深入探討熱電偶的測(cè)溫原理

熱電偶溫度計(jì)，由熱電偶、電測(cè)儀表及連接導(dǎo)線三部分構(gòu)成，廣泛應(yīng)用于-200至1300℃的溫度測(cè)量范圍。在特殊情境下，其測(cè)量范圍可進(jìn)一步擴(kuò)展至2800℃的高溫和4K的低溫。熱電偶的獨(dú)特之處在于能夠?qū)囟刃盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸和多點(diǎn)切換測(cè)量。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作便捷高以及熱慣性小等優(yōu)勢(shì)，使得它在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

接下來(lái)，上海上自?xún)x公司將深入探討熱電偶的測(cè)溫原理。

當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A與B組成閉合回路，且兩個(gè)接點(diǎn)處于不同的溫度t0和t時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為熱電效應(yīng)。這一電動(dòng)勢(shì)，即熱電勢(shì)，是溫度t的函數(shù)。在恒定接點(diǎn)溫度t0的條件下，熱電勢(shì)與溫度t呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)的大小，我們可以得到被測(cè)溫度t的值。

此外，熱電勢(shì)由溫差電勢(shì)與接觸電勢(shì)共同組成。溫差電勢(shì)源于一根導(dǎo)體兩端因溫度差異而產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)。在導(dǎo)體中，高溫端的電子運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)低溫端，導(dǎo)致高溫端失去電子帶正電，而低溫端獲得電子帶負(fù)電。這種高、低溫端之間的靜電場(chǎng)會(huì)阻止電子的進(jìn)一步流動(dòng)，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，導(dǎo)體兩端便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電位差，即溫差電勢(shì)。其方向始終指向低溫端。而接觸電勢(shì)則發(fā)生在兩種不同導(dǎo)體相接觸時(shí)，由于電子的交換而產(chǎn)生的電勢(shì)差。

，其中k代表波爾茲曼常數(shù)，e表示電子電量，而n為導(dǎo)體內(nèi)的電子密度，它隨溫度變化。當(dāng)導(dǎo)體兩端存在溫差時(shí)，即t不等于to，便會(huì)發(fā)生電子的遷移，進(jìn)而產(chǎn)生溫差電勢(shì)。這一電勢(shì)的大小取決于導(dǎo)體的特性以及導(dǎo)體兩端的溫度差異，而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面尺寸以及沿導(dǎo)體長(zhǎng)度方向的溫度分布無(wú)直接關(guān)聯(lián)。

接觸電勢(shì)是在兩種不同材料A和B的接觸點(diǎn)處產(chǎn)生的。由于A、B兩種材料具有不同的電子密度，假設(shè)導(dǎo)體A的電子密度nA高于導(dǎo)體B的電子密度nB，這將導(dǎo)致從A向B擴(kuò)散的電子數(shù)量多于從B向A擴(kuò)散的電子。因此，在A材料中，電子的流失使其帶上了正電荷，而在B材料中，電子的獲得使其帶上了負(fù)電荷。這樣一來(lái)，在A、B的接觸面上就形成了一個(gè)從A指向B的靜電場(chǎng)。這個(gè)靜電場(chǎng)會(huì)阻礙電子的進(jìn)一步擴(kuò)散，并引發(fā)電子的漂移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這兩種運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，A、B接觸面上就穩(wěn)定地形成了電位差，即我們所說(shuō)的接觸電勢(shì)。其方向始終是從電子密度較小的導(dǎo)體指向電子密度較大的導(dǎo)體；而其大小則受到多種因素的影響。

式中，k代表波爾茲曼常數(shù)，e表示電子電量。接觸電勢(shì)會(huì)隨著溫度的升高，同時(shí)，兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電勢(shì)也會(huì)相應(yīng)大。因此，我們可以得出結(jié)論：接觸電勢(shì)的大小既與導(dǎo)體的性質(zhì)緊密相關(guān)，也受到接觸點(diǎn)溫度的影響，而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面尺寸以及沿導(dǎo)體長(zhǎng)度方向的溫度分布無(wú)關(guān)。

此外，上海上自?xún)x公司熱電偶回路的總電勢(shì)為：即熱電勢(shì)隨著高溫端和低溫端溫度的變化而變化。在低溫端溫度保持恒定的情況下，熱電勢(shì)僅隨高溫端溫度的變化而變化，呈現(xiàn)單值函數(shù)關(guān)系。通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)的大小，我們可以準(zhǔn)確地得到高溫端的溫度數(shù)值。