塞貝克效應(yīng)發(fā)現(xiàn)之后,人們就為它找到了應(yīng)用場(chǎng)所。利用塞貝克效應(yīng),可制成溫差電偶(thermocouple,即熱電偶)來(lái)測(cè)量溫度。只要選用適當(dāng)?shù)慕饘僮鳠犭娕疾牧?,就可輕易測(cè)量到從-180℃到+2000℃的溫度,如此寬泛的測(cè)量范圍,令酒精或水銀溫度計(jì)*。現(xiàn)在,通過(guò)采用鉑和鉑合金制作的熱電偶溫度計(jì),甚至可以測(cè)量高達(dá)+2800℃的溫度!
熱電偶的兩種不同金屬線焊接在一起后形成兩個(gè)結(jié)點(diǎn),如圖(a)所示,環(huán)路電壓vout為熱結(jié)點(diǎn)結(jié)電壓與冷結(jié)點(diǎn)(參考結(jié)點(diǎn))結(jié)電壓之差。因?yàn)関h和vc是由兩個(gè)結(jié)的溫度差產(chǎn)生的,也就是說(shuō)vout是溫差的函數(shù)。比例因數(shù)α對(duì)應(yīng)于電壓差與溫差之比,稱為seebeck系數(shù)。
熱電偶測(cè)溫原理
圖(b)所示是一種zui常見(jiàn)的熱電偶應(yīng)用。該配置中引入了第三種金屬(中間金屬)和兩個(gè)額外的結(jié)點(diǎn)。本例中,每個(gè)開(kāi)路結(jié)點(diǎn)與銅線電氣連接,這些連線為系統(tǒng)增加了兩個(gè)額外結(jié)點(diǎn),只要這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度相同,中間金屬(銅)不會(huì)影響輸出電壓。這種配置允許熱電偶在沒(méi)有獨(dú)立參考結(jié)點(diǎn)的條件下使用。vout仍然是熱結(jié)點(diǎn)與冷結(jié)點(diǎn)溫差的函數(shù),與seebeck系數(shù)有關(guān)。然而,由于熱電偶測(cè)量的是溫度差,為了確定熱結(jié)點(diǎn)的實(shí)際溫度,冷結(jié)點(diǎn)溫度必須是已知的。冷結(jié)點(diǎn)溫度為0℃(冰點(diǎn))時(shí)是一種zui簡(jiǎn)單的情況,如果tc=0℃,則vout=vh。這種情況下,熱結(jié)點(diǎn)測(cè)量電壓是結(jié)點(diǎn)溫度的直接轉(zhuǎn)換值。不過(guò),在實(shí)際應(yīng)用中這是難以實(shí)現(xiàn)的。為此,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(nbs)提供了各種類型熱電偶的電壓特征數(shù)據(jù)與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的查找表,所有數(shù)據(jù)均基于0℃冷結(jié)點(diǎn)溫度。利用冰點(diǎn)作為參考點(diǎn),通過(guò)查找適當(dāng)表格中的vh可以確定熱結(jié)點(diǎn)溫度。