火與冰--溫度測量

關鍵詞：溫度測量，熱電偶，熱電效應，熱電動勢，熱電偶類型，補償電纜，補償箱 

溫度測量在工業中是非常重要的。在化工和環保領域大多采用溫度傳感器來控制。由于價格低而經常優先選擇熱電偶。 

本文提出的問題是：它是怎樣工作的？為什么模擬電壓表顯示為零？補償電纜和冷端補償箱具有哪個功能？熱電偶可以直接連接一個標準數字萬用表嗎？能避免哪些錯誤？以下來回答這些問題。 

歷史回顧 

世界上勒?夏特利埃第一個在1887年使用熱電偶進行溫度測量。它采用鉑—鉑銠(Pt—PtRh)合金制成，非常適于精確測量溫度0到1300℃。 

熱電效應：物理解釋 

在每個金屬中，當電子對于原子核結合力低時，電子在金屬內可以自由運動。作為好的導體的金屬平均提供一個電子來運送電荷。這就意味著運送電荷的電子數目與原子的平均數相同。對每種金屬單位大小的原子密度不同，因此自由電子的濃度必然不同。在金屬中對于熱平衡，也就是說每個地方的溫度是一樣的，負電荷，電子均勻分布。如果溫度不同，T1>T2,這時電子從熱的地方向冷的地方擴散。這一行為與氣體相似，因此可以用電子氣體來表達。氣體熱脹冷縮。(圖1)像氣體一樣，電子均勻填充得到的空間。

如果兩種載荷濃度不同的金屬相連時，例如銀(高濃度)和銅(低濃度)，電子將從高濃度向低濃度擴散，直到均勻分布為止。(圖2)。結果將產生擴散電壓或接觸電壓，因為相對于其它金屬，低電子數的金屬將充電。

電子擴散可以用動能來解釋。對于熱平衡，兩種電子氣體之間沒有壓差，也不會產生由接觸電壓場引起的電動力。 

原理上可以測量接觸電壓。然而，一連接電壓表，在不同金屬的接點上，就會產生額外的接觸電壓。這些可以用熱電偶來補償接觸電壓。稍后可以用電路版本1來證明。 

這一規則包含：只要所有部件的溫度相同，由熱產生的閉合電路電壓的代數和為零。溫度不同，才會引起由熱產生的電壓。 

熱電偶溫度范圍： 

熱電偶允許測量實際相關的溫度，范圍從-270℃(金鐵-鎳鉻)到 2800℃(鎢錸3-鎢錸25)由非金屬材料制成的熱電偶允許測量更高的溫度。