热电偶的测温原理

热电偶的测温原理是基于热电效应。在两种不同材料的导体或半导体A和B组成的闭合可路中，如果两个导体A和B的连接点温度不同，设T>T，则回路中会产生一个电动势，即生此闭合回路中有电流产生，这种现象称为热电效应。热电效应是由塞贝克在1821年发现的所以又称为塞贝克效应。回路产生的电动势称为热电动势。由两种不同的导体或半导体A和B月成的闭合回路称为热电偶，如图1-19所示。导体或半导体A和B称为热电偶的热电极。热偶的两个连接点，温度为T的被测对象的接点称为热端，又称为检测端或者工作端;温度为参考温To的另一接点称为冷端，又称为参考端和自端。

热电偶产生的热电动势是由接触电动势和温差动势两部分组成的。

1.接触电动势

两种不同材料的导体A和B接触时，由于两者内部的自由电子密度不同，而在接触点会:生的电动势，称为接触电动势，又称为帕尔贴电动势。当两种不同材料的金属接触在一起由于各自的自由电子密度不同，自由电子通过接触处相互向对方扩散。电子密度大的材料于失去的电子比获得的电子多，所以在接触处附近会积累正电荷，而电子密度小的材料由于得的电子多于失去的电子，因此在接触处附近会积累负电荷，这样就在接触处产生了电位

回路中总的接触电动势为

e∧в(T,T°)= e∧в( T)-eв(T)(1-9)从上述公式中可以看出，接触电动势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。温度趋高接触电动势越大，导体的电子密度越高，接触电动势也越大。

2.温差电动势

对导体A或者导体B来说，其两端的温度不同也会产生电动势，该电动势称为温差电动势，又称为汤姆逊电动势。如果设导体两端的温度分别为T和T。由于高温端"的电子能量比低温端7的电子能，因此从高温e(T,石)端扩散到低温端的电子数要比从低温端扩散到高温端的电子数多从而使高温端失去电子而带正电，低温端因得到电子而带负电，从而形成了一个从高温端到低温端的静电场，因此在导体的两端图1-20 温差电动便产生了一个电动势差，这就是温差电动势。

e (T,o)=  o dre (T,To)= ondT

(1-10)
(1-11)

式中导体 A、B两端温度为T、T。时形成的温差电动势;--高温端、低温端的温度:

汤姆逊系数，表示导体 A、B两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势CA、OR例如在0℃时，铜的汤姆逊系数σ=2mV/℃。

3.热电偶回路的总的热电动势

由导体A和B组成的热电偶回路，其接点温度分别为7、T，如果T>T，则热电偶的总的热电动势包括两个接触电动势和两个温差电动势，即

EB(T,7)=eB(T)-eB(T)+e(T,T)-e(T,T)MM(o-o)a7式中 NAT、NAT--导体A在接点温度为T和T。时的电子密度;

(1-12)

NBT、NBT。--导体B在接点温度为T和T。时的电子密度;

CA、σe--导体A和B的汤姆逊系数。

总热电偶及热电动势原理图如图1-21所示，由于温差电动势比接触电动势要小得多，又因为T>T，所以热电偶所产生的总的热电动界EB(T,T)主要由两个接触电动势组成，故

EAB(T,T)=eAB(T)-eAB(T)(1-13)

对于固定的热电偶来说，若冷端温度T恒定，则eA(T)为常数，用C来表示，则总的热电动势就变成了与热端温度T成单值的函数，即

EAB(T,T)=EAB(T,0)+EB(0,T)(1-14)=EB(T,0)-EB(T,0)=EB(T)-EAB(T)=EB(T)-C这就是热电偶测温的基本公式，从以上分析可以看出:(1)热电偶回路热电动势只与组成热电偶的材料及两端温度有关，与热电偶的长度、粗

田无关。(2)只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶:相同材料不会产生热电动因为当A、B两种导体是同一种材料时，In(N/N)=0，也即EB(T，To)=0。(3)只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导体材料不同时，才能有热电动势产生。(4)导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使E(T)=数，则回路热电动势EB(T，T)就只与温度T有关，而且是7的单值函数，这就是利用电偶测温的原理。

在实际应用中，热电动势和温度的关系是通过热电偶的分度表来确定的。根据热电动势与度的函数关系，制成热电偶分度表:分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的电偶具有不同的分度表。