熱電偶溫度傳感器的工作原理及常見問題

　　熱電偶測(cè)溫的基本原理是由兩種不同成分的材料導(dǎo)體組成一個(gè)閉合電路。當(dāng)兩端有溫度梯度時(shí)，電路中會(huì)有電流通過。此時(shí)，兩端發(fā)展之間是否存在電勢(shì)-熱電勢(shì)，這就是我們所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同組分的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，高溫端為工作端，低溫端為自由端，自由端通常處于恒溫狀態(tài)。根據(jù)熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系，制作一個(gè)熱電偶進(jìn)行分度表;分度表是自由端溫度為0℃不同的熱電現(xiàn)象偶有出現(xiàn)不同的分度表。

　　當(dāng)?shù)谌N金屬材料接入熱電偶電路時(shí)，只要兩個(gè)結(jié)處于相同的溫度，由熱電偶產(chǎn)生的熱電電勢(shì)保持相同，即不受插入電路中的第三金屬的影響。因此，當(dāng)熱電偶進(jìn)行測(cè)量工作溫度時(shí)，可以通過接入技術(shù)測(cè)量?jī)x器，測(cè)量熱電勢(shì)后，可以自己知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。

　　熱電偶溫度傳感器的工作原理

　　該設(shè)備的結(jié)構(gòu)如下所示。它包括兩條不同的金屬線，并在連接端連接在一起。交界處被認(rèn)為是測(cè)量的終點(diǎn)。結(jié)的末端分為三種類型，即不接地，接地和裸露的結(jié)。

　　1.不接地的結(jié)，在這種類型的連接中，導(dǎo)體與保護(hù)蓋完全分開。該路口的應(yīng)用主要包括高壓應(yīng)用工程。使用此功能的主要好處是可以減少雜散磁場(chǎng)的影響。

　　2.接地結(jié)，在這種類型的連接中，金屬線以及保護(hù)蓋都連接在一起。此功能用于測(cè)量酸性環(huán)境中的溫度，并提供抗噪聲的功能。

　　3.裸結(jié)，裸露的結(jié)適用于需要快速響應(yīng)的區(qū)域。這種類型的結(jié)用于測(cè)量氣體溫度。用于制造溫度傳感器的金屬基本上取決于溫度的計(jì)算范圍。

　　通常，熱電偶設(shè)計(jì)有兩條不同的金屬線，即鐵和康銅，通過在稱為熱結(jié)的一個(gè)結(jié)處進(jìn)行連接來構(gòu)成檢測(cè)元件。它由兩個(gè)結(jié)點(diǎn)組成，一個(gè)結(jié)點(diǎn)通過電壓表或變送器連接，其中冷結(jié)點(diǎn)和第二結(jié)點(diǎn)在一個(gè)稱為熱結(jié)點(diǎn)的過程中相關(guān)聯(lián)。

　　熱電偶溫度傳感器屬于接觸式溫度傳感器，也是一種熱電型溫度傳感器。將物理量溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)信號(hào)，此信號(hào)比較微弱屬于毫伏級(jí)電勢(shì)信號(hào)。最后要配溫控儀表或變送器才能實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量及溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換。其原理很簡(jiǎn)單，基本原理是熱電效應(yīng)。把兩種不同材料的導(dǎo)體首尾相連，只要兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度不同，在此回路中即可產(chǎn)生熱電勢(shì)，則形成熱電流，這就是熱電效應(yīng)。

　　溫度是對(duì)物體樣本中粒子平均動(dòng)能的測(cè)量方式，其標(biāo)準(zhǔn)單位是“度”。溫度可以通過不同方法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的成本和精確度也因此各不相同。熱電偶就是其中一種常見的測(cè)量溫度的傳感器，因?yàn)闊犭娕枷鄬?duì)而言價(jià)格便宜而且精確度高，并且其測(cè)量范圍相對(duì)較寬。

　　熱電偶傳感器是工業(yè)中使用最為普遍的接觸式測(cè)溫裝置。這是因?yàn)闊犭娕季哂行阅芊€(wěn)定、測(cè)溫范圍大、信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。熱電偶能夠?qū)崮苤苯愚D(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且輸出直流電壓信號(hào)，使得顯示、記錄和傳輸都很容易。

　　熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào), 通過電氣儀表(二次儀表)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材質(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)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)。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。

　　熱電偶傳感器的構(gòu)造

　　一個(gè)成型的熱電偶只焊接一個(gè)節(jié)點(diǎn)，即它的工作端或測(cè)量端，也稱為熱端。未焊接的一端稱為自由端或參考端，也稱為冷端。因此。只要熱端和冷端之間的溫差越大，輸出的熱電勢(shì)就越大，數(shù)字萬用表串聯(lián)在電路中，就能清楚地看到電勢(shì)在變化。

　　當(dāng)上述導(dǎo)體接觸時(shí)，導(dǎo)體中的電子會(huì)被電子擴(kuò)散。由于導(dǎo)體中的自由電子密度不同，導(dǎo)體中的自由電子密度導(dǎo)體會(huì)擴(kuò)散到電子密度較低的導(dǎo)體中。因此，導(dǎo)體中自由電子密度高的導(dǎo)體失去電子，具有正電位，擴(kuò)散的自由電子導(dǎo)體具有負(fù)電位。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，電路中會(huì)形成電位差，即接觸電勢(shì)?？梢姡ぷ鞫藴囟仍礁撸瑢?dǎo)體中自由電子的擴(kuò)散越劇烈。當(dāng)達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，電路中的電位差越高。一般來說，熱電偶的總電位不僅與導(dǎo)體中的自由電子密度有關(guān)，還與兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)。導(dǎo)體中的自由電子密度取決于導(dǎo)體材料的特性。