熱電偶具有結構簡(jiǎn)單、測量精度高、裸線(xiàn)熱容小、材料兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。 將熱電偶作為傳感器使用的熱電偶溫度計的測溫范圍從低溫到4K，從高溫到2800c。 熱電偶可以進(jìn)行多點(diǎn)溫度測量，其輸出信號可以遠距離傳輸。 容易檢測和控制。 因此，熱電偶廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和科研。

熱電效應

當兩種不同的導體或半導體與閉合電路連接，并且如圖2-21所示，使這兩個(gè)觸點(diǎn)處于不同溫度時(shí)，在這些電路中產(chǎn)生電勢，這種現象被稱(chēng)為熱電效應。 產(chǎn)生的電位統稱(chēng)為熱電勢，記為EAB(T，To )。

熱電偶是熱電偶溫度計的傳感器，其溫度測量的基本原理是以熱電效應為基礎的。 如圖2-21所示，將兩種不同導體(或半導體) a和b與閉合電路連接，在兩個(gè)接點(diǎn)1和2的溫度不同的情況下，T>； t。 電路中產(chǎn)生熱電勢EAs (T，T0 )。 導體a、b稱(chēng)為熱電極，其中a表示熱電偶的正極，b表示負極。 兩個(gè)熱電極a和b的組合叫做熱電偶。 在兩個(gè)觸點(diǎn)中，觸點(diǎn)焊接兩個(gè)電極，測溫時(shí)在人的被測對象中感受到被測側的灰度，因此被稱(chēng)為測量端、熱端或工作端的觸點(diǎn)2處于環(huán)境中，要求溫度一定，因此被稱(chēng)為基準端、冷端或自由端。

熱電偶采用側zui熱電勢實(shí)現測溫。 該熱電勢由接觸電位(也稱(chēng)為帕爾貼電位)和溫度差電位(也稱(chēng)為湯姆森電位)這兩個(gè)部分構成

兩種導體的接觸電位

接觸電位是由珀耳帖效應引起的，是當兩種不同的導體接觸時(shí)，自由電子從密度大的導體向密度小的導體擴散，達到動(dòng)態(tài)平衡所形成的熱電電位。 自由電子擴散的速度與自由電子的密度和溫度成正比。

將導體a和b自由電子密度分別設為NA NB、NA時(shí)，>； NB。 單位時(shí)間內從導體a向導體b擴散的自由電子數比從b向a擴散的自由電子數多，導體a通過(guò)失去電子而帶正電，導體b通過(guò)得到電子而帶負電，因此能夠在a與b之間產(chǎn)生電位差。 該電位在a、b的接觸部形成靜電場(chǎng)，阻礙擴散作用的繼續。 在某溫度t下，電子擴散能力與靜電場(chǎng)電阻動(dòng)態(tài)平衡，在接點(diǎn)形成接觸電位.

式中eab(t)>； 導體a和b在溫度t下接觸電位，v；

t1接點(diǎn)溫度、k；

k>； 玻爾茲曼常數

e>； 單位電荷。 ；

NAT>； 導體a溫度t下的自由電子密度、cm-3

nbt>； 導體b溫度t下的自由電子密度、cm-3

注意:接觸電位EAB(T )的針腳代碼AB的順序表示電位差的方向。 改變腳碼的順序的話(huà)，電位“E&rdquo； 前面的符號也是熱電勢符號&ldquo； e "加&ldquo； -&rdquo； 號令。

根據式(2-83 )，接觸電位的大小與觸點(diǎn)溫度的高低和導體a和b的自由電子密度有關(guān)。 溫度越高，接觸電位越大，兩種導體的自由電子密度之比越大，接觸電位也越大。 在a和b為相同材質(zhì)的情況下，EAA(T) =0

單一導體中溫度差電位

溫差電位是基于湯姆森效應( Tomson )而產(chǎn)生的，同一導體的兩端因其溫度而產(chǎn)生的熱電電位。

將導體a兩端溫度分別設為t和To，T>； t。 此時(shí)，形成溫度梯度。 因為使高溫端的自由電子能大于低溫端的自由電子能zui，所以從高a端向低溫端擴散的自由電子數比從低溫端向高溫端擴散的自由電子數多。 結果高溫端因失去自由電子而帶正電荷，低溫端因得到自由電子而帶負電荷。 因此，在同一導體兩端產(chǎn)生電位差，阻止自由電子從高溫端向低溫端擴散，在zui后使自由電子動(dòng)態(tài)平衡地擴散，將此時(shí)形成的電位差稱(chēng)為a差電位.

式中，EA、( t、t )。 、將導體a的兩端溫度分別設為t和t。 ( T >； To )時(shí)的溫差電位，v。 ，

同樣，將導體b兩端溫度分別設為t和To .，T>； T0時(shí)，還會(huì )產(chǎn)生溫差電位。 由式(2-84 )可知，溫度差電位的大小依賴(lài)于熱電極兩端的溫度差和熱電極的自由電子密度，自由電子密度與熱電極材料成分有關(guān)。 溫差越大，溫差電位也越大。 在熱電極兩端溫度相同的情況下，溫度差電位為零，即ea(t，To)=0

熱電偶閉合電路總電位

在熱電偶閉合電路中產(chǎn)生兩個(gè)溫度差電位EA(T，t )。 ( EB(T，t )。 .)和兩個(gè)接觸電位EAB(T) . EAB(To )。 T>； To，NA>； NB的溫度差電位比接觸電位小，因此熱電偶電路總電位中導體a和r的熱端的接觸電位EAB ( T )所占的比例zui大，決定電路總電位即熱電勢的方向，此時(shí)能夠寫(xiě)入總熱電勢EAB ( T，To )

由式(2-86 )可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與自由電子密度和兩觸點(diǎn)溫度有關(guān)。 自由電子密度不僅隨熱電偶的材料特性而變化，也隨溫度變化而變化，不是常數。 因此，在熱電偶材料恒定的情況下，熱電勢EAB(T，t )變?yōu)楹愣ā?)是溫度t和To的函數差，即

如果冷端溫度To可以是恒定的，即f( TO)=C (常數)，則對于特定的熱電偶材料，熱電勢EAB(T，To )僅僅與熱端溫度具有恒定的值函數關(guān)系

該特性稱(chēng)為熱電偶的熱電特性，可以通過(guò)實(shí)驗求出。 因此，在不改變熱電偶的冷端沮喪度To的情況下，只測量熱電勢EAB ( T，t )。 、可求出被測定溫度t。

國際溫度標準: To = 0℃，通過(guò)實(shí)驗測量各種熱電電極組合的熱電偶在不同工作溫度下產(chǎn)生的熱電勢值，制作表格，是常見(jiàn)的尺度表格。 溫度和熱電勢的關(guān)系也可以用函數關(guān)系表示，稱(chēng)為參考函數。 新的n際溫度標準ITS-90的索引表和參考函數

國際電工委員會(huì )和國際計量委員會(huì )合作安排，國際研究機構(包括中國)共同參與完成，是熱電偶測溫的主要依據。 關(guān)于標準熱電偶的分度表和參考函數，詳情請參閱附錄a和附錄b。

結論

根據以上熱電偶的測溫原理

(1)熱電偶的測溫三要素，即材質(zhì)、溫度、閉合回路，三者必不可少。

( f( To )一定，則EAB(T.TO )是被測定溫度t的一值函數。

(3)冷卻溫度是否一定，決定測溫精度的高低。 由式(2-86 )可知，熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系是非線(xiàn)性的，兩者之間的嚴格的數學(xué)函數不能準確得到。

本文熱電偶高頻詞： 溫差  電勢 

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