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熱電耦簡介

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熱電耦簡介

熱電耦(thermocouple)是一種被廣泛應用的溫度感測器,也被用來將熱勢差轉換為電勢差。它的價格低廉,易於更換,有標準介面,而且具有很大的溫度量程。主要的局限是精度,小於1攝氏度的系統誤差通常較難達到。

1821年,德國-愛沙尼亞物理學家湯瑪斯·澤貝克(Thomas Seebeck)發現任何導體(金屬)被施加熱梯度時都會產生電壓。現在這種現象被稱為熱電效應或Seebeck效應。若要測量這個電壓,必須把「熱」端連到另一導體上。增加的導體也會經歷熱梯度,自身也會產生一個電壓,並與原來的電壓抵消。幸運的是,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,因此存在一個很小的電壓差值可以被測量,這個差值隨溫度的升高而增大。對於目前常用的金屬組合,這個差值通常在1到大約70微伏每攝氏度之間。一些常用的固定組合成為工業標準,如選擇熱電耦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。由於熱電耦產生的電壓很小,很多的應用是利用熱電耦堆。

熱電耦標準當熱電耦的正負極材料都確定以後,熱電勢的大小隻與熱電耦的兩端溫度有關。如果一段溫度恆定(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,常用的熱電耦的熱端溫度所對應熱電勢的大小已經被製成標準表,稱為熱電耦的分度表,參比端溫度為均為0°C。

S-- 鉑銠10合金/

這是一種貴金屬熱電耦,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°C,短期使用可達1600°C,有很好的復現性和穩定性,在國際適用溫標中在630.74~1064.43°C範圍內用它做標準儀器。這種熱電耦的熱勢率較小,平均靈敏度為0.009mV/°C左右。價格很貴,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,在真空中可以短期使用。

B--鉑銠30合金/鉑銠6合金

長期使用的最高溫度可達1600°C,短期可達1800°C。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-- 鎳鉻合金/ 鎳鋁合金

這是最常用的熱電耦。溫度量程自−200 °C到+1200 °C。磁性。敏感度41 µV/°C。

E-- 鎳鉻合金/ 銅鎳合金

高輸出(68 µV/°C),非磁性。

J-- / 銅鎳合金

有限量程(−40至+750 °C)。不可用於760 °C以上。敏感度~52 µV/°C。

T-- / 銅鎳合金,有限量程(−250至+350 °C)。敏感度~43 µV/°C。

N-- 鎳鉻矽合金/ 鎳矽合金

高穩定性,抗高溫氧化。可用於高於1200 °C。900 °C時,敏感度39 µV/°C,略低於K型。