您好,澳门新葡亰手机版自动化仪表三厂网站欢迎您!

官方微信|加入收藏|联系大家|

企业微信

澳门新葡亰手机版自动化仪表三厂

全国咨询服务热线:

021-5672511502156413113

澳门新葡亰手机版

联系大家

浅谈电气仪表信号中塞贝克效应和珀耳帖效应所产生的原因和现象

来源:发表时间:2019-08-14


      在仪器领域中应用的一个有趣现象是塞贝克效应,即由于沿着该线的温度差异而在线的长度上产生小电压。这种效应最容易观察并应用于接触的两种不同金属的结,每种金属沿其长度产生不同的塞贝克电压,这转换为两个(未连接的)线端之间的电压。大多数不同类型的金属在其结点被加热时会产生可测量的电压,某些金属组合在每度温度下产生的电压高于其他金属:


塞贝克效应
      塞贝克效应相当线性; 也就是说,由两根导线的加热结产生的电压与温度成正比。这意味着可以通过测量产生的电压来确定金属线结的温度。因此,塞贝克效应为大家提供了一种电测温方法。
热电偶
      当一对不同金属连接在一起以测量温度时,所形成的装置称为热电偶。用于仪器的热电偶使用高纯度金属以获得精确的温度/电压关系(尽可能线性且可预测)。塞贝克电压非常小,大多数温度范围都是几十毫伏。这使得它们难以准确测量。此外,当大家尝试将热电偶连接到电压表,完成电路时,不同金属之间的任何连接将产生与温度相关的电压这一事实会产生问题:


热电偶
测量结点
      由热电偶和顶部导线上的仪表之间的连接形成的第二铁/铜结将产生与测量结处产生的电压极性相反的温度相关电压。这意味着电压表铜引线之间的电压将是两个结之间温度差异的函数,而不是单独测量结点处的温度。即使对于铜不是不同金属之一的热电偶类型,连接测量仪器铜引线的两种金属的组合形成了与测量结相当的结:


测量结
参考连接点
      这个第二个结称为参考结或冷结,以区别于测量端的结点,并且无法避免在热电偶电路中有一个结。在某些应用中,需要在两点之间进行温差测量,并且可以利用热电偶的这种固有特性来制造非常简单的测量系统。


      然而,在大多数应用中,目的是仅测量单个点的温度,并且在这些情况下,第二个结点成为功能的责任。对参考结产生的电压的补偿通常由专门用于测量温度的电路实行,并产生相应的电压以抵消参考结的影响。在这一点上,你可能会想,“如果大家不得不采用其他形式的温度测量来克服热电偶的特性,那么为什么还要使用热电偶来测量温度呢?为什么不使用这种其他形式的温度测量,无论它是什么,都可以做到这一点?“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像热电偶结点那样坚固或通用,但要做好在参比接点处测量室温的工作。例如,热电偶结产生的电压严格依赖于温度。热电偶电路中的任何电流都是与该电压相反的电路电阻的函数(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,这取决于电路的总电阻。使用足够重的热电偶导体,可以从一对热电偶接头产生高达数百安培的电流!(实际上已经在实验室实验中看到过这种情况,使用重型铜和铜/镍合金棒来形成连接点和电路导体。)
      出于测量目的,热电偶电路中使用的电压表设计为具有非常高的电阻,以避免沿着热电偶线的任何误差引起的电压降。与前面讨论的直流电压信号相比,这里沿导体长度的电压降更加严重,因为这里大家只有几毫伏的电压产生。大家根本无法承受沿导体长度甚至一毫伏的压降,而不会产生严重的温度测量误差。理想情况下,热电偶电路中的电流为零。早期的热电偶指示仪器利用零平衡电位电压测量电路来测量结电压。早期的温度指示器/记录仪就是这项技术的一个很好的例子。更现代的仪器使用半导体放大器电路来允许热电偶的电压信号驱动指示装置,在电路中吸取很少电流或没有电流。
热电堆
      然而,热电偶可以用大规格的电线制成,以获得低电阻,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。一个这样的目的是发电。通过串联多个热电偶,将热/冷温度与每个结交替,可以构建一个称为热电堆的设备,以产生大量的电压和电流:


珀耳帖效应
      在左侧和右侧结点处于相同温度的情况下,每个结处的电压将相等,并且相反的极性将抵消最终电压为零。然而,如果左侧结点被加热且右侧组冷却,则每个左侧结点处的电压将大于每个右侧结点,导致总输出电压等于所有结点对差值的总和。在热电堆中,这正是事物的设置方式。热源(燃烧,强放射性物质,太阳能热等)应用于一组接头,而另一组接合到某种散热器(空气或水冷)。有趣的是,当电流流过连接到热电堆的外部负载电路时,热能从热接点传递到冷端,珀耳帖效应(电流传递热能)。
      热电偶的另一个应用是测量几个位置之间的平均温度。最简单的方法是将多个热电偶彼此并联连接。每个热电偶产生的毫伏信号将在平行连接点处平均。结之间的电压差随着热电偶线的电阻而下降:


      不幸的是,这些塞贝克电压电位的精确平均值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位置并且它们的导线在单个位置并联连接,则不太可能具有相同的导线长度。从测量点到平行连接点的具有最大线长度的热电偶将倾向于具有最大电阻,因此对产生的平均电压的影响最小。
多个热电偶连接点
      为了有助于对此进行补偿,可以向每个并联的热电偶电路支路添加额外的电阻,以使它们各自的电阻更加相等。如果没有针对每个分支的定制电阻(使所有热电偶之间的电阻精确相等),只需安装具有相同值的电阻即可,这远远高于热电偶线的电阻,因此这些线电阻的影响要小得多关于总分支阻力。这些电阻称为淹没电阻,因为它们相对较高的值会遮盖或“淹没”热电偶线本身的电阻:


      由于热电偶结会产生如此低的电压,因此必须使电线连接非常干净和紧密,以确保准确可靠的操作。此外,参考结的位置(异种金属热电偶线连接到标准铜的位置)必须靠近测量仪器,以确保仪器能够精确地补偿参考结温度。尽管存在这些看似限制性的要求,但热电偶仍然是现代使用中最强大和最受欢迎的工业温度测量方法之一。

本文由澳门新葡亰手机版自动化仪表有限企业编辑,转载请注明文章出处,违者必究

本文由澳门新葡亰手机版自动化仪表四厂、 澳门新葡亰手机版自动化仪表三厂、 澳门新葡亰手机版自动化仪表有限企业、编辑,转载请注明版权 相关产品推荐:磁浮子液位计 磁翻板液位计、 电磁流量计、 雷达液位计、 孔板流量计、 热电偶、 流量计、 压力变送器、 涡街流量计、
[!--temp.pl--]
XML 地图 | Sitemap 地图