⚡ 2 · 热电偶原理

🔬 塞贝克效应 (Seebeck Effect)

1821 德国物理学家托马斯·塞贝克发现：当两种不同金属导体组成闭合回路，且两个接点处于不同温度时，回路中会产生电动势（热电势）。
这一现象称为 塞贝克效应，是热电偶测温的物理基础。

热电势的大小与两端的温差成正比：E = α · (T₁ − T₀)，其中 α 为塞贝克系数（μV/°C），取决于两种金属的材料组合。

📋 常见热电偶类型 (K, J, T, E, N ...)

不同材料组合适用于不同温度范围和环境。以下是工业中最常用的几种标准化热电偶：

类型	正极 / 负极	温度范围 (°C)	灵敏度 (μV/°C)	特点 / 应用
K	镍铬 / 镍铝	-200 ~ 1260	≈ 41	通用型，抗氧化，工业炉、高温
J	铁 / 康铜	-40 ~ 750	≈ 55	灵敏度高，还原性气氛，塑料、化工
T	铜 / 康铜	-200 ~ 350	≈ 43	低温精度好，耐湿，实验室、食品
E	镍铬 / 康铜	-40 ~ 900	≈ 68	高输出，中等温度，玻璃、陶瓷
N	镍铬硅 / 镍硅	-200 ~ 1300	≈ 39	高稳定性，替代K型，航空、核电

❄️ 冷端补偿 (Cold Junction Compensation)

热电偶测量的是热端与冷端之间的温差电势。而冷端（参考端）通常处于环境温度中，并非恒定的0°C。
为了得到真实温度，必须对冷端温度进行补偿。常用方法包括：

• 冰点法：将冷端置于冰水混合物 (0°C)，精度最高，但使用不便。
• 补偿导线：采用与热电偶材料匹配的导线，将冷端延伸到温度稳定的采集端。
• 硬件补偿：使用温度传感器（如热敏电阻、DS18B20）测量冷端温度，通过电路或算法修正。
• 软件补偿：在ADC采集后，利用微处理器读取冷端温度并叠加修正值。

冷端补偿是热电偶精确测温的关键。 现代采集系统中，通常将冷端温度传感器与热电偶接线端子靠近，利用24位ADC（如ADS1248）或专用热电偶芯片（MAX31855）内部集成补偿，实现高精度测量。

📐 冷端补偿计算示例 (伪代码)

// 读取热电偶电压 (μV) 和冷端温度 (°C)
float v_tc = read_thermocouple_uv();   // 例如 4100 μV
float t_cold = read_cold_junction();   // 例如 25.3 °C

// 查找热电偶分度表 (或多项式) 得到对应温度
float t_hot_raw = lookup_seebeck(v_tc); // 假设 100.2 °C

// 冷端补偿: 实际温度 = 测量温度 + 冷端温度 (线性近似)
float t_real = t_hot_raw + t_cold;

// 更精确: 使用NIST多项式修正非线性
// t_real = polynomial_compensation(v_tc, t_cold);