熱電偶
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熱電效應 |
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熱電偶(英語:thermocouple)又稱溫差電偶,是一種被廣泛應用的溫度傳感器,也被用來將熱勢差[1]轉換為電勢差,作為「電溫計」[2][3](electrical thermometer)[4][5]。熱電偶價格低廉、易於更換,測量時不需要外加電源,有標準接口,且具有很大的溫度量程。主要的局限是精度,系統誤差通常大於0.1攝氏度。
1821年,德國-愛沙尼亞物理學家托馬斯·塞貝克發現,將兩種不同金屬各自的二端分別連接構成的迴路,如果兩種金屬的兩個結點處溫度不同,就會在這樣的線路內發生電流。現在這種現象被稱為熱電效應或「Seebeck效應」。
熱電效應中電壓的大小取決於金屬的種類。在電路中使用不同的金屬會產生不同的電壓,這個電壓被稱為熱電勢,這個差值隨溫度的升高而增大而且可以被測量。對於目前常用的金屬組合,這個差值通常大約在1到70微伏每攝氏度之間。一些常用的固定組合成為工業標準,選擇熱電偶類型時通常考慮到成本、適用、便利、熔點、化學性質、穩定性和輸出。由於熱電偶產生的電壓很小,很多的應用是利用熱電偶堆。
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熱電偶標準
[編輯]當熱電偶的正負極材料都確定以後,熱電勢的大小只與熱電偶的兩端溫度有關。如果一端溫度恆定(通常稱為參比端),則熱電勢就只與熱端溫度有關。為了方便使用,常用的熱電偶的熱端溫度所對應熱電勢的大小已經被製成標準表,稱為熱電偶的分度表,參比端溫度均為0℃。
類型
[編輯]- S型:鉑銠10合金/鉑
這是一種貴金屬熱電偶,鉑銠10合金(鉑佔90%,銠佔10%)為正極,鉑為負極。電極直徑通常為0.5mm,長期使用溫度可達1300℃,短期使用可達1600℃,有很好的復現性和穩定性,在國際適用溫標中在630.74~1064.43℃範圍內用它做標準儀器。這種熱電偶的熱勢率較小,平均靈敏度為0.009mV/℃左右。價格貴,非線性大,不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中使用,在真空中可以短暫使用。
- B型:鉑銠30合金/鉑銠6合金
長期使用的最高溫度可達1600℃,短期可達1800℃。性能穩定,測試準確度較高,適宜於氧化性介質和中性介質中使用,不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中使用。熱電勢率比S型的更小。
- K型:鎳鉻合金或鎳鋁合金
這是最常用的熱電偶。溫度量程自−200℃到+1200℃。磁性。敏感度41 µV/℃。
- E型:鎳鉻合金或銅鎳合金
高輸出(68 µV/℃),非磁性。
- J型:鐵或銅鎳合金
有限量程(−40至+750℃),不可用於760℃以上,敏感度約為52 µV/℃。
- T型:銅或銅鎳合金
有限量程(−250至+350℃),敏感度約為43 µV/℃。
- N型:鎳鉻矽合金或鎳矽合金
高穩定性,抗高溫氧化。可用於高於1200℃。900℃時,敏感度39 µV/℃,略低於K型。
熱電堆
[編輯]熱電堆是一個將熱能轉變成電能的電子裝置。通常是將熱電偶進行串聯,有時是並聯。熱電堆並不能測量絕對溫度,不過可以輸出一個與溫差成比例的電壓。對同樣的溫度差而言,熱電堆內的電動勢要比單個溫差電偶產生的大得多,用它製成的溫差電偶溫度計測溫靈敏度也高。
熱電堆是紅外線溫度計的關鍵成份,而紅外線溫度計是廣泛的使用於專業醫療上的耳溫測量。他們也廣泛的使用於熱通量感應器(例如摩歐熱堆或依珀利太陽熱力計)與瓦斯爐的安全控管上。由熱堆所產生的電壓約有數十或數百毫伏特,與增加中的信號級別一樣,這個裝置也許會用在提供空間裏的溫度平均上。
參考
[編輯]- ^ 存档副本. [2022-10-07]. (原始內容存檔於2022-10-07).
- ^ 辭海編輯委員會 (編). 辞海: 理科分册(辞海第 16 卷,第 1 期). 上海辭書出版社. 1980: 126.
- ^ 曾少潛. 科技名人词典, 第 1 卷. 中國青年出版社. 1988: 137. ISBN 9787500600879.
- ^ 存档副本. [2022-10-07]. (原始內容存檔於2022-10-08).
- ^ James Stewart Campbell, M. Nathaniel Mead. Human Medical Thermography. CRC Press. 2022. ISBN 9781000623550.
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