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熱電偶Thermocouple

熱電偶之原理
熱電偶之特性
熱電偶之種類
補償導線之使用方法
熱電偶之最高使用溫度

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熱電偶之原理:

若將二種不同的金屬線A與B互相連接成一個迴路,如圖2-20所示,且在兩個接合點間給予溫度差,則在金屬線的兩端會產生熱電動勢E,這種因為溫度差所造成的熱電壓效應稱為席貝克(Seebeck)效應。而熱電動勢E的大小與金屬線AB之材料性質有關,並和兩端點溫度差互成比例的關係。一般在利用熱電偶量測溫度時,其產生的熱電動勢很小(約10μV左右),所以必須再加裝一放大器來放大電壓訊號。

20.jpg (8283 bytes)

圖2-20 熱電偶原理示意圖


熱電偶之特性: 
  • 可量測之溫度範圍廣泛,且感測器大多已規格化
  • 熱電偶的最高使用溫度與金屬線徑大小、材料有關
  • 不必附加其他電源來驅動感測器
  • 可藉由電路的設計獲得極佳之精確度


熱電偶之種類:
熱電偶記號 測定溫度範圍(℃) 熱電動勢(mV) 優點 缺點 材料
+ -
高溫用  

K

 

-200~1200

-5.89/-200℃

48.8/1200℃

1.廣泛應用於工業

2.抗酸性佳

具線性性質

1.不適用於CO及亞硫酸瓦斯中

2.在高溫還原性空氣中會劣化

鋁、錳、矽等鎳合金
中溫用

 

 

E

-200~800

 

-8.82/-200℃

61.02/800℃

1.具有最大之熱電動勢 1.不可耐於還原性空氣中使用

2.電氣電阻大

J -200~350 -7.89/-200℃

72.28/750℃

1.可耐於還原性空氣中使用 1.容易生鏽

低溫用  

T

 

-200~350

-5.6/-200℃

17.82/350℃

1.在弱酸性、還原性空氣中很安定 1.300℃以上銅會氧化

超高溫用

 

 

B

500~1700 1.24/500℃

12.4/1700℃

1.能耐於酸性空氣中 1.不可耐於還原性空氣中使用

白金

白金

R 0~1600 0/0℃

18.84/1600℃

          

白金

白金
S 0~1600 -7.89/-200℃

72.28/750℃

           

白金

白金

熱電偶的規格中常提到常用使用溫度及過熱使用溫度,所謂的常用使用溫度,是指熱電偶在空氣中能使用之連續溫度,而過熱使用溫度使只在短暫時間內使用所能承受之最高溫度,若在此溫度連續使用時間過久將會使感測器損壞。另外,使用溫度的高低也會因選用電極材料之線徑而有所差異,一般來說,線徑越大其使用之溫度也越高。


補償導線之使用方法:

當測溫器與熱電偶的距離很長時,為了確保量測時的精度,最理想的解決方法是將熱電偶依原來之金屬線延長後來連接,這種方法在材料的花費上非常地昂貴高,所以出現了所謂的補償導線來替代熱電偶之導線。

通常補償導線可分為兩種,一為與熱電偶同一材質的延伸型(extension type),另一種選擇是與熱電偶電動勢特性相類似的合金補償型(compensation type )。前者的精確度較佳,價錢也較昂貴,反之,後者則是價格低廉但卻犧牲了精確度。


熱電偶之最高使用溫度:

熱電偶種類

線徑(㎜)

常用溫度(℃)

常用溫度(℃)

 

K

0.65

650

850

1.00

750

950

1.60

850

1050

2.30

900

1100

3.20

1000

1200

 

E

0.65

450

500

1.00

500

550

1.60

550

650

2.30

600

750

3.20

700

800

 

J

0.65

400

500

1.00

450

550

1.60

500

650

2.30

550

750

3.20

600

750

T

0.32

200

250

0.65

200

250

1.00

250

300

1.6

300

350

B

0.50

1500

1700

RS

0.50

1400

1600


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