火與冰--溫度測(cè)量

關(guān)鍵詞：溫度測(cè)量，熱電偶，熱電效應(yīng)，熱電動(dòng)勢(shì)，熱電偶類型，補(bǔ)償電纜，補(bǔ)償箱 

溫度測(cè)量在工業(yè)中是非常重要的。在化工和環(huán)保領(lǐng)域大多采用溫度傳感器來(lái)控制。由于價(jià)格低而經(jīng)常優(yōu)先選擇熱電偶。 

本文提出的問(wèn)題是：它是怎樣工作的？為什么模擬電壓表顯示為零？補(bǔ)償電纜和冷端補(bǔ)償箱具有哪個(gè)功能？熱電偶可以直接連接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表嗎？能避免哪些錯(cuò)誤？以下來(lái)回答這些問(wèn)題。 

歷史回顧 

世界上勒?夏特利埃第一個(gè)在1887年使用熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量。它采用鉑—鉑銠(Pt—PtRh)合金制成，非常適于精確測(cè)量溫度0到1300℃。 

熱電效應(yīng)：物理解釋 

在每個(gè)金屬中，當(dāng)電子對(duì)于原子核結(jié)合力低時(shí)，電子在金屬內(nèi)可以自由運(yùn)動(dòng)。作為好的導(dǎo)體的金屬平均提供一個(gè)電子來(lái)運(yùn)送電荷。這就意味著運(yùn)送電荷的電子數(shù)目與原子的平均數(shù)相同。對(duì)每種金屬單位大小的原子密度不同，因此自由電子的濃度必然不同。在金屬中對(duì)于熱平衡，也就是說(shuō)每個(gè)地方的溫度是一樣的，負(fù)電荷，電子均勻分布。如果溫度不同，T1>T2,這時(shí)電子從熱的地方向冷的地方擴(kuò)散。這一行為與氣體相似，因此可以用電子氣體來(lái)表達(dá)。氣體熱脹冷縮。(圖1)像氣體一樣，電子均勻填充得到的空間。

如果兩種載荷濃度不同的金屬相連時(shí)，例如銀(高濃度)和銅(低濃度)，電子將從高濃度向低濃度擴(kuò)散，直到均勻分布為止。(圖2)。結(jié)果將產(chǎn)生擴(kuò)散電壓或接觸電壓，因?yàn)橄鄬?duì)于其它金屬，低電子數(shù)的金屬將充電。

電子擴(kuò)散可以用動(dòng)能來(lái)解釋。對(duì)于熱平衡，兩種電子氣體之間沒(méi)有壓差，也不會(huì)產(chǎn)生由接觸電壓場(chǎng)引起的電動(dòng)力。 

原理上可以測(cè)量接觸電壓。然而，一連接電壓表，在不同金屬的接點(diǎn)上，就會(huì)產(chǎn)生額外的接觸電壓。這些可以用熱電偶來(lái)補(bǔ)償接觸電壓。稍后可以用電路版本1來(lái)證明。 

這一規(guī)則包含：只要所有部件的溫度相同，由熱產(chǎn)生的閉合電路電壓的代數(shù)和為零。溫度不同，才會(huì)引起由熱產(chǎn)生的電壓。 

熱電偶溫度范圍： 

熱電偶允許測(cè)量實(shí)際相關(guān)的溫度，范圍從-270℃(金鐵-鎳鉻)到 2800℃(鎢錸3-鎢錸25)由非金屬材料制成的熱電偶允許測(cè)量更高的溫度。