t、t0時(shí)産生的(de)熱(rè)電勢；

          eAB (t) ——熱(rè)電偶測量端的(de)熱(rè)電勢；

         eAB (t0) ——熱(rè)電偶參比端的(de)熱(rè)電勢；

            t，t0——測量端、參比端溫度。

當熱(rè)電偶材料已知且均勻時(shí)，固定參比端溫度t0 ，熱(rè)電勢EAB（t，t0）将隻與測量端溫度t有關，這(zhè)就建立了(le)熱(rè)電勢與被測溫度間一一對(duì)應的(de)函數關系。因此通(tōng)過測量熱(rè)電勢就可(kě)以知道被測溫度的(de)大(dà)小，這(zhè)就是熱(rè)電偶測溫的(de)依據。

熱(rè)電偶的(de)熱(rè)電勢與溫度間的(de)數學關系稱爲熱(rè)電偶的(de)熱(rè)電特性。熱(rè)電偶的(de)熱(rè)電特性由熱(rè)電極材料的(de)化(huà)學成分(fēn)和(hé)物(wù)理(lǐ)性能決定，到目前爲止，熱(rè)電偶的(de)熱(rè)電特性都是通(tōng)過實驗測得(de)的(de)，不能由理(lǐ)論計算(suàn)得(de)到。熱(rè)電勢的(de)大(dà)小隻與組成熱(rè)電偶的(de)材料和(hé)熱(rè)電偶兩端溫度有關，與熱(rè)電偶的(de)形狀、尺寸、長(cháng)短及粗細無關。

關于熱(rè)電勢的(de)幾點說明(míng)如下(xià)：

①     熱(rè)電偶的(de)熱(rè)電勢與溫度直接是非線性的(de)關系，目前采用(yòng)熱(rè)電特性曲線和(hé)分(fēn)度表（各種熱(rè)電偶的(de)熱(rè)電勢與溫度的(de)對(duì)照(zhào)表）兩種形式描述二者的(de)關系。

②     熱(rè)電極有正、負之分(fēn)，熱(rè)電勢也(yě)有正負極性之分(fēn)。

            EAB（t，t0）=- EAB（t，t0）=- EAB（t0 ，t）

③     使用(yòng)熱(rè)電偶測溫時(shí)隻有保證t0保持不變，熱(rè)電勢EAB（t，t0）與被測溫度t才是一一對(duì)應的(de)關系，如果t0發生變化(huà)，及時(shí)t保持不變，EAB（t，t0）也(yě)會發生變化(huà)，給測量帶來(lái)附加誤差。

④     如果組成熱(rè)電偶的(de)兩種熱(rè)電極材料相同，無論兩個(gè)接觸點的(de)溫度如何，熱(rè)電勢保持爲零。

⑤     如果兩個(gè)接觸點的(de)溫度相同，即使組成熱(rè)電偶的(de)兩種熱(rè)電極材料不同，熱(rè)電勢也(yě)會爲零。