高速熱電偶的工作原理
高速熱電偶的工作原理可以拆解為兩個(gè)層面來理解:一是所有熱電偶共通的基礎(chǔ)物理原理,二是它實(shí)現(xiàn)“高速”響應(yīng)的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理。
基礎(chǔ)物理原理:塞貝克效應(yīng)
無論是普通熱電偶還是高速熱電偶,其測(cè)溫的根本依據(jù)都是塞貝克效應(yīng)(Seebeck Effect)。
兩種不同的導(dǎo)體:將兩種不同材質(zhì)的金屬導(dǎo)體(例如鉑銠合金和純鉑)一端焊接在一起。
形成兩個(gè)節(jié)點(diǎn):
測(cè)量端(熱端):被焊接在一起、用于插入被測(cè)溫度的那一端。
參考端(冷端):未連接、處于自由狀態(tài)的那一端,通常連接在儀表上,其溫度已知或恒定。
產(chǎn)生熱電勢(shì):當(dāng)測(cè)量端與參考端存在溫度差(ΔT)時(shí),由于兩種金屬的電子逸出功不同,在回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小的電動(dòng)勢(shì),稱為熱電勢(shì)。
溫度換算:這個(gè)熱電勢(shì)的大小與兩端的溫差成一定的函數(shù)關(guān)系。通過測(cè)量這個(gè)電勢(shì)值,并已知參考端的溫度,儀表就能計(jì)算出測(cè)量端的實(shí)際溫度。
實(shí)現(xiàn)“高速”響應(yīng)的特殊設(shè)計(jì)原理
理解了基礎(chǔ)原理后,重點(diǎn)來了:為什么高速熱電偶能測(cè)那么快? 關(guān)鍵在于它對(duì)上述物理過程的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了**優(yōu)化。
1. 極低熱容量原理
傳統(tǒng)熱電偶慢的原因:傳統(tǒng)熱電偶通常有厚重的金屬或陶瓷保護(hù)管,內(nèi)部還有絕緣材料。熱量必須先加熱保護(hù)管,再傳導(dǎo)給內(nèi)部的熱電偶絲,這個(gè)過程非常緩慢(熱惰性大)。
高速熱電偶的設(shè)計(jì):
它使用的熱電偶絲極細(xì)(直徑通常在0.05mm到0.1mm之間)。
測(cè)量端的焊點(diǎn)極?。ㄎ⑿∏驙睿?。
原理:物體的質(zhì)量和體積越小,加熱它所需的熱量就越少,溫度上升就越快。這種極低的熱容量設(shè)計(jì),使得測(cè)量端能瞬間與被測(cè)介質(zhì)達(dá)成熱平衡。