熱電偶是所有傳感器中最簡單的傳感器之一。它由在測量點附近連接的兩根不同金屬線組成。輸出是在兩根導線之間測量的小電壓。

      雖然在概念上非常簡單，但熱電偶背后的理論是微妙的，需要了解其基礎以最有效地使用傳感器。
熱電偶理論：
      熱電偶電路至少有兩個結：測量結和參考結。通常，在兩根導線連接到測量設備的地方創建參考接合點。第二個連接點實際上是兩個連接點：兩個連接線各一個連接點，但由于假設它們處于相同的溫度（等溫），因此它們被視為一個（熱）結。這是金屬變化的關鍵，從熱電偶金屬到測量裝置中使用的金屬，通常是銅。輸出電壓與測量和參考結之間的溫差有關。這種現象被稱為塞貝克效應。塞貝克效應沿著導線的長度產生小電壓，并且在溫度梯度最大的地方最大。如果電路是相同材料的電線，那么它們將產生相同但相反的塞貝克電壓，這將取消。但是，如果導線金屬不同，塞貝克電壓將不同，不會取消。
      在實踐中，塞貝克電壓由兩個部分組成：在結處產生的珀耳帖電壓，加上由溫度梯度在線中產生的湯姆遜電壓。

      珀耳帖電壓與每個結的溫度成比例，而湯姆遜電壓與兩個結之間的溫差的平方成比例。Thomson電壓是熱電偶響應中觀察到的大部分電壓和非線性的原因。每種熱電偶類型都有其特有的塞貝克電壓曲線。曲線取決于金屬，它們的純度，均勻性和晶體結構。在合金的情況下，成分的比例及其在線中的分布也是重要的。金屬的這些潛在的不均勻特性是當熱電偶金屬及其雜質通過擴散變得更易移動時，厚線熱電偶在高溫應用中可以更精確的原因。
熱電偶的實際考慮因素：
上述熱電偶操作理論具有重要的實際意義，值得了解：
         1.可以將第三金屬引入熱電偶電路中并且沒有沖擊，只要兩端處于相同的溫度即可。這意味著只要第三金屬沒有凈溫度梯度，熱電偶測量結可以焊接，釬焊或焊接而不會影響熱電偶的校準。此外，如果測量電路金屬（通常是銅）與熱電偶的金屬不同，那么如果兩個連接端子的溫度相同且已知，則讀數將不受銅的存在的影響。
         2.熱電偶的輸出是由沿著導線的溫度梯度產生的，而不是通常認為的接合點。因此，重要的是在存在溫度梯度的地方保持電線的質量。電線質量可能會受到其工作環境和絕緣材料污染的影響。對于低于400°C的溫度，絕緣電線的污染通常不是問題。在高于1000°C的溫度下，絕緣和護套材料的選擇以及導線厚度對熱電偶的校準穩定性至關重要。
在結點處不產生熱電偶輸出的事實應該將注意力轉移到其他潛在的問題區域。
         3.熱電偶產生的電壓是測量和參考結之間溫差的函數。傳統上，參比接點通過冰浴保持在0°C：

      現在認為冰浴是不切實際的，并且由參考接合點補償裝置代替。這可以通過使用備用溫度傳感器（通常是RTD或熱敏電阻）測量參考結溫度并在縮放到溫度之前對測量的熱電偶電壓施加校正電壓來實現。校正可以在硬件中電學地完成，或者在軟件中以數學方式完成。軟件方法是優選的，因為它對所有熱電偶類型是通用的并且它允許校正參考溫度范圍內的小的非線性。

         4.熱電偶的低電平輸出（通常為50mV滿量程）要求注意避免電機，電源線，變壓器和無線電信號拾取器的電氣干擾。扭轉熱電偶線對（比如每10厘米1捻）可以大大減少磁場拾取。在金屬導管中使用屏蔽電纜或導線可以減少電場拾取。測量設備應提供硬件或軟件信號濾波，強烈抑制線路頻率（50/60 Hz）及其諧波。
         5.需要考慮熱電偶的工作環境。在高溫下暴露于氧化或還原氣氛會顯著降低某些熱電偶的性能。含有銠（B，R和S型）的熱電偶在中子輻射下是不合適的。
熱電偶的優點和缺點：
      由于其物理特性，熱電偶是許多應用中溫度測量的首選方法。它們非常堅固，不受沖擊和振動的影響，在很寬的溫度范圍內都很有用，制造簡單，無需激勵功率，沒有自加熱，可以做得很小。沒有其他溫度傳感器提供這種程度的多功能性。由于熱電偶的堅固性，寬溫度范圍和獨特的性能，熱電偶是很好的傳感器。在下側，熱電偶產生相對低的輸出信號，該信號是非線性的。這些特性需要靈敏且穩定的測量設備，能夠提供參考結補償和線性化。此外，低信號電平要求在安裝時采取更高級別的注意，以盡量減少潛在的噪聲源。
測量硬件需要良好的噪聲抑制能力。除非共模范圍和拒絕足夠，否則接地回路可能是非隔離系統的問題。
熱電偶的類型：
      通常使用約13‘標準’熱電偶類型。其中八位獲得了國際認可的字母標識。字母類型代號指的是電動勢表，而不是金屬的組成。因此任何與定義公差范圍內的電動勢表匹配的熱電偶可以接收該表的字母代號。      一些未被認可的熱電偶可能在特定的小眾應用中表現優異，并且由于這個原因以及合金制造商的有效營銷而獲得了一定程度的認可。其中一些已由其制造商給出了字母型指示符，這些指示符已被行業部分接受。
      每種熱電偶類型都具有可與應用匹配的特性。工業上通常喜歡K和N類型，因為它們適合于高溫，而其他通常更喜歡T型，因為它具有靈敏度，低成本和易于使用。標準熱電偶類型表如下所示。該表還顯示了支架中延伸級線材的溫度范圍。

熱電偶的準確性：
      熱電偶可在很寬的溫度范圍內工作：從接近絕對零度到其熔點，但它們通常僅在其穩定范圍內表征。由于一系列因素，熱電偶精度是一個難題。原則上和實踐中，熱電偶可以獲得優異的結果，如果經過校準，使用遠低于其標稱溫度上限，并且可以避免惡劣氣氛。在較高溫度下，通常最好使用較重的導線規格以保持穩定性（下面的線規）。
熱電偶線等級：
      有不同等級的熱電偶線。主要部門介于測量等級和擴展等級之間。測量等級具有最高純度，應在溫度梯度顯著的地方使用。最常用的是標準測量等級（2級）。特殊測量等級（1級）的精度約為標準測量等級的兩倍；延長熱電偶線等級設計用于將熱電偶連接到測量設備。延長線可以是與測量等級不同的金屬，但是選擇在大大降低的溫度范圍內具有匹配的響應 - 通常為-40℃至120℃。使用延長線的原因是降低了成本。它們可以是等效測量等級成本的20％到30％。通過使用更薄規格的延長線和更低溫度的額定絕緣，可以進一步節省成本。
      注意：當測量延長線額定值內的溫度時，可以使用整個電路的延長線。這通常使用T型延長線，在-60至100°C范圍內精確。
熱電偶線規：
      在高溫下，熱電偶線可以以改進的晶體結構的形式發生不可逆的變化，合金組分的選擇性遷移和源自表面金屬的化學變化對周圍環境的反應。對于某些類型，機械應力和循環也可以引起變化。增加導線暴露在高溫下的直徑可以減少這些影響的影響。下表可用作線規的非常近似的指南：

      在這些較高的溫度下，應盡可能地保護熱電偶線免受惡劣氣體的影響。減少或氧化氣體會很快腐蝕一些熱電偶線。在溫度梯度最大的情況下，熱電偶線的純度最為重要。對于熱電偶接線的這一部分，必須非常小心。
      其他電線污染源包括礦物填料和保護金屬護套。金屬蒸汽擴散在高溫下可能是重要的問題。鉑絲只能在非金屬護套內使用，例如高純度的鋁合金。
中子輻射（如在核反應堆中）可對熱電偶校準產生顯著的永久影響。這是由于金屬轉化為不同的元素。
      在某些情況下，高溫測量非常困難。優先使用非接觸方法。然而，這并不總是可行的，因為這些類型的傳感器并不總是可以看到溫度測量的位置。
熱電偶線的顏色編碼：
      熱電偶線的顏色編碼是一場噩夢！至少有七種不同的標準。標準之間存在一些不一致之處，這似乎是為了混淆而設計的。例如，美國標準中的紅色總是用于負極引線，而在德國和日本標準中，它始終是積極的引導。英國，法國和國際標準完全避免使用紅色！
熱電偶安裝：
      熱電偶有四種常見的方式安裝在不銹鋼或Inconel護套中，并與礦物氧化物電絕緣。每種方法都有其優點和缺點。

      密封和隔離護套：良好的相對無故障的安排。不對所有應用使用這種安排的主要原因是響應時間緩慢，典型的時間常數是75秒。
      密封和接地到護套：可能導致接地回路和其他噪音注入，但提供合理的時間常數（40秒）和密封外殼。
      裸露的珠子：更快的響應時間常數（通常為15秒），但缺乏機械和化學保護，以及與被測材料的電氣隔離。必須密封多孔絕緣礦物氧化物。
      暴露的快速響應：最快的響應時間常數，通常為2秒，但對于精細的接合線規格，時間常數可以是10-100ms。除了暴露的珠子類型的問題之外，突出和輕質結構使得熱電偶更容易受到物理損壞。
熱電偶補償和線性化：
      如上所述，可以在硬件或軟件中提供參考結補償。兩種情況下的原理相同：向熱電偶輸出電壓添加校正電壓，與參考結溫度成比例。為此，必須通過傳感器監測熱電偶線與測量裝置的連接點（即熱電偶材料變為電路電子器件的銅的位置）。該區域必須設計為等溫，以便傳感器精確跟蹤參考結溫度。硬件解決方案很簡單，但并不總是像人們想象的那樣容易實現。

      該電路需要針對特定??的熱電偶類型進行設計，因此缺乏軟件方法的靈活性。軟件補償技術通過消除參考傳感器放大器和求和電路簡化了硬件要求。

      熱電偶電動勢表和系數的良好資源在美國商務部的NIST網站上。它涵蓋了B，E，J，K，N，R，S和T類型。
熱電偶作為熱泵：
      熱電偶可以反向運行。如果電流通過熱電偶電路，一個結將冷卻而另一個結溫。這被稱為Peltier效應，用于小型冷卻系統。通過交替地使電流通過熱電偶電路然后快速測量電路的塞貝克電壓，可以證明這種效果。使用該工藝時，使用非常精細的熱電偶線（0.025 mm，電流約為10 mA），通過確保冷卻的接頭降至空氣露點以下來測量濕度。這導致在冷卻的接合處形成冷凝。允許結返回到環境，溫度曲線顯示由蒸發潛熱引起的露點拐點。
測量溫差：
      熱電偶非常適合測量溫度差異，例如測量濕度時濕球壓低。通過構建熱電堆許多串聯的熱電偶電路，可以提高靈敏度。

      在上面的例子中，熱電堆輸出與溫度差T1-T2成比例，其靈敏度是單個結對的三倍。在實踐中，具有兩到數百個結的熱電堆用于輻射計，熱通量傳感器，流量傳感器和濕度傳感器。熱電偶材料可以是線形式，但也可以印刷或蝕刻成箔，甚至電鍍。熱電偶的直接測量溫差的能力是獨一無二的。其他傳感器類型需要一對緊密匹配的傳感器，以確保在整個工作溫度范圍內進行跟蹤。
熱電發電機：
      雖然塞貝克電壓非常?。ù蠹s10-70μV/°C），但如果電路的電阻很低（粗，短導線），那么大電流是可能的（例如，許多安培）。在結之間電阻（盡可能?。┖蜔嶙瑁ūM可能大）的效率折衷是主要問題。通常，電阻和熱阻與不同材料一起發展。通過布線作為熱電堆可以增加輸出電壓。熱電發電機已經發現其最著名的應用作為某些航天器的動力源。諸如钚的放射性材料產生熱量，并且通過熱輻射向空間提供冷卻。這種原子能源可以可靠地提供數十瓦的功率多年。原子發生器具有高放射性這一事實阻礙了它們的廣泛應用

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