简述热电偶工作原理和应用特性

热电偶可以理解为一种温度传感器，主要是以EMF或电流形式测量某个特定点的温度。热电偶包括两条不同的金属线，在一个接头处连接在一起，可以在该结处测量温度，金属线的温度变化会激发电压。

由于热电偶中产生的EMF量非常小（毫伏），所以必须使用非常敏感的设备来测量电路中产生的电动势，比较常用的测量器件有电压平衡电位器和普通检流计。

热电偶的工作原理

热电偶的工作原理主要取决于塞贝克、珀尔帖和汤普森三种效应。

• 塞贝克效应；该效应发生在两种不同金属之间。当热量提供给任何一根金属线时，电子流就会从热金属线供应到冷金属线。
• 珀耳帖效应，这个与塞贝克效应相反，通过在它们之间施加电位变化，可以在任何两个不同的导体之间形成温度差。
• 汤普森效应；两种不同的金属固定在一起时，如果形成两个接头，那么电压会由于温度梯度而感应出整个导体的长度。它是一个物理词，显示温度在精确位置的变化率和方向。

热电偶的电路图如下图所示。该电路可以用两种不同的金属构建，并通过产生两个结将它们耦合在一起，这样两种金属通过焊接被连接包围。

在上图中，结点用P&Q 表示，温度用T1和T2 表示。当结的温度彼此不同时，电路中就会产生电磁力。

如果结端的温度变为等效，则在电路中产生等效以及反向电磁力，并且没有电流通过它。同样，结端的温度变得不平衡，然后在该电路中感应出电位变化。电路中感应的电磁力的大小取决于用于制造热电偶的材料种类。

电路中感应电磁力由下式计算：

E = a (∆Ө) + b (∆Ө)2

其中∆Ө是热电偶结端和热电偶参考端之间的温差，a和b是常数。

热电偶的构造

热电偶包括两条不同的金属线，并且在连接端连接在一起。连接点被认为是测量端。结的末端分为不接地、接地和暴露结三种类型。

• 不接地结；在这种类型的接头中，导体与保护罩完全分离。该接头的应用主要包括高压应用工程，好处是减少杂散磁场效应。
• 接地结在；这种类型的金属线以及保护盖连接在一起，主要是用于测量酸性环境中的温度，并提供抗噪性。
• 暴露结；适用于需要快速响应的区域。这种类型的结用于测量气体温度，主要用于制作温度传感器的金属基本上取决于温度的计算范围。

通常情况下，热电偶设计有两种不同的金属线，即铁和康铜，它们通过连接在一个称为热端的接头处制成检测元件。

热电偶的类型

在介绍热电偶类型之前，必须了解的是，热电偶需要保护在保护盒中以与大气温度隔离。这种覆盖层将显着减少对设备的腐蚀影响。因此，有许多类型的热电偶。

K型——这也称为镍铬/镍铝热电偶类型，它是最常用的类型，具有增强的可靠性、精确性和价格低廉的特点，并且可以在扩展的温度范围内工作。

温度范围是：

热电偶级电线 - -454F至2300F（-270°C至1260°C）

延长线（0°C至200°C）

这种K型的精度等级为：标准 +/- 2.2C或+/-0.75%，特殊限制为+/- 1.1C或0.4%

J型——它是铁/康铜的混合物，也是最常用的热电偶类型，具有可靠性高、精度高、价格便宜等特点。该设备只能在较小的温度范围内运行，并且在高温范围内运行时使用寿命较短。

温度范围是：

热电偶级电线 - -346F至1400F（-210°C至760°C）

延长线（0°C至200°C）

这种J型的精度等级为：标准 +/- 2.2C或+/-0.75%，特殊限制为+/- 1.1C或0.4%

T型——它是铜/康铜的混合物，具有更高的稳定性，通常用于温度较低的应用，例如超低温冷冻机和低温装置。

温度范围是：

热电偶级电线 – -454F至700F（-270°C至370°C）

延长线（0°C至200°C）

这种T型的精度等级为：标准+/- 1.0C或+/-0.75%，特殊限制为+/- 0.5C或0.4%

E型——它是镍铬/康铜的混合物，与K型和J型热电偶在≤ 1000F的温度下工作时相比，具有更大的信号能力和更高的精度。

温度范围是：

热电偶级电线 - -454F至1600F（-270°C至870°C）

延长线（0°C至 200°C）

这种T型的精度等级为：标准 +/- 1.7C或+/-0.5%，特殊限制为+/- 1.0C或0.4%

N型——它被认为是Nicrosil或Nisil热电偶，N型的温度和精度等级与K型相似，但这种类型比K型更昂贵。

温度范围是：

热电偶级电线 – -454F至2300F（-270°C至392°C）

延长线（0°C至 200°C）

这种N型的精度等级为：标准 +/- 2.2C或+/-0.75%，特殊限制为+/- 1.1C或0.4%

S型——它被认为是铂/铑或 10%/铂热电偶，非常适用于高温范围应用，例如生物技术和制药组织。由于其更高的精度和稳定性，它甚至用于较小的温度范围应用。

温度范围是：

热电偶级电线– -58F至2700F（-50°C至1480°C）

延长线（0°C至200°C）

这种S型的精度等级为：标准+/- 1.5C或 +/-0.25%，特殊限制为+/- 0.6C或0.1%

R型——它被认为是铂/铑或13%/铂热电偶，非常适用于高温范围应用。这种类型的铑含量高于S型，这使得该设备更昂贵。R型和S型的特性和性能几乎相似。由于其更高的精度和稳定性，它甚至用于较小的温度范围应用。

温度范围是：

热电偶级电线 – -58F至2700F（-50°C至1480°C）

延长线（0°C至200°C）

这种R型的精度等级为：标准+/- 1.5C 或 +/-0.25%，特殊限制为+/- 0.6C或0.1%

B型——被认为是30%的铂铑热电偶或60%的铂铑热电偶。这广泛用于更高温度范围的应用。在上述所有类型中，B型具有最高的温度限制。在升高的温度水平下，B 型热电偶将保持更高的稳定性和准确性

温度范围是：

热电偶级电线-32F至3100F（0°C至1700°C）

延长线（0°C至100°C）

这种B型的精度等级为：标准 +/- 0.5%

在这么多类型当中，S、R和B型被认为是贵金属热电偶。之所以选择这些，因为它们即使在高温范围内也能发挥作用，提供高精度和长寿命。但是，与贱金属类型相比，它们更昂贵。

热电偶好坏测试方法

为了知道热电偶是否工作正常，需要对设备进行测试。在更换设备之前，必须检查它是否真正起作用。要做到这一点，使用万用表检测就可以了。使用万用表测试热电偶的方法主要有三种，具体如下：

电阻测试；将设备放置在燃气器具线上，所需设备是数字万用表和鳄鱼夹。将鳄鱼夹连接到万用表的各个部分。将夹子连接到热电偶的两端，其中一端将折叠到气阀中。现在，打开万用表并记下读数选项。如果万用表显示小数欧姆，则表明热电偶处于良好的工作状态。否则当读数为40欧姆或更大时，则表示状态不佳。

开路测试；这种方法使用的设备是鳄鱼夹、打火机和数字万用表。在这里，不是测量电阻，而是计算电压。现在，用打火机加热热电偶的一端。当万用表显示电压在25-30 mV范围内时，表示工作正常。否则，当电压接近20mV时，则必须更换设备。

闭路测试；这个使用的设备是鳄鱼夹、热电偶适配器和数字万用表。在这里，适配器放置在气阀内，然后将热电偶放置在适配器的一个边缘。现在打开万用表，当读数在12-15 mV范围内时，设备处于正常状态。否则当电压读数低于12mV 时，表明设备有故障。

所以，使用上述测试方法，可以确定热电偶是否正常工作。

热电偶的优点

热电偶的优点包括以下几点：

• 精度高
• 坚固耐用，可用于恶劣和高振动等环境
• 热反应快
• 温度的操作范围很广
• 宽工作温度范围
• 成本低

热电偶的缺点

• 非线性
• 稳定性最低
• 低电压
• 需要参考值
• 低灵敏度
• 热电偶重新校准很难

热电偶的主要应用

热电偶的一些应用包括以下内容：

• 用作办公室、家庭、办公室和企业恒温器中的温度传感器。
• 在工业中用于监测铁、铝和金属中的金属温度。
• 用于食品工业的低温和低温应用。
• 用作执行热电冷却的热泵。
• 用于测试化工厂、石油工厂的温度。
• 用于检测引燃火焰的气体机器。

热电偶的使用寿命

热电偶的使用寿命取决于使用时的应用，因此无法具体预测热电偶的使用寿命。如果设备维护得当，设备将具有较长的使用寿命。然而，在持续使用后，它们可能会因为老化效应而损坏。

正因为如此，热电偶的输出性能会降低，信号效率也会变差。因此，更建议每2-3年对热电偶进行一次升级更换。