热电转换器（热电偶）

热电偶的工作原理

早在 1821 年，塞贝克就发现了一种以他的名字命名的现象，即 e. 出现在由不同导电材料组成的闭合电路中。 ETC。 （所谓的热 EMC）如果这些材料的接触点保持在不同的温度下。

在其最简单的形式中，当电路由两个不同的导体组成时，它被称为热电偶或热电偶。

塞贝克现象的本质在于，导致导线中出现电流的自由电子的能量是不同的，并且随着温度的变化而变化。因此，如果导线上存在温差，则其热端的电子与冷端相比将具有更高的能量和速度，从而导致电子从导线中的热端流向冷端。结果，电荷会在两端累积——冷时为负，热时为正。

由于这些电荷对于不同的导线是不同的，那么当它们中的两个连接在热电偶中时，就会出现差分热电偶。 ETC。 c. 为了分析热电偶中发生的现象，可以方便地假设热电偶在其中产生。 ETC。 c. E 是两个接触电动势 e 的总和，发生在它们接触的地方并且是这些接触温度的函数（图 1，a）。

米。 1. 两线和三线热电电路图，将电气测量设备连接到结点和带热电偶的热电极的图。

在两个不同导体的电路中产生的热电动势等于它们两端的电动势之差。

从这个定义可以得出，在热电偶两端的温度相同时，它的热电势。 ETC。 s 将为零。由此可以得出一个极其重要的结论，这使得使用热电偶作为温度传感器成为可能。

如果热电偶两端的温度相同，则在其电路中引入第三根导线不会改变热电偶的电动势。

第三根电线既可以包含在其中一个连接点中，也可以包含在其中一根电线的部分中（图 1.6，c）。这个结论可以扩展到引入热电偶电路的几根导线，只要它们末端的温度相同即可。

因此，测量装置（也由导线组成）和通向它的连接导线可以包含在热电偶电路中，而不会引起由它产生的热电功率的变化。 e.c，仅当点 1 和 2 或 3 和 4（图 1，d 和 e）的温度相等时。在这种情况下，这些点的温度可能与设备端子的温度不同，但两个端子的温度必须相同。

如果热电偶电路的电阻保持不变，则流过它的电流（以及设备的读数）将仅取决于它产生的热电势。 d. 从，即从工作（热）端和自由（冷）端的温度。

此外，如果热电偶自由端的温度保持恒定，则仪表读数将仅取决于热电偶工作端的温度。这种装置将直接指示热电偶工作接点的温度。

因此，热电高温计由热电偶（热电极）、直流电表和连接线组成。

从以上可以得出以下结论。

1、热电偶工作端的制造方法（焊接、锡焊、绞合等）不影响其产生的热电势。 ETC。如果只有工作端的尺寸使得其所有点的温度相同。

2、因为设备测量的参数不是热电性的。对于热电偶电路电流，工作电路电阻必须保持不变并等于其在校准期间的值。但由于实际上不可能做到这一点，因为热电极和连接线的电阻随温度而变化，因此该方法的主要错误之一出现了：电路的电阻与其电阻在校准过程中不匹配的错误。

为了减少这种误差，用于热测量的设备采用高电阻（粗略测量为 50-100 欧姆，更准确的测量为 200-500 欧姆）和低温电气系数制成，因此电路的总电阻（和，因此，电流和 - e. d. s.) 之间的关系随环境温度的波动而变化到最小。

3. 热电高温计始终在热电偶自由端的明确定义温度下进行校准 - 0°C。通常此温度与操作中的校准温度不同，因此会出现该方法的第二个主要错误：自由热电偶端的温度误差。

由于这个误差可以达到几十度，因此有必要对设备的读数进行适当的修正。如果提升管的温度已知，则可以计算出该修正值。

由于校准时热电偶自由端的温度等于0°C，而在运行中通常在0°C以上（自由端通常在室内，它们通常位于被测温度的烘箱附近), 与实际测量温度相比，高温计给出了低估，后者的指示和值必须增加校正值。

这通常以图形方式完成。这是因为热固性塑料之间通常没有比例关系。ETC。 pp. 和温度。如果它们之间的关系成比例，则校准曲线是一条直线，在这种情况下，热电偶自由端温度的校正将直接等于其温度。

热电偶的设计和类型

以下要求适用于热电极材料：

1）热电性高。 ETC。 v. 并接近其随温度变化的比例性质；

2）耐热性（高温不氧化）；

3) 在测量温度范围内物理特性随时间的稳定性；

4）高导电性；

5）低温电阻系数；

6）物理性能不变的大批量生产的可能性。

国际电工委员会 (IEC) 定义了一些标准类型的热电偶（标准 IEC 584-1）。根据测量的温度范围，元素具有索引 R、S、B、K、J、E、T。

在工业中，热电偶用于测量高达 600 — 1000 — 1500˚C 的高温。工业热电偶由两种难熔金属或合金组成。热端（标有字母«G»）放置在测量温度的地方，冷端（«X»）位于测量设备所在的区域。

目前正在使用以下标准热电偶。

铂铑铂热电偶。这些热电偶可用于测量高达 1300 °C 的长期使用温度和高达 1600 °C 的短期使用温度，前提是它们在氧化气氛中使用。在中等温度下，铂-铑-铂热电偶已被证明非常可靠和稳定，这就是为什么在 630-1064°C 范围内以它为例的原因。

铬铝热电偶。这些热电偶设计用于测量高达 1000°C 的长期使用温度和高达 1300°C 的短期使用温度。它们在氧化气氛中（如果没有腐蚀性气体）在这些限制范围内可靠地工作，因为当在电极表面加热，形成一层薄薄的保护性氧化膜，防止氧气渗入金属。

Chromel-Copel 热电偶……这些热电偶可以长时间测量高达 600°C 的温度，短时间测量高达 800°C 的温度。它们在氧化和还原气氛以及真空中都能成功工作。

Iron Copel 热电偶... 测量限值与 chromel-copel 热电偶相同，工作条件相同。它产生的热量更少。 ETC。 vs. 与 XK 热电偶相比：500°C 时为 30.9 mV，但它对温度的依赖性更接近正比。 LC 热电偶的一个显着缺点是其铁电极的腐蚀。

铜-铜热电偶... 由于氧化气氛中的铜在 350°C 时就已经开始强烈氧化，因此这些热电偶的应用范围为长时间 350°C 和短时间 500°C。在真空中，这些热电偶可在高达 600 °C 的温度下使用。

Thermo-e 依赖曲线。 ETC。最常见的热电偶的温度。 1 — chromel-混蛋； 2 — 铁混蛋； 3 — 铜混蛋； 4 — TGBC -350M； 5 — TGKT-360M； 6 — 铬镍铝； 7-铂-铑-铂； 8 — TMSV-340M； 9 — 公关 -30/6。

由贱金属制成的标准热电偶的热电极电阻为每 1 m 长度（两端）0.13-0.18 欧姆，对于铂-铑-铂热电偶为每 1 m 1.5-1.6 欧姆。允许的热电功率偏差。 ETC。非贵金属热电偶的校准为 ± 1%，铂-铑-铂为 ± 0.3-0.35%。

标准的热电偶是一根直径为21-29mm、长度为500-3000mm的棒。在保护管的顶部放置一个带有碳化硅或电木板的冲压或铸造（通常是铝）头，两对电线用成对连接的螺旋夹压入其中。热电极连接到一个端子，另一个连接到通向测量设备的连接线。有时，连接线封装在柔性保护软管中。如果需要密封安装热电偶的孔，后者配有螺纹接头。对于浴缸，热电偶也制成弯头形状。

热电偶定律

内部温度定律：均匀导体中存在温度梯度不会导致出现电流（不会产生额外的 EMF）。

中间导体定律：让金属 A 和 B 的两个同质导体在温度 T1（热接点）和 T2（冷接点）下形成具有触点的热电回路。金属线 X 包含在线 A 的断裂中，并形成两个新触点。 «如果导线 X 的温度在其整个长度上都相同，则热电偶产生的 EMF 不会改变（额外的结点不会产生 EMF）。»