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全面讲解关于热电偶塞贝克系数基础常识

来源:发表时间:2019-06-15

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      在本期中,澳门新葡亰手机版自动化仪表三厂的专家带您大家讨论热电偶塞贝克系数,这是一种决定热电偶和珀耳帖元件性能的特性。基本上,热电偶塞贝克系数与电子既是电和热的载体这一事实有关。如果在一根导电线上存在温度梯度,则存在电子从热端到冷端的净扩散,从而产生相反的电场。在(准)平衡中,该场在线上产生电压,即所谓的塞贝克电压。
      热电偶塞贝克系数定义为每单位温度的塞贝克电压并且是材料特性。然而,这不是全部,因为它无法说明塞贝克系数可能对不同金属有不同的符号这一事实。潜在的固态物理学相当复杂,但这种现象很好理解。热电偶塞贝克系数的大小和符号与费米能级周围电子分布的不对称性有关。例如,该理论不仅说明了金属的不同符号,而且说明了为什么热电偶塞贝克系数在半导体中比在金属中大得多,正如表1和表2所示。
表1.与铂相比,某些金属和合金的塞贝克系数


表2.某些半导体的塞贝克系数


      人们应该意识到材料(特别是半导体)的数据容易发生变化,因为它们对精确的材料成分敏感。还要注意温度依赖性可能很大的事实,例如,在30°C的温度升高下金属增加5-10%。令人困惑的是塞贝克系数可以被定义为绝对值或相对于参考材料,如表1中参考材料是铂的情况。原因是测量相对塞贝克系数要容易得多。要找到“实际”绝对值,应从表1中列出的每个值中减去Pt的绝对值(即5μV/ K)。
      热电偶的最佳选择是最高正负塞贝克系数的组合。遗憾的是,许多金属和半导体不能以薄而坚固的线材的形式制造。这是商业热电偶始终是金属的主要原因。对于Peltier元件,大家不需要导线,因此半导体材料是首选。
      从定义可以清楚地看出,只有温度梯度才能产生电压。如果大家连接两根导线,则塞贝克总电压是两根导线中产生的电压之和。因为在理想的热电偶中,结总是处于等温区域,所以对热电偶电压的贡献为零。换句话说,除了连接电线之外,连接不起作用!关于基本热电偶理论的更多信息可以在莫法特在该杂志早期的一篇文章中找到[1]。表3显示了最流行的线对的组合塞贝克系数。
表3.标准热电偶的塞贝克系数


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