三畅仪表用故事解析热电偶的基本知识

无论您是要构建温度感应设备还是需要向更大的系统添加感应功能，您都应该熟悉热电偶并了解如何设计热电偶接口。 Bob Perrin在1999年的Circuit Cellar在线文章“热电偶的基础知识”中介绍了这些主题以及更多内容。

       一个数学家，一个物理学家和一个工程师在吃午饭。酒吧招待三位先生，“我听到这么多是什么？

       数学家回答说，“pi是圆的周长与其直径的比率。

       物理学家回答说，“pi是3.14159265359。

       工程师抬起头，轻轻地说，“哦，pi大约三个，”然后迅速回到他的餐巾背上涂鸦。

问题不在于工程师是马虎，粗心还是社会无能。关键是我们非常实用。我们是在一个非理想世界中的问题的解决者。这意味着我们必须能够将概念应用于实际问题，并知道某些效应在我们的应用中可以忽略不计。

       例如，在设计一阶或二阶滤波器时，考虑到可承受元件的公差和温度依赖性，3常常是pi的足够接近的近似值。

       但是，在我们可以跑掉并做出粗略估计之前，我们必须了解我们正在设计的系统中涉及的物理原理。一个似乎受到粗略估计的主题，没有对所涉及问题的牢固理解是用热电偶的温度测量。

       热电偶是简单的温度传感器，由两种不同合金制成的线组成。这些装置结构简单，使用方便。但是，和任何电子元件一样，它们需要一定量的解释。本文的目的是介绍和解释如何使用热电偶和如何设计热电偶接口。

两种金属的尾巴

       图1a示出了热电偶。一个结被指定为热结。另一个结被指定为冷结或参考结。在回路中产生的电流与热接点和冷接点之间的温度差成比例。热电偶测量温度差异，而不是绝对温度。

       理解为什么电流形成，我们必须回归物理。不幸的是，我不是一个物理学家，所以这个解释可能会弯曲一个概念或两个，但我仍然继续。

       考虑一个均匀的金属线。如果在一端施加热量，则该端的电子变得更有能量。它们吸收能量并移出其正常能量状态并进入更高能量状态。有些将完全从它们的原子中释放出来。这些新释放的高能电子向导线的冷端移动。随着这些电子沿着导线减速，它们将它们的能量转移到其他原子。这是能量（热）从线的热端传递到冷端的方式。

       当这些电子在导线的冷端累积时，它们经历静电排斥。在冷端的不那么高能电子向导线的热端移动，这是如何在导体中保持电荷中性。

       从冷端向热端移动的电子比从热端移向冷端的高能电子移动得慢。但是，在宏观水平上，保持电荷平衡。

       当使用两种不同的金属形成热电偶回路时，如图1a所示，两种金属对电子的亲和力的差异使得当在两个结之间建立温差时可产生电流。

       随着电子从冷结移动到热结，这些不那么高能的电子能够在一种金属中比另一种更容易移动。从热端移动到冷端的电子已经吸收了大量能量，并且在两条线中自由移动几乎相同。这就是为什么在回路中产生电流的原因。

       我可能错过了一些更精细的物理点，但我想我打的亮点。如果任何人可以提供更深入或详细的解释，请发电子邮件给我。为技术受众编写的最好的事情之一是从我的读者那里学习。