三暢儀表用故事解析熱電偶的基本知識

無論您是要構建溫度感應設備還是需要向更大的系統添加感應功能，您都應該熟悉熱電偶并了解如何設計熱電偶接口。 Bob Perrin在1999年的Circuit Cellar在線文章“熱電偶的基礎知識”中介紹了這些主題以及更多內容。

       一個數學家，一個物理學家和一個工程師在吃午飯。酒吧招待三位先生，“我聽到這么多是什么？

       數學家回答說，“pi是圓的周長與其直徑的比率。

       物理學家回答說，“pi是3.14159265359。

       工程師抬起頭，輕輕地說，“哦，pi大約三個，”然后迅速回到他的餐巾背上涂鴉。

問題不在于工程師是馬虎，粗心還是社會無能。關鍵是我們非常實用。我們是在一個非理想世界中的問題的解決者。這意味著我們必須能夠將概念應用于實際問題，并知道某些效應在我們的應用中可以忽略不計。

       例如，在設計一階或二階濾波器時，考慮到可承受元件的公差和溫度依賴性，3常常是pi的足夠接近的近似值。

       但是，在我們可以跑掉并做出粗略估計之前，我們必須了解我們正在設計的系統中涉及的物理原理。一個似乎受到粗略估計的主題，沒有對所涉及問題的牢固理解是用熱電偶的溫度測量。

       熱電偶是簡單的溫度傳感器，由兩種不同合金制成的線組成。這些裝置結構簡單，使用方便。但是，和任何電子元件一樣，它們需要一定量的解釋。本文的目的是介紹和解釋如何使用熱電偶和如何設計熱電偶接口。

兩種金屬的尾巴

       圖1a示出了熱電偶。一個結被指定為熱結。另一個結被指定為冷結或參考結。在回路中產生的電流與熱接點和冷接點之間的溫度差成比例。熱電偶測量溫度差異，而不是絕對溫度。

       理解為什么電流形成，我們必須回歸物理。不幸的是，我不是一個物理學家，所以這個解釋可能會彎曲一個概念或兩個，但我仍然繼續。

       考慮一個均勻的金屬線。如果在一端施加熱量，則該端的電子變得更有能量。它們吸收能量并移出其正常能量狀態并進入更高能量狀態。有些將完全從它們的原子中釋放出來。這些新釋放的高能電子向導線的冷端移動。隨著這些電子沿著導線減速，它們將它們的能量轉移到其他原子。這是能量（熱）從線的熱端傳遞到冷端的方式。

       當這些電子在導線的冷端累積時，它們經歷靜電排斥。在冷端的不那么高能電子向導線的熱端移動，這是如何在導體中保持電荷中性。

       從冷端向熱端移動的電子比從熱端移向冷端的高能電子移動得慢。但是，在宏觀水平上，保持電荷平衡。

       當使用兩種不同的金屬形成熱電偶回路時，如圖1a所示，兩種金屬對電子的親和力的差異使得當在兩個結之間建立溫差時可產生電流。

       隨著電子從冷結移動到熱結，這些不那么高能的電子能夠在一種金屬中比另一種更容易移動。從熱端移動到冷端的電子已經吸收了大量能量，并且在兩條線中自由移動幾乎相同。這就是為什么在回路中產生電流的原因。

       我可能錯過了一些更精細的物理點，但我想我打的亮點。如果任何人可以提供更深入或詳細的解釋，請發電子郵件給我。為技術受眾編寫的最好的事情之一是從我的讀者那里學習。