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热电堆

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热电堆是一种热释红外线传感器,它是由热电偶构成的一种器件。目前,它在耳式体温计、放射温度计、电烤炉、食品温度检测等领域中,作为温度检测器件获得了广泛的应用。

热电堆结构

  • 辐射接收面分为若干块,每块接一个热电偶,把它们串联起来,就构成热电堆。按用途不同,实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型,亦可制成多通道型和阵列型器件。下图是典型的热电堆

热电堆工作原理

  • 被红外线照射的吸收膜是一种热容量小、温度容易上升的薄膜。在紧靠衬板中央的下部为一空洞结构,这种结构的设计确保了冷端和测温端的温度差。热电偶由多晶硅与铝构成,两者串联连接。当各个热电偶测温端温度上升时,热电偶之间就会产生热电动势 Vn,因此在输出端就可以获得它们的电压之和。

    热电堆的结构与工作原理图


热电堆主要参数

  • 热电堆的内阻 所有串联热电偶的内阻之和,即:

    热电堆的内阻Rpi较大,可达几十千欧姆,易于与放大器的阻抗匹配,可利用普通的运算放大器。

    热电堆的温差电动势

    在相同的温差时,热电堆的开路输出电压Upo是所有串联热电偶的温差电动势之和:

    在相同的电信号检测条件下,热电堆能检测到的最小温差是单个热电偶的1/n,热电堆对温度的分辨能力增强。

    热电堆的噪声等效功率

    噪声等效功率NEP主要取决于热电堆的热噪声。

热电堆应用

  • 热电堆红外测温传感器

    热电堆红外测温传感器直接感应热辐射,为非接触温度测量提供完美的解决方案,它的具有创新的硅基微机械技术保证了它的极好的长期稳定性,非常低的温度灵敏系数,极好的光电特性。热电堆红外传感器使非接触温度测量系统具备很低的价格。它不需要冷却,但在整个温度测量范围内能达到±1℃的精度。对于比较窄的温度测量范围,例如体温测量,精度可以达到±0.1℃。

    在非接触温度计中的应用

    用高精度热敏电阻来测量热电堆所处的环境温度,然后由CPU计算出测量温度。可以在EEPROM中预先写入一些标准的温度条件,例如:在被测物体温度为37℃、热电堆所处环境温度为25℃条件下测得的输出电压。而且,热电堆的输出电压、运放的偏置及增益的离散性等等也可以通过软件来进行修正。

    另外,被测对象的温度与热电堆所处的环境温度之间,存在着下面的关系。

    Vout=A(Tb4-Ts4)

    Vout为热电堆的输出电压(V)

    A为比例系数

    Tb为被测物体的温度(K)

    Ts为热电堆所处的环境温度(K)

    因此,被测对象的温度,可以通过测量热电堆输出电压和热电堆所处环境的绝对温度,并通过运算后获得。

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