熱電偶
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| 熱電效應 |
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熱電偶（英語：thermocouple）又稱溫差電偶，是一種被廣泛應用的溫度傳感器，也被用來將熱勢差[1]轉換為電勢差，作為「電溫計」[2][3]（electrical thermometer）[4][5]。熱電偶價格低廉、易於更換，測量時不需要外加電源，有標準接口，且具有很大的溫度量程。主要的局限是精度，系統誤差通常大於0.1攝氏度。
1821年，德國-愛沙尼亞物理學家托馬斯·塞貝克發現，將兩種不同金屬各自的二端分別連接構成的迴路，如果兩種金屬的兩個結點處溫度不同，就會在這樣的線路內發生電流。現在這種現象被稱為熱電效應或「Seebeck效應」。
熱電效應中電壓的大小取決於金屬的種類。在電路中使用不同的金屬會產生不同的電壓，這個電壓被稱為熱電勢，這個差值隨溫度的升高而增大而且可以被測量。對於目前常用的金屬組合，這個差值通常大約在1到70微伏每攝氏度之間。一些常用的固定組合成為工業標準，選擇熱電偶類型時通常考慮到成本、適用、便利、熔點、化學性質、穩定性和輸出。由於熱電偶產生的電壓很小，很多的應用是利用熱電偶堆。
熱電偶標準
[編輯]當熱電偶的正負極材料都確定以後，熱電勢的大小只與熱電偶的兩端溫度有關。如果一端溫度恆定（通常稱為參比端），則熱電勢就只與熱端溫度有關。為了方便使用，常用的熱電偶的熱端溫度所對應熱電勢的大小已經被製成標準表，稱為熱電偶的分度表，參比端溫度均為0℃。
類型
[編輯]- S型：鉑銠10合金/鉑
這是一種貴金屬熱電偶，鉑銠10合金（鉑佔90%，銠佔10%）為正極，鉑為負極。電極直徑通常為0.5mm，長期使用溫度可達1300℃，短期使用可達1600℃,有很好的復現性和穩定性，在國際適用溫標中在630.74～1064.43℃範圍內用它做標準儀器。這種熱電偶的熱勢率較小，平均靈敏度為0.009mV/℃左右。價格貴，非線性大，不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中使用，在真空中可以短暫使用。
- B型：鉑銠30合金/鉑銠6合金
長期使用的最高溫度可達1600℃，短期可達1800℃。性能穩定，測試準確度較高，適宜於氧化性介質和中性介質中使用，不能在還原性氣氛及含有金屬或非金屬蒸汽的氣氛中使用。熱電勢率比S型的更小。
- K型：鎳鉻合金或鎳鋁合金
這是最常用的熱電偶。溫度量程自−200℃到+1200℃。磁性。敏感度41 µV/℃。
- E型：鎳鉻合金或銅鎳合金
高輸出（68 µV/℃），非磁性。
- J型：鐵或銅鎳合金
有限量程（−40至+750℃），不可用於760℃以上，敏感度約為52 µV/℃。
- T型：銅或銅鎳合金
有限量程（−250至+350℃），敏感度約為43 µV/℃。
- N型：鎳鉻矽合金或鎳矽合金
高穩定性，抗高溫氧化。可用於高於1200℃。900℃時，敏感度39 µV/℃，略低於K型。
熱電堆
[編輯]熱電堆是一個將熱能轉變成電能的電子裝置。通常是將熱電偶進行串聯，有時是並聯。熱電堆並不能測量絕對溫度，不過可以輸出一個與溫差成比例的電壓。對同樣的溫度差而言，熱電堆內的電動勢要比單個溫差電偶產生的大得多，用它製成的溫差電偶溫度計測溫靈敏度也高。
熱電堆是紅外線溫度計的關鍵成份，而紅外線溫度計是廣泛的使用於專業醫療上的耳溫測量。他們也廣泛的使用於熱通量感應器（例如摩歐熱堆或依珀利太陽熱力計）與瓦斯爐的安全控管上。由熱堆所產生的電壓約有數十或數百毫伏特，與增加中的信號級別一樣，這個裝置也許會用在提供空間裏的溫度平均上。
參考
[編輯]
- ^ 存档副本. [2022-10-07]. （原始內容存檔於2022-10-07）.
- ^ 辭海編輯委員會 (編). 辞海: 理科分册（辞海第 16 卷，第 1 期）. 上海辭書出版社. 1980: 126.
- ^ 曾少潛. 科技名人词典, 第 1 卷. 中國青年出版社. 1988: 137. ISBN 9787500600879.
- ^ 存档副本. [2022-10-07]. （原始內容存檔於2022-10-08）.
- ^ James Stewart Campbell, M. Nathaniel Mead. Human Medical Thermography. CRC Press. 2022. ISBN 9781000623550.
