您好,上海自动化仪表三厂网站欢迎您!

官方微信|加入收藏|联系我们|

公司微信

上海自动化仪表三厂

全国咨询服务热线:

021-5672511502156413113

新闻资讯

联系我们

为您重点解说关于热电偶的理论以及它们如何真正起的作用

来源:发表时间:2019-06-24


前言
      Thomas Johann Seebeck于1821年偶然发现了热电偶。他通过实验确定,当导体末端处于不同温度时,导体两端之间存在电压。他的工作表明,这个电压与温差成正比。他的发现很快成为热电偶的基础,热电偶如今已成为最受欢迎且最具成本效益的温度传感器之一。 本文为您重点解说关于热电偶的理论以及它们如何真正起的作用


      图1说明了Seebecks的发现。导体末端之间的开路电压与温度差(T1-T2)成正比,如公式1所示。


其中Sa是塞贝克系数,定义为材料的热电功率。
      材料分子结构中电子行为的现代理论提供了塞贝克现象的分析解释。细节数学非常复杂,涉及电子量子理论; 但是,基本概念很简单。
      电导体的分子结构使得材料内的电子松散地耦合到它们的主晶格位置(核),并且当通电时可以在整个材料中移动。
      当导电材料的一端被加热到大于相对端的温度时,热端的电子比冷却器端的电子更加热激励。这些更高能的电子开始向冷却器端扩散。当然,保持电荷中立性; 然而,这种电子的重新分布在冷端产生负电荷,在热端产生相等的正电荷(没有电子)。因此,由于热激发电子在整个材料中的重新分布,加热导体的一端产生静电电压。这是塞贝克效应和热电偶的基本原理。
      等式1提供了该现象的解析表达式,其中术语Sa体现了固体内的所有复杂量子电子行为并且完全取决于材料分子结构。正如人们所预料的那样,热电功率(Sa)取决于材料内部分子结构及其温度是非线性的。
      Seebecks的实验工作表明,如果电压表电路布线和被测导体都是相同的材料,那么净回路电压为零,因为[Sa *(T1-T2)+ Sa *(T2-T1)= 0]。只有在两个不同导体的开口端进行测量时才出现净回路电压,两个不同导体连接在一起,连接端的温度与开口端不同。这种情况的拓扑结构如图2所示,它表征了用于测量温差的典型热电偶连接。
      分析图2所示的拓扑结构说明了热电偶行为的基本原理 定义如图2所示的情况;


      Tx是未知温度。
      Tc是电压表连接器的温度(假设两根电线都相同)。
      Tv是所有电压表电路元件的内部温度。
      Sa是热电偶线材料的塞贝克系数a。
      Sb是热电偶线材b的塞贝克系数。
      Sc是电压测量电路中使用的布线的塞贝克系数。
电压电路使用高阻抗电路测量热电偶开路电压(VTC),以最大限度地减少回路电流。
      回想一下Kirchhoffs电压定律,它表明闭环周围的电压之和为零。在电路回路周围应用公式1给出;


定义:(Sa-Sb)= Sab和(Sb-Sa)= -Sab
      这些术语由工业标准定义为Sab Seebeck系数,表示由材料a和b制成的ab型热电偶。
重要观察
用于开发公式3的分析提供了以下热电偶行为的重要特征;
      两种不同材料之间的热电偶作用(塞贝克效应)是一种材料现象,它仅取决于材料的内部分子结构,并不依赖于材料之间的连接类型。结只需要是良好的电接触。
      热电偶测量接头端和开口端之间的温差; 它们不测量交叉点的个体温度。
      与电压测量电路连接的两根热电偶线在温度(Tc)下的连接器和温度(Tv)下的电压表电路线之间建立不需要的热电偶连接。如果这两个寄生结连接都处于温度Tc,并且如果电压表电路中的所有元件都处于温度(Tv),那么这些寄生结的影响就会消失。这种情况成为使用热电偶的必要条件。
      必须使用高阻抗电路测量热电偶电压,以使回路电流保持接近零。热电偶中的电流可能通过干扰电子的热分布而产生误差。
      公式3是使用热电偶测量温度的基本工作公式。给定Sab和温度Tc,可以确定未知温度Tx。


      图3所示的热电偶电路代表了建立热电偶标准表的基础。添加一个新的接头并保持在Tice(0°C / 32°F)的冰浴中。标准社区和热电偶制造商使用此拓扑结构来开发热电偶电压与温度的表格。
      用等式1分析图3中的拓扑,并用上面建立等式2和3的技术给出; 
      这种热电偶温度测量技术是在大约1828年开发的。从那时起,热电偶材料,表格和分析模型已经有超过172年的时间才能成熟,成为一种非常具有成本效益的温度测量方案。
      现代信号调理模块使用半导体电子设备,通过电子模拟参考连接冰点温度消除笨拙的冰浴。该过程称为冷结补偿,CJC。此外,这些现代信号调理模块将塞贝克系数的非线性行为线性化,并提供以伏特或安培/度为单位的线性缩放输出。
山东十一运夺金      对于这些CJC和线性化技术,额外的热电偶应用细节和热电偶接口产品,鼓励读者阅读上海自动化仪表三厂网站。此外,鼓励读者阅读实用热电偶温度测量,以进一步实际讨论热电偶,

[!--temp.pl--]
幸运飞艇APP 上海天天彩选4 深圳风彩 上海天天彩选4 幸运飞艇APP 上海天天彩选4 上海天天彩选4 内蒙古快3 幸运飞艇APP 山东十一运夺金