塞貝克效應引發(fā)的熱電的廣泛應用
來源:北京中儀華世技術(shù)有限公司
2011年03月11日 13:40
塞貝克效應發(fā)現(xiàn)之后,人們就為它找到了應用場所。利用塞貝克效應,可制成溫差電偶(thermocouple,即熱電偶)來測量溫度。只要選用適當?shù)慕饘僮鳠犭娕疾牧?,就可輕易測量到從-180℃到+2000℃的溫度,如此寬泛的測量范圍,令酒精或水銀溫度計*?,F(xiàn)在,通過采用鉑和鉑合金制作的熱電偶溫度計,甚至可以測量高達+2800℃的溫度!
熱電偶的兩種不同金屬線焊接在一起后形成兩個結(jié)點,如圖(a)所示,環(huán)路電壓VOUT為熱結(jié)點結(jié)電壓與冷結(jié)點(參考結(jié)點)結(jié)電壓之差。因為VH和VC是由兩個結(jié)的溫度差產(chǎn)生的,也就是說VOUT是溫差的函數(shù)。比例因數(shù)α對應于電壓差與溫差之比,稱為Seebeck系數(shù)。
熱電偶測溫原理
圖(b)所示是一種zui常見的熱電偶應用。該配置中引入了第三種金屬(中間金屬)和兩個額外的結(jié)點。本例中,每個開路結(jié)點與銅線電氣連接,這些連線為系統(tǒng)增加了兩個額外結(jié)點,只要這兩個結(jié)點溫度相同,中間金屬(銅)不會影響輸出電壓。這種配置允許熱電偶在沒有獨立參考結(jié)點的條件下使用。VOUT仍然是熱結(jié)點與冷結(jié)點溫差的函數(shù),與Seebeck系數(shù)有關(guān)。然而,由于熱電偶測量的是溫度差,為了確定熱結(jié)點的實際溫度,冷結(jié)點溫度必須是已知的。冷結(jié)點溫度為0℃(冰點)時是一種zui簡單的情況,如果TC=0℃,則VOUT=VH。這種情況下,熱結(jié)點測量電壓是結(jié)點溫度的直接轉(zhuǎn)換值。不過,在實際應用中這是難以實現(xiàn)的。為此,美國國家標準局(NBS)提供了各種類型熱電偶的電壓特征數(shù)據(jù)與溫度對應關(guān)系的查找表,所有數(shù)據(jù)均基于0℃冷結(jié)點溫度。利用冰點作為參考點,通過查找適當表格中的VH可以確定熱結(jié)點溫度。