热电偶的工作核心是利用塞贝克效应
所属类别：2025-10-20 阅读：422次
热电偶的工作核心是利用塞贝克效应（温差生电现象） —— 两种不同材质的金属构成闭合回路时，若两端（热端、冷端）存在温度差，回路中就会产生微弱的 “温差电势”，再通过电势与温度的对应关系，反推出被测物体的温度。整个过程可拆解为 “结构构成→温差生电→温度换算”3 个关键步骤，原理清晰且无需外部电源驱动：
一、先明确工作的 3 个基础条件
热电偶要产生温差电势，必须满足 3 个前提，缺一不可：
两种不同金属（热电极）：不能用同一种金属（电子逸出功相同，无法产生电势差），需选用特性差异的金属组合（如 K 型用 “镍铬 - 镍硅”、J 型用 “铁 - 铜镍”），不同组合适配不同温度范围；
闭合回路：两根金属的一端必须焊接（形成热端），另一端通过导线连接二次仪表（如温度显示器），形成完整的导电回路，否则无法产生电流和电势；
两端温差：热端（接触被测物体的一端）与冷端（处于恒定温度的一端）必须有温度差（ΔT = T 热 - T 冷），温差越大，产生的电势越强（近似线性关系）。
二、具体工作过程：3 步完成温度测量
步骤 1：结构搭建 —— 确定 “热端” 与 “冷端”
热端（测量端）：将两种金属丝的一端用氩弧焊或电弧焊焊接，形成 “测温点”，直接接触被测介质（如插入工业窑炉、贴在设备表面），实时感受被测温度；
冷端（参考端）：两根金属丝的另一端不接触被测物，通常置于 “温度恒定的环境”（如室温下的接线盒、专用恒温槽），作为电势测量的 “基准温度”；
回路形成：冷端通过补偿导线（与热电极材质匹配，避免冷端温度受环境影响）连接到二次仪表（如 PLC、数显温度计），构成闭合导电回路。
步骤 2：温差生电 —— 塞贝克效应的核心作用
当热端温度（T 热）高于冷端温度（T 冷）时，两种金属的电子逸出功差异会引发电子定向移动，产生温差电势：
电子逸出功：不同金属的原子对电子的束缚力不同（如镍铬的电子逸出功低于镍硅），热端温度升高时，金属中的电子动能增加，更易脱离原子束缚；
电子定向移动：逸出功低的金属（如 K 型中的镍铬）会有更多电子向逸出功高的金属（镍硅）转移，导致回路中产生 “电势差”（即塞贝克电势）；
电势与温差的关系：在一定温度范围内（如 K 型的 - 200℃~1200℃），电势大小与温差近似线性（温差每增加 10℃，电势约增加 0.4mV），可通过行业标准 “分度表”（如 K 型分度表、S 型分度表）查询对应关系。
步骤 3：温度换算 —— 二次仪表的核心功能
二次仪表（如温度显示器）是 “电势转温度” 的关键，具体操作，：
测量电势：仪表内置高精度毫伏计，实时检测回路中的温差电势（通常为几毫伏到几十毫伏，如 K 型热端 100℃、冷端 25℃时，电势约 4.095mV）；
冷端补偿：由于冷端温度可能波动（如室温从 25℃升至 30℃），会导致电势变化（即使热端温度不变），仪表需通过 “冷端补偿电路”（如内置温度传感器检测冷端温度，自动修正电势值），确保计算基准准确；
查表换算：仪表根据热电偶的 “分度号”（如 K 型、S 型，需提前设置与热电偶匹配），调用内置的 “电势 - 温度分度表”，将补偿后的电势值换算为热端的实际温度，最终显示在屏幕上（如 4.095mV 对应 K 型的 100℃）。
