熱電堆測溫儀工作原理以及使用方法

2021-01-08 儀器儀表交易網

自1913年以來，Kipp＆Zonen一直從事用於光和熱輻射測量的快速靈敏的熱電堆的製造。該設計由幾個熱電偶組成，由烏得勒支大學的Moll博士負責。Moll博士的熱電堆原型在1923年於烏得勒支舉行的一次氣象會議上引起了數位科學家的注意。此後，波蘭氣象學院的L. Gorczynski教授在修改了Moll-Gorczynski熱電堆後，構造了一個日射強度計和一個日向溼度計。熱電堆特性可確保小型，輕巧和低成本的儀器產生連續的電壓輸出信號。這樣的儀器避免了對控制系統或任何外部電源的需要。隨著這些原型的成功，Kipp＆Zonen於1924年成為總輻射表製造商。本文詳細介紹了熱電堆總輻射表的工作原理。輻射計的工作總輻射表通過熱電檢測原理進行工作，即水平發黑的表面完全吸收寬波長範圍內的入射能量。結果，表面溫度升高，這是使用串聯或並聯連接形成熱電堆的熱電偶進行測量的。圖1顯示了熱電堆原理圖。

圖1.熱電堆示意圖儲存在黑色塗層中的吸收輻射用於加熱位於變黑的接收器表面下方的活動或熱連接。但是，被動結或冷結與發黑表面熱接觸，該發黑表面充當散熱器。最新的高性能總輻射表使用珀爾帖元件-一種熱電元件，它使用不同的半導體代替熱電偶/熱電堆的不同金屬。圖2顯示了具有不同半導體的總輻射表的示意圖。

圖2.具有不同半導體的總輻射表的示意圖需要保護黑色檢測器塗層免受可能影響測量的外部因素（例如風，灰塵和降水）的影響。幾乎所有類型的總輻射表都採用光學質量的玻璃來覆蓋其半球形的單球形或雙球形圓頂。基於玻璃，透射率可以從300nm變化至小於3000nm。雙圓頂易於使傳感器表面與環境參數隔離，例如快速的溫度波動和風，在變化的工作條件下提供出色的穩定性。相對於材料的折射率和圓頂的形狀，當太陽非常靠近地平線並彎曲入射的輻射束時，傳感器的響應得到改善。Kipp＆Zonen的CMP 22模型採用石英圓頂，可提供較寬的光譜響應。石英圓頂的高折射率進一步改善了方向響應。與玻璃相比，石英圓頂具有更高的導熱性，還具有其他一些性能優勢。圖3顯示了帶有圓頂的總輻射表的示意圖。

圖3.帶有圓頂的總輻射表的示意圖包括CMP系列在內的無源熱電堆/珀爾帖測溫儀不需要電源。檢測器產生的小電壓約為每W / m 2 10 V ，與儀器外殼和黑色吸收表面之間的溫差成正比。因此，晴天的輸出將約為10 mV。使用每個日射強度計的獨特靈敏度，將以微伏為單位的信號轉換為以W / m 2為單位的整體輻照度。圖4顯示了珀耳帖總輻射表的示意圖。

圖4. Peltier總輻射表的示意圖結論Kipp＆Zonen的SMP系列智能總輻射表具有與等效CMP型號相同的檢測器，並帶有附加的內置數位訊號處理和性能增強功能。因此，它們不需要外部電源即可操作。建議每兩年重新校準一次儀器，以保持儀器的高性能。此外，通過為信號電纜引入高質量的防水連接器，簡化了該過程。

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