热电偶

塞贝克效应

在仪器领域应用的一个有趣现象是塞贝克效应，这是由于导线上的温度差异，在导线的长度上产生一个小电压。当两种不同的金属接触时，这种效应最容易观察和应用，每一种金属沿其长度产生不同的塞贝克电压，转换为两个(未连接的)导线端之间的电压。大多数不同的金属配对在受热时会产生可测量的电压，一些金属组合在每度温度下产生的电压比其他组合高:

塞贝克效应是线性的;也就是说，两根导线的受热结所产生的电压与温度成正比。这意味着金属丝结的温度可以通过测量产生的电压来确定。因此，塞贝克效应为我们提供了一种测量温度的电学方法。

热电偶

当一对不同的金属为了测量温度而连接在一起时，所形成的装置称为a热电偶。用于仪器的热电偶使用高纯度的金属，以获得精确的温度/电压关系(尽可能线性和可预测)。

塞贝克电压是相当小的，在大多数温度范围在几十毫伏。这使得它们在某种程度上难以精确测量。而且，事实上任何不同金属之间的连接将产生温度相关的电压，当我们尝试将热电偶连接到a时会产生问题电压表，完成一个电路:

测量结

由热电偶和顶部导线上的仪表连接而形成的第二个铁/铜结将产生一个与温度有关的电压，其极性与测量结产生的电压相反。这意味着电压表的铜引线之间的电压将是区别在两个结之间的温度，而不是在测量结的温度单独。即使对于热电偶类型，铜不是一种不同的金属，两种金属的结合，连接测量仪器的铜引线形成一个相当于测量结:

参考结

这第二个结叫做参考或者冷结，以区别它从结在测量端，并没有办法避免有一个在热电偶电路。在一些应用中，需要对两点之间的温差进行测量，而热电偶的这种固有特性可以用来制作一个非常简单的测量系统。

然而，在大多数应用中，意图是仅在单点测量温度，并且在这些情况下，第二交界处成为功能的责任。

由参考结产生的电压补偿通常由设计用于在那里测量温度并产生相应电压的特殊电路来执行以对应参考结的影响。在这一点上，你可能想知道，“如果我们不得不诉诸其他形式的温度测量只是为了克服热电偶的特质，那么为什么要使用热电偶来测量温度才能测量温度？为什么不仅仅使用这种其他形式的温度测量，无论它可能是什么，要做这项工作吗？“答案是这样的：因为用于参考结补偿的其他形式的温度测量不是作为热电偶结的鲁棒或通用，但是在参考接线站点上测量室温的作业很好。例如，热电偶测量结可以插入到铸造炉的1800度（F）烟道中，而参考交界处在环境温度下在金属柜中距离距离，其温度通过可实现的装置测量永远不要在炉子的热量或腐蚀气氛中生存。

热电偶结产生的电压严格地取决于温度。任何当前的在热电偶电路中是电路电阻与该电压的函数（I = E / R）。换句话说，温度和塞贝克电压之间的关系是固定的，而温度和电流之间的关系是可变的，具体取决于电路的总电阻。具有足够沉重的热电偶导体，可以从一对热电偶连接器产生数百个放大器的电流！（我实际上在实验室实验中看到了这一点，使用铜和铜/镍合金的沉重条来形成连接和电路导体。）

为了测量目的，在热电偶电路中使用的电压表设计成具有非常高的电阻，以避免沿着热电偶线下降的任何误诱导的电压。沿着导体长度的电压降的问题在这里比以前讨论的DC电压信号更严重，因为这里我们只有几毫伏的结件产生的电压。我们根本不能沿着导体长度延伸的单个毫伏，而不会产生严重的温度测量误差。

因此，理想情况下，热电偶电路中的电流为零。早期热电偶指示仪器使用零余额电位电压测量电路测量结电压。早期的利兹和诺思鲁普“Speedomax”温度指示器/记录仪就是这种技术的一个很好的例子。更多的现代仪器使用半导体放大器电路允许热电偶的电压信号驱动电路中绘制很少或没有电流的指示装置。

热电堆

然而，热电偶可以由重型电线构成，用于低电阻，并以这种方式连接，以便为温度测量以外的目的产生非常高的电流。一种这样的目的是发电。通过将许多热电偶串联连接，每个接合点交替热/冷温度，设备称为a热电堆可以构造成产生大量电压和电流：

珀尔帖效应

当左、右两组结处于相同的温度时，每个结的电压将相等，相反的极性将抵消到最后的电压为零。但是，如果左组结加热，右组结冷却，则左组结的电压将大于右组结的电压，导致输出总电压等于所有结对差值之和。在热电堆中，事情就是这样建立的。一个热源(燃烧、强放射性物质、太阳热等)被应用到一组接点上，而另一组连接到某种散热器(空气或水冷)上。有趣的是，当电流通过连接到热电堆的外部负载电路时，热能从热接点转移到冷接点，这展示了另一种热电现象:所谓的热电现象珀尔帖效应(电流传递热能)。

热电偶的另一个应用是测量平均几个地点之间的温度。要做到这一点，最简单的方法是把几个热电偶并联起来。每个热电偶产生的毫伏信号将在并联接点上平均。结之间的电压差随着热电偶导线的电阻下降:

然而，不幸的是，这些塞贝克电压势的准确平均依赖于每个热电偶的导线电阻相等。如果热电偶位于不同的地方，它们的导线在一个地方平行连接，相同的导线长度是不可能的。热电偶从测量点到并联连接点的导线长度最大，其电阻也最大，因此对产生的平均电压的影响最小。

多个热电偶连接

为了帮助补偿这一点，可以在每个并联热电偶电路支路上添加额外的电阻，使它们各自的电阻更相等。没有custom-sizing电阻器对于每个支路(为了使所有热电偶之间的电阻精确相等)，可以简单地安装相等的电阻，显著高于热电偶导线的电阻，这样这些导线电阻对总支路电阻的影响就小得多。这些电阻器被称为荡漾电阻，因为他们相对较高的值掩盖或“淹没”热电偶线本身的电阻:

因为热电偶的接点产生如此低的电压，电线连接必须非常干净和紧密，以准确和可靠的操作。此外，基准结的位置(异金属热电偶导线与标准铜连接的地方)必须靠近测量仪器，以确保仪器能准确补偿基准结温度。尽管这些看似严格的要求，热电偶仍然是现代工业温度测量中最强大和最流行的方法之一。

审查：

• 的塞贝克效应是指在两个不同的连接金属之间产生的电压，该电压与该接点的温度成正比。
• 在任何热电偶电路中，在不同金属之间形成了两个等效的结。放置在预期测量部位的连接点称为测量结，而另一个(单一或等效)结称为参考交界处。
• 两个热电偶结可以彼此相对地连接，以产生与两个结之间的差分温度成比例的电压信号。为发电而被称为所以连接的连接的集合被称为a热电堆。
• 当电流流过热电堆的结时，热能就从一组结转移到另一组结。这被称为珀尔帖效应。
• 多个热电偶接点可以相互并联，以产生代表接点之间平均温度的电压信号。“淹没”电阻可以串联与每个热电偶，以帮助保持平衡之间的连接，因此合成电压将更代表一个真实的平均温度。
• 为了获得良好的测量精度，热电偶电路中的电流必须保持尽可能低。此外，所有相关的电线连接应该干净和紧密。在电路的任何地方，仅仅毫伏的电压下降就会引起很大的测量误差。