热电堆的结构

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。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。

由两个或多个热电偶串接组成，各热电偶输出的热电势是互相叠加的。

用于测量小的温差或平均温度。

热电堆的结构：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。

热电堆

热电偶

热电偶是基于一种热电效应——Seebeck效应来工作的温差电元件。

热电偶主要有半导体热电偶和金属热电偶两大类。虽然半导体的Seebeck效应比金属的强得多，但是在较高温度下使用的热电偶则往往是金属热电偶。

基本结构和工作原理

把两根不同材料的两个端头焊接（电焊、铜焊或锡焊）起来，即构成一个热电偶。当一个端头较热、另一个端头较冷时，由于Seebeck效应即将在热电偶的开路端产生出温差电动势（在闭路热电偶中产生出温差电流）；因为产生的温差电动势与两个端头之间的温度差（温度梯度）成正比（比例系数为Seebeck系数），所以，如果固定一个端头（参考极）的温度不变，那么由热电偶的温差电动势大小即可得知另一个端头（传感器）的温度，从而可把热电偶作为温度传感器使用。

在用热电偶检测温度时，首先需要把一个端头固定在不变的参考温度上，一般是采用0oC作为参考温度（可方便的利用冰来得到），如果要求检测精度不高时，也可采用室温作为参考温度。图1中示出了热电偶的几种连接方式（A和B是两种不同的热电偶材料，C是普通的金属导线）：（a）是将一种热电材料断开；（b）和（c）都是采用了另外的常规导线来代替热电材料，以延长长度；（d）是用室温作为参考温度。Vs是温差电动

常用的热电偶材料和特性

实际上使用热电偶时需要考虑其工作温度范围和灵敏度（通常选取为5～90mV/oC）。几种典型的金属热电偶的成分和使用温度范围，列出在表1中；金属热电偶的T、J、E、K、R、S、B等类型，分别采用不同成分的材料制成，并且它们的工作温度范围各异。相应的典型金属热电偶的输出温差电动势与温度的关系，如图2所示。

热电偶的优点：结实耐用、价格低廉、使用方便、覆盖温度范围宽广，故被广泛地用作为温度传感器。

热电偶的缺点：灵敏度较低；精度低；需要参考温度；响应速度慢（为ms数量级）。

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