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WRNN-331 熱電偶的工作原理 WVD

圖片熱電偶的工作原理基于塞貝克效應(Seebeck Effect),這是一種由兩種不同導體組成的閉合回路在溫度差作用下產生電動勢的物理現象。具體可從以下三個核心層面理解:
一、塞貝克效應:溫差生電的核心
當兩種不同材質的金屬導體(稱為 “熱電極”)A 和 B 的兩端分別連接形成閉合回路時:
若兩個連接點(稱為 “結點”)處于不同溫度(一端為高溫 T,另一端為低溫 T?),回路中就會產生一個與溫差相關的電動勢,稱為 “熱電勢”(或塞貝克電勢)。
溫差越大,熱電勢通常越高(在一定溫度范圍內呈近似線性關系)。
這一效應的本質是:不同金屬中自由電子的密度和運動能力存在差異,溫度差會導致電子在導體間發(fā)生定向遷移,從而形成電勢差。

二、關鍵結點:測量端與參考端

熱電偶回路中兩個結點的功能不同:
測量端(熱端):
與被測物體直接接觸(或處于被測環(huán)境中)的結點,其溫度 T 是需要測量的目標溫度。
參考端(冷端):
另一端結點,通常處于已知溫度 T?的環(huán)境中(如室溫或恒溫裝置)。
熱電勢的大小由測量端與參考端的溫差(T - T?) 決定,而非單一溫度。因此,實際測量中需通過補償電路(如冷端補償)消除參考端溫度波動的影響,才能準確推算出測量端的溫度。
三、回路閉合:導體材質與電動勢的關系
熱電勢的大小僅取決于兩種導體的材質和兩端溫差,與導體的長度、直徑無關(只要材質均勻)。
若回路中插入第三種導體,只要該導體兩端溫度相同,就不會影響總熱電勢(中間導體定律),這為熱電偶與測量儀表的連接提供了便利。
例如:常用的 K 型熱電偶由鎳鉻合金(正極)和鎳硅合金(負極)組成,在 0~1000℃范圍內,溫差每變化 1℃,約產生 41μV 的熱電勢,通過測量這一電勢即可反推出溫度。
總結

簡言之,熱電偶的工作原理是:兩種不同金屬組成閉合回路→兩端存在溫差→因塞貝克效應產生熱電勢→通過測量熱電勢計算溫差→結合參考端溫度得到測量端溫度。這一原理無需外部電源,使熱電偶具備結構簡單、可直接接觸測溫等獨特優(yōu)勢,成為工業(yè)溫度測量的核心元件。


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