熱電偶的工作核心是利用塞貝克效應(yīng)
所屬類別：2025-10-20 閱讀：312次
熱電偶的工作核心是利用塞貝克效應(yīng)（溫差生電現(xiàn)象） —— 兩種不同材質(zhì)的金屬構(gòu)成閉合回路時(shí)，若兩端（熱端、冷端）存在溫度差，回路中就會(huì)產(chǎn)生微弱的 “溫差電勢(shì)”，再通過電勢(shì)與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，反推出被測(cè)物體的溫度。整個(gè)過程可拆解為 “結(jié)構(gòu)構(gòu)成→溫差生電→溫度換算”3 個(gè)關(guān)鍵步驟，原理清晰且無需外部電源驅(qū)動(dòng)：
一、先明確工作的 3 個(gè)基礎(chǔ)條件
熱電偶要產(chǎn)生溫差電勢(shì)，必須滿足 3 個(gè)前提，缺一不可：
兩種不同金屬（熱電極）：不能用同一種金屬（電子逸出功相同，無法產(chǎn)生電勢(shì)差），需選用特性差異的金屬組合（如 K 型用 “鎳鉻 - 鎳硅”、J 型用 “鐵 - 銅鎳”），不同組合適配不同溫度范圍；
閉合回路：兩根金屬的一端必須焊接（形成熱端），另一端通過導(dǎo)線連接二次儀表（如溫度顯示器），形成完整的導(dǎo)電回路，否則無法產(chǎn)生電流和電勢(shì)；
兩端溫差：熱端（接觸被測(cè)物體的一端）與冷端（處于恒定溫度的一端）必須有溫度差（ΔT = T 熱 - T 冷），溫差越大，產(chǎn)生的電勢(shì)越強(qiáng)（近似線性關(guān)系）。
二、具體工作過程：3 步完成溫度測(cè)量
步驟 1：結(jié)構(gòu)搭建 —— 確定 “熱端” 與 “冷端”
熱端（測(cè)量端）：將兩種金屬絲的一端用氬弧焊或電弧焊焊接，形成 “測(cè)溫點(diǎn)”，直接接觸被測(cè)介質(zhì)（如插入工業(yè)窯爐、貼在設(shè)備表面），實(shí)時(shí)感受被測(cè)溫度；
冷端（參考端）：兩根金屬絲的另一端不接觸被測(cè)物，通常置于 “溫度恒定的環(huán)境”（如室溫下的接線盒、專用恒溫槽），作為電勢(shì)測(cè)量的 “基準(zhǔn)溫度”；
回路形成：冷端通過補(bǔ)償導(dǎo)線（與熱電極材質(zhì)匹配，避免冷端溫度受環(huán)境影響）連接到二次儀表（如 PLC、數(shù)顯溫度計(jì)），構(gòu)成閉合導(dǎo)電回路。
步驟 2：溫差生電 —— 塞貝克效應(yīng)的核心作用
當(dāng)熱端溫度（T 熱）高于冷端溫度（T 冷）時(shí)，兩種金屬的電子逸出功差異會(huì)引發(fā)電子定向移動(dòng)，產(chǎn)生溫差電勢(shì)：
電子逸出功：不同金屬的原子對(duì)電子的束縛力不同（如鎳鉻的電子逸出功低于鎳硅），熱端溫度升高時(shí)，金屬中的電子動(dòng)能增加，更易脫離原子束縛；
電子定向移動(dòng)：逸出功低的金屬（如 K 型中的鎳鉻）會(huì)有更多電子向逸出功高的金屬（鎳硅）轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致回路中產(chǎn)生 “電勢(shì)差”（即塞貝克電勢(shì)）；
電勢(shì)與溫差的關(guān)系：在一定溫度范圍內(nèi)（如 K 型的 - 200℃~1200℃），電勢(shì)大小與溫差近似線性（溫差每增加 10℃，電勢(shì)約增加 0.4mV），可通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) “分度表”（如 K 型分度表、S 型分度表）查詢對(duì)應(yīng)關(guān)系。
步驟 3：溫度換算 —— 二次儀表的核心功能
二次儀表（如溫度顯示器）是 “電勢(shì)轉(zhuǎn)溫度” 的關(guān)鍵，具體操作，：
測(cè)量電勢(shì)：儀表內(nèi)置高精度毫伏計(jì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)回路中的溫差電勢(shì)（通常為幾毫伏到幾十毫伏，如 K 型熱端 100℃、冷端 25℃時(shí)，電勢(shì)約 4.095mV）；
冷端補(bǔ)償：由于冷端溫度可能波動(dòng)（如室溫從 25℃升至 30℃），會(huì)導(dǎo)致電勢(shì)變化（即使熱端溫度不變），儀表需通過 “冷端補(bǔ)償電路”（如內(nèi)置溫度傳感器檢測(cè)冷端溫度，自動(dòng)修正電勢(shì)值），確保計(jì)算基準(zhǔn)準(zhǔn)確；
查表換算：儀表根據(jù)熱電偶的 “分度號(hào)”（如 K 型、S 型，需提前設(shè)置與熱電偶匹配），調(diào)用內(nèi)置的 “電勢(shì) - 溫度分度表”，將補(bǔ)償后的電勢(shì)值換算為熱端的實(shí)際溫度，最終顯示在屏幕上（如 4.095mV 對(duì)應(yīng) K 型的 100℃）。
