熱電熱電堆

熱電堆是由多個熱電偶的串聯(lián)而成。

熱電堆的結構：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。

所謂的熱電效應，是當受熱物體中的電子(空穴)，由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動時，產生電流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。而這個效應的大小，則是用稱為thermopower(Q)的參數(shù)來測量，其定義為Q=E/-dT(E為因電荷堆積產生的電場，dT則是溫度梯度)。三個基本熱電效應：塞貝克（Seebeck）效應，珀爾貼（Peltier）效應，湯姆遜效應。

塞貝克（Seebeck）效應

塞貝克（Seeback）效應，又稱作第一熱電效應，它是指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現(xiàn)象。在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現(xiàn)電流，稱為熱電流。 塞貝克效應的實質在于兩種金屬接觸時會產生接觸電勢差，該電勢差取決于金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個基本因素。 半導體的溫差電動勢較大，可用作溫差發(fā)電器。

珀爾貼（Peltier）效應

珀爾貼（Peltier）效應，又稱為第二熱電效應，是指當電流通過A 、B兩種金屬組成的接觸點時，除了因為電流流經電路而產生的焦耳熱外，還會在接觸點產生吸熱或放熱的效應，它是塞貝克效應的逆反應。

由于焦耳熱與電流方向無關，因此珀爾貼熱可以用反向兩次通電的方法測得。

湯姆遜效應

1856年，湯姆遜利用他所創(chuàng)立的熱力學原理對塞貝克效應和帕爾帖效應進行了全面分析，并將本來互不相干的塞貝克系數(shù)和帕爾帖系數(shù)之間建立了聯(lián)系。湯姆遜認為，在絕對零度時，帕爾帖系數(shù)與塞貝克系數(shù)之間存在簡單的倍數(shù)關系。在此基礎上，他又從理論上預言了一種新的溫差電效應，即當電流在溫度不均勻的導體中流過時，導體除產生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量（稱為湯姆孫熱）?；蛘叻催^來，當一根金屬棒的兩端溫度不同時，金屬棒兩端會形成電勢差。這一現(xiàn)象后叫湯姆遜效應（Thomson effect），成為繼塞貝克效應和帕爾帖效應之后的第三個熱電效應（thermoelectric effect）。

湯姆遜效應是導體兩端有溫差時產生電勢的現(xiàn)象，帕爾帖效應是帶電導體的兩端產生溫差（其中的一端產生熱量，另一端吸收熱量）的現(xiàn)象，兩者結合起來就構成了塞貝克效應。

將兩塊不同的金屬（如銅和鐵）靠在一起時，由于兩金屬中自由電子濃度的不同，使得電子從一金屬向另一金屬擴散轉移，電子轉移量與金屬所處的溫度有關。如果將兩塊金屬處于同一溫度，那么電子轉移會達到一種平衡，這種平衡使得兩金屬的接觸界面上產生一個電勢差，稱為接觸電勢。溫度不同，接觸電勢也不同，根據接觸電勢的大小，可以測量觸點所處的溫度，這種裝置稱為熱電偶。如果將兩個類似于熱電偶的金屬接觸面置于不同的溫度下，并用導線將它們連接起來形成閉合回路，那么，在導線中將會產生不間斷的電流，這就是最簡單的溫差發(fā)電。

熱電比即熱電廠發(fā)熱量和發(fā)電量的比值。根據《關于發(fā)展熱電聯(lián)產的規(guī)定》，要求供熱式汽輪發(fā)電機組的蒸汽流既發(fā)電又供熱的常規(guī)熱電聯(lián)產，應符合下列指標：

A、 所有熱電聯(lián)產機組總熱效率年平均大于45%。熱效率=（供熱量 供電量X 3600千焦/千瓦時）/（燃料總消耗量X燃料單位低位熱值）X 100%。

B、 單機容量在5萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應大于100%；單機容量在5萬千瓦至20萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應大于50%；單機容量20萬千瓦及以上抽汽凝汽兩用供熱機組，采暖期熱電比應大于50%。熱電比=供熱量/（供電量X 3600千焦/千瓦時）X 100%。

注：供熱量單位采用千焦，供電量單位采用千瓦時，燃料總消耗量單位采用千克，燃料單位低位熱值千焦/千克，這兩個條件是衡量熱電機組是否達標的必備條件。

當?shù)V物溫度變化時，在晶體的某些結晶方向產生電荷的性質稱為熱電性。

礦物的熱電性主要存在于無對稱中心、具有極性軸的介電質礦物晶體中。如電氣石、方硼石。

熱電性是指寶石礦物在外界溫度變化時，在晶體的某些方向產生電荷的性質。熱電性最初發(fā)現(xiàn)于石英中。

熱釋電材料如鈦酸鉛、硫酸三甘肽具有材料表面在受熱情況下出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是由于此類物質的分子有自發(fā)極化作用形成電偶極子在物體表面吸附環(huán)境中的靜電荷達到中和，但溫度變化下其自發(fā)極化強度相應改變從而在物體表面出現(xiàn)多余的電荷，我們稱材料的這種表現(xiàn)為熱釋電效應。熱釋電效應是熱電性的一個重要方面。

熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉換的功能材料，1823年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應和1834年發(fā)現(xiàn)的帕爾帖效應為熱電能量轉換器和熱電制冷的應用提供了理論依據。如隨著空間探索興趣的增加、醫(yī)用物理學的進展以及在地球難于日益增加的資源考察與探索活動，需要開發(fā)一類能夠自身供能且無需照看的電源系統(tǒng)，熱電發(fā)電對這些應用尤其合適。隨著全球工業(yè)化進程的加快, 世界能源短缺和枯竭已經成為每個國家不容忽視的問題, 嚴重制約著社會長期穩(wěn)定發(fā)展。研究和開發(fā)新能源已經成為全球能源發(fā)展的趨勢。生活中有許多耗費能源所生成、卻又被廢棄的熱能，例如：汽車尾氣、工廠鍋爐排放的氣體等。如果能將這些熱能善加利用，即可成為再次使用的能源；電能是最廣泛使用的能源形式,但是發(fā)電的主要形式還是化石能源，這些能源的使用在給我們帶來便利的同時，也帶來了全球關注的環(huán)境問題；現(xiàn)代制冷技術給人們生活帶來了很多便利，但是氟里昂制冷劑所帶來的環(huán)境問題卻不容忽視。熱電材料以其獨特的性能成為一種很有發(fā)展前途的功能材料, 它的應用包括溫差發(fā)電和溫差制冷。什么是熱電材料呢？熱電材料是一種利用固體內部載流子運動實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉換的功能材料。人們對熱電材料的認識具有悠久的歷史。1823年，德國人塞貝克（Seebeck）發(fā)現(xiàn)了材料兩端的溫差可以產生電壓，也就是通常所說的溫差電現(xiàn)象。1834年，法國鐘表匠珀耳帖（Peltier）在法國《物理學和化學年鑒》上發(fā)表了他在兩種不同導體的邊界附近（當有電流流過時）所觀察到的溫差反常的論文。這兩個現(xiàn)象表明了熱可以致電，而同時電反過來也能轉變成熱或者用來制冷，這兩個現(xiàn)象分別被命名為塞貝克效應和珀耳帖效應。它們?yōu)闊犭娔芰哭D換器和熱電制冷的應用提供了理論依據。在環(huán)境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行新型熱電材料的研究具有很強的現(xiàn)實意義。 2100433B

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

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。

熱電堆的結構：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。

熱電偶是基于一種熱電效應——Seebeck效應來工作的溫差電元件。

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

基本結構和工作原理

把兩根不同材料的兩個端頭焊接（電焊、銅焊或錫焊）起來，即構成一個熱電偶。當一個端頭較熱、另一個端頭較冷時，由于Seebeck效應即將在熱電偶的開路端產生出溫差電動勢（在閉路熱電偶中產生出溫差電流）；因為產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。相應的典型金屬熱電偶的輸出溫差電動勢與溫度的關系。

熱電偶的優(yōu)點：結實耐用、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；響應速度慢（為ms數(shù)量級）。

內容簡介

王健石、朱炳林主編的《熱電偶與熱電阻技術手冊(計量器具技術手冊)》全面、系統(tǒng)地介紹了工業(yè)最常用的各種熱電偶、補償導線和補償電纜、各種熱電阻的型號、規(guī)格以及相關的大量的技術數(shù)據。內容包括：廉金屬熱電偶絲及分度表，貴金屬熱電偶絲及分度表，熱電偶結構型式及熱電偶電纜，熱電偶材料試驗方法，熱電偶、熱電阻檢定規(guī)程，熱電偶用補償導線和補償電纜，熱電阻。

《熱電偶與熱電阻技術手冊(計量器具技術手冊)》可供溫度測試，熱電偶和熱電阻生產、計量、檢驗、維修等技術人員和工人使用，可作為圖書館上架圖書。

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