熱電堆熱電偶

熱電偶是基于一種熱電效應(yīng)——Seebeck效應(yīng)來工作的溫差電元件。

熱電偶主要有半導(dǎo)體熱電偶和金屬熱電偶兩大類。雖然半導(dǎo)體的Seebeck效應(yīng)比金屬的強得多，但是在較高溫度下使用的熱電偶則往往是金屬熱電偶。

基本結(jié)構(gòu)和工作原理

把兩根不同材料的兩個端頭焊接（電焊、銅焊或錫焊）起來，即構(gòu)成一個熱電偶。當(dāng)一個端頭較熱、另一個端頭較冷時，由于Seebeck效應(yīng)即將在熱電偶的開路端產(chǎn)生出溫差電動勢（在閉路熱電偶中產(chǎn)生出溫差電流）；因為產(chǎn)生的溫差電動勢與兩個端頭之間的溫度差（溫度梯度）成正比（比例系數(shù)為Seebeck系數(shù)），所以，如果固定一個端頭（參考極）的溫度不變，那么由熱電偶的溫差電動勢大小即可得知另一個端頭（傳感器）的溫度，從而可把熱電偶作為溫度傳感器使用。

在用熱電偶檢測溫度時，首先需要把一個端頭固定在不變的參考溫度上，一般是采用0oC作為參考溫度（可方便的利用冰來得到），如果要求檢測精度不高時，也可采用室溫作為參考溫度。熱電偶的幾種連接方式（A和B是兩種不同的熱電偶材料，C是普通的金屬導(dǎo)線）：（a）是將一種熱電材料斷開；（b）和（c）都是采用了另外的常規(guī)導(dǎo)線來代替熱電材料，以延長長度；（d）是用室溫作為參考溫度。Vs是溫差電動

常用的熱電偶材料和特性

實際上使用熱電偶時需要考慮其工作溫度范圍和靈敏度（通常選取為5～90mV/oC）。幾種典型的金屬熱電偶的成分和使用溫度范圍，列出在表1中；金屬熱電偶的T、J、E、K、R、S、B等類型，分別采用不同成分的材料制成，并且它們的工作溫度范圍各異。相應(yīng)的典型金屬熱電偶的輸出溫差電動勢與溫度的關(guān)系。

熱電偶的優(yōu)點：結(jié)實耐用、價格低廉、使用方便、覆蓋溫度范圍寬廣，故被廣泛地用作為溫度傳感器。

熱電偶的缺點：靈敏度較低；精度低；需要參考溫度；響應(yīng)速度慢（為ms數(shù)量級）。

熱電堆是一種熱釋紅外線傳感器 ，它是由熱電偶構(gòu)成的一種器件。它在耳式體溫計、放射溫度計、電烤爐、食品溫度檢測等領(lǐng)域中，作為溫度檢測器件獲得了廣泛的應(yīng)用。

由兩個或多個熱電偶串接組成，各熱電偶輸出的熱電勢是互相疊加的。

用于測量小的溫差或平均溫度。

熱電堆的結(jié)構(gòu)：輻射接收面分為若干塊，每塊接一個熱電偶，把它們串聯(lián)起來，就構(gòu)成熱電堆。按用途不同，實用的熱電堆可以制成細絲型和薄膜型，亦可制成多通道型和陣列型器件。

被紅外線照射的吸收膜是一種熱容量小、溫度容易上升的薄膜。在緊靠襯板中央的下部為一空洞結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計確保了冷端和測溫端的溫度差。熱電偶由多晶硅與鋁構(gòu)成，兩者串聯(lián)連接。當(dāng)各個熱電偶測溫端溫度上升時，熱電偶之間就會產(chǎn)生熱電動勢 Vn，因此在輸出端就可以獲得它們的電壓之和。

熱電堆的結(jié)構(gòu)與工作原理圖

熱電堆的內(nèi)阻 所有串聯(lián)熱電偶的內(nèi)阻之和，即 ：

熱電堆的內(nèi)阻Rpi較大，可達幾十千歐姆，易于與放大器的阻抗匹配，可利用普通的運算放大器。

熱電堆的溫差電動勢

在相同的溫差時，熱電堆的開路輸出電壓Upo是所有串聯(lián)熱電偶的溫差電動勢之和：

在相同的電信號檢測條件下，熱電堆能檢測到的最小溫差是單個熱電偶的1/n，熱電堆對溫度的分辨能力增強。

熱電堆的溫差電動勢

在相同的溫差時，熱電堆的開路輸出電壓Upo是所有串聯(lián)熱電偶的溫差電動勢之和：

在相同的電信號檢測條件下，熱電堆能檢測到的最小溫差是單個熱電偶的1/n，熱電堆對溫度的分辨能力增強。

熱電堆的噪聲等效功率

噪聲等效功率NEP主要取決于熱電堆的熱噪聲。

熱電堆紅外測溫傳感器

熱電堆紅外測溫傳感器直接感應(yīng)熱輻射 ，為非接觸溫度測量提供完美的解決方案，它的具有創(chuàng)新的硅基微機械技術(shù)保證了它的極好的長期穩(wěn)定性，非常低的溫度靈敏系數(shù),極好的光電特性。熱電堆紅外傳感器使非接觸溫度測量系統(tǒng)具備很低的價格。它不需要冷卻，但在整個溫度測量范圍內(nèi)能達到±1℃的精度。對于比較窄的溫度測量范圍，例如體溫測量，精度可以達到±0.1℃。

在非接觸溫度計中的應(yīng)用

用高精度熱敏電阻來測量熱電堆所處的環(huán)境溫度，然后由CPU計算出測量溫度?？梢栽贓EPROM中預(yù)先寫入一些標(biāo)準(zhǔn)的溫度條件，例如：在被測物體溫度為37℃、熱電堆所處環(huán)境溫度為25℃條件下測得的輸出電壓。而且，熱電堆的輸出電壓、運放的偏置及增益的離散性等等也可以通過軟件來進行修正 。

另外，被測對象的溫度與熱電堆所處的環(huán)境溫度之間，存在著下面的關(guān)系。

Vout=A(Tb4-Ts4)

Vout為熱電堆的輸出電壓(V)

A為比例系數(shù)

Tb為被測物體的溫度(K)

Ts為熱電堆所處的環(huán)境溫度(K)

因此，被測對象的溫度，可以通過測量熱電堆輸出電壓和熱電堆所處環(huán)境的絕對溫度，并通過運算后獲得。

。2100433B

熱電堆是由多個熱電偶的串聯(lián)而成。

熱電堆的結(jié)構(gòu)：輻射接收面分為若干塊，每塊接一個熱電偶，把它們串聯(lián)起來，就構(gòu)成熱電堆。按用途不同，實用的熱電堆可以制成細絲型和薄膜型，亦可制成多通道型和陣列型器件。

熱電偶以及由多個熱電偶級聯(lián)構(gòu)成的熱電堆，是一種傳統(tǒng)的非接觸式熱傳感器，其基本原理是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的Seebeck效應(yīng)，將溫度梯度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵鲂盘?。熱電堆器件未來的發(fā)展方向是采用更高性能的熱電材料，與先進半導(dǎo)體技術(shù)緊密結(jié)合，進一步提高器件精度并小型化。基于石墨烯優(yōu)良的、獨特的熱電學(xué)特性，石墨烯熱電堆器件有比現(xiàn)有的硅熱電堆器件具有更高靈敏度的潛力。隨著工藝的進步，通過進一步減小介質(zhì)上石墨烯的電阻率和復(fù)合結(jié)構(gòu)的總厚度、甚至提高石墨烯Seebeck系數(shù)，石墨烯熱電堆器件的靈敏度將有很大的提高空間。石墨烯熱電堆同時具有使用簡單、成本低、可靠性高、應(yīng)用范圍特別廣泛的優(yōu)點。 本項目重點圍繞石墨烯材料的特點，充分發(fā)揮其材料的優(yōu)勢，研究開發(fā)相應(yīng)的熱電堆器件結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)，對石墨烯熱電堆器件的工作原理、加工工藝和測試技術(shù)進行深入研究，并對其相關(guān)特性進行剖析，進一步發(fā)現(xiàn)和解決石墨烯熱電堆器件的若干問題，為石墨烯熱電堆器件的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。 項目深入研究了石墨烯熱電堆器件的制備工藝流程，獲得了熱電偶并聯(lián)、串聯(lián)等多種結(jié)構(gòu)的石墨烯熱電堆器件。通過工藝優(yōu)化，將影響器件性能的重要參數(shù)之一----接觸電阻降低到500Ω?μm。針對多個試驗樣品的實驗測試結(jié)果表明，當(dāng)柵控電壓在-1 V左右時，石墨烯熱電堆的Seebeck系數(shù)最大值在50-75μV/K 之間；當(dāng)柵控電壓在0.8 V左右時，Seebeck系數(shù)的最小值在-25~-55μV/K 之間。通過靜電法成功地實現(xiàn)了對石墨烯Seebeck系數(shù)的調(diào)控和反相，驗證了項目提出的石墨烯熱電堆工作和檢測基本原理的正確性。 2100433B

堆料機高架型橋式皮帶堆料機

如圖1所示，高架型橋式皮帶堆料機是將堆料皮帶機裝設(shè)在一個可以移動的橋架上，而這個橋架是橫跨料堆的。在它的堆料皮帶機上設(shè)有S型的卸料小車，與橋架的運動方向相反，使堆料機能在料堆的任何一點進行堆料。此類堆料機適用于梯形橫截面的料堆，也可以進行波浪形或水平層狀的料堆。

堆料機耙式堆料機

如圖2所示，耙式堆料機又名鏈?zhǔn)桨?，是一種既能堆料又能取料的設(shè)備，主要用于側(cè)面堆料。有些鏈耙還能進行反轉(zhuǎn)，即堆料時的回轉(zhuǎn)方向與取料時相反，物料通過耙桿中的開孔送往下股鏈。耙式堆料機通過鏈?zhǔn)焦伟逯邪惭b的堆料皮帶和刮板聯(lián)合作業(yè)，大大的提高了堆料能力。

堆料機頂部堆料的天橋皮帶堆料機

如圖3所示，頂部堆料的天橋皮帶堆料機用于預(yù)均化堆廠設(shè)在廠房內(nèi)的情況，通過廠房的屋頂將堆場進料主皮帶機接到屋架上，與屋架上的天橋皮帶機相連接。該堆料機所采用的設(shè)備較簡單，只要在天橋皮帶機上裝一臺S型皮帶卸料車，就可以直接從天橋皮帶上進行堆料。但是它只能作人字形或圓錐形料，如要采用波浪形堆料，就會使堆料設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。它的另一個缺點是物料落差較大。因此，這種設(shè)備在水泥廠中較少采用。

堆料機回轉(zhuǎn)式懸臂皮帶堆料機

如圖4所示，回轉(zhuǎn)式懸臂皮帶堆料機是預(yù)均化堆場中采用最廣泛的側(cè)面堆料的堆料機。它主要由兩部分組成：一是連接在堆場進料主皮帶機上的S型皮帶卸料小車，其作用就是通過進料皮帶的S形轉(zhuǎn)折，將物料送到堆料皮帶機上；二是由此橫向伸到料堆上方的懸臂堆料皮帶機。懸臂堆料皮帶機可以是固定的，也可以是繞著中心軸轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)式懸臂皮帶堆料機，其回轉(zhuǎn)運動是通過電動機帶動，能進行360回轉(zhuǎn)。