熱電偶 〈Thermocouple〉

熱電偶（Thermocouple）
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

1821年，物理學家托馬斯約翰塞貝克（Thomas Johann Seebeck）發現，當任何導體（如金屬），受到溫度梯度會產生一個電壓。這就是現在被稱為熱電效應或Seebeck效應。

熱電效應中電壓的大小取決於金屬的種類與溫度梯度大小。採用兩種不同金屬線製作成一接合點，測量另兩端點電壓，此時兩金屬線均產生一電壓，且互相抵消。但由 於金屬種類不同，因此存在一個很小的電壓差值可以被測量，這個差值隨接合點溫度的升高而增大，通常每度（攝氏）產生1至70微伏特，這種耦合的兩個金屬即稱為熱電偶。

熱電偶是一種被廣泛應用的溫度感測器，將其產生的電壓測量後換算成相對應的溫度，即成為ㄧ種溫度計。由於它的價格低廉、感溫迅速、有標準介面，而且具有很大的溫度測量範圍，目前已被廣泛使用。

某些種類的金屬組合，產生的電壓較為明顯且易於測量，且各具某些特點，已將它標準化，主要有以下數種類型：
K型 — 鎳鉻合金 / 鎳鋁合金
這是最常用的熱電偶。測溫範圍自−200 °C到+1200 °C。磁性。敏感度41 µV/°C。
E型 — 鎳鉻合金 / 銅鎳合金
高輸出(68 µV/°C)，非磁性，適合低溫使用。
J型 — 鐵 / 銅鎳合金
測溫範圍較小(−40至+750 °C)。不可用於760 °C以上，敏感度~52 µV/°C。
N型 — 鎳鉻矽合金 / 鎳矽合金
高穩定性，抗高溫氧化，可用於高於1200 °C。900°C時，敏感度39 µV/°C，略低於K型。

另外還有其它各型的熱電偶，例如用鉑金或鉑銠合金會有很好的穩定性，可用於更高的溫度。

熱電偶可以連接串聯以形成一個熱電堆 ，讓所有的熱點暴露在較高溫度，所有冷點暴露在較低的溫度下。因此，電壓以串聯的方式加起來，得到一個較大的電壓和功率，可作為一種小型簡易的電源。 長途太空飛行任務，利用太陽能發電提供電力，若距太陽太遠，可以放射性衰變的超鈾元素提供熱源，經熱電堆轉換成電力來使用。

參考資料：
Thermocouple. http://en.wikipedia.org/wiki/Thermocouple