耐磨热电偶测温原理介绍

热电偶具有结构简单、测量精度高、裸线热容小、材料兼容性好等优点。 将热电偶作为传感器使用的热电偶温度计的测温范围从低温到4K，从高温到2800c。 热电偶可以进行多点温度测量，其输出信号可以远距离传输。 容易检测和控制。 因此，热电偶广泛应用于工业生产和科研。

热电效应

当两种不同的导体或半导体与闭合电路连接，并且如图2-21所示，使这两个触点处于不同温度时，在这些电路中产生电势，这种现象被称为热电效应。">

热电偶是热电偶温度计的传感器，其温度测量的基本原理是以热电效应为基础的。 如图2-21所示，将两种不同导体(或半导体) a和b与闭合电路连接，在两个接点1和2的温度不同的情况下，T>； t。 电路中产生热电势EAs (T，T0 )。 导体a、b称为热电极，其中a表示热电偶的正极，b表示负极。 两个热电极a和b的组合叫做热电偶。 在两个触点中，触点焊接两个电极，测温时在人的被测对象中感受到被测侧的灰度，因此被称为测量端、热端或工作端的触点2处于环境中，要求温度一定，因此被称为基准端、冷端或自由端。

热电偶采用侧zui热电势实现测温。 该热电势由接触电位(也称为帕尔贴电位)和温度差电位(也称为汤姆森电位)这两个部分构成

两种导体的接触电位

接触电位是由珀耳帖效应引起的，是当两种不同的导体接触时，自由电子从密度大的导体向密度小的导体扩散，达到动态平衡所形成的热电电位。 自由电子扩散的速度与自由电子的密度和温度成正比。

将导体a和b自由电子密度分别设为NA NB、NA时，>； NB。 单位时间内从导体a向导体b扩散的自由电子数比从b向a扩散的自由电子数多，导体a通过失去电子而带正电，导体b通过得到电子而带负电，因此能够在a与b之间产生电位差。 该电位在a、b的接触部形成静电场，阻碍扩散作用的继续。 在某温度t下，电子扩散能力与静电场电阻动态平衡，在接点形成接触电位.

式中eab(t)>； 导体a和b在温度t下接触电位，v；

t1接点温度、k；

k>； 玻尔兹曼常数

e>； 单位电荷。 ；

NAT>； 导体a温度t下的自由电子密度、cm-3

nbt>； 导体b温度t下的自由电子密度、cm-3

注意:接触电位EAB(T )的针脚代码AB的顺序表示电位差的方向。 改变脚码的顺序的话，电位“E&rdquo； 前面的符号也是热电势符号&ldquo； e "加&ldquo； -&rdquo； 号令。

根据式(2-83 )，接触电位的大小与触点温度的高低和导体a和b的自由电子密度有关。 温度越高，接触电位越大，两种导体的自由电子密度之比越大，接触电位也越大。 在a和b为相同材质的情况下，EAA(T) =0

单一导体中温度差电位

温差电位是基于汤姆森效应( Tomson )而产生的，同一导体的两端因其温度而产生的热电电位。

将导体a两端温度分别设为t和To，T>； t。 此时，形成温度梯度。 因为使高温端的自由电子能大于低温端的自由电子能zui，所以从高a端向低温端扩散的自由电子数比从低温端向高温端扩散的自由电子数多。 结果高温端因失去自由电子而带正电荷，低温端因得到自由电子而带负电荷。 因此，在同一导体两端产生电位差，阻止自由电子从高温端向低温端扩散，在zui后使自由电子动态平衡地扩散，将此时形成的电位差称为a差电位.

式中，EA、( t、t )。 、将导体a的两端温度分别设为t和t。 ( T >； To )时的温差电位，v。 ，

同样，将导体b两端温度分别设为t和To .，T>； T0时，还会产生温差电位。 由式(2-84 )可知，温度差电位的大小依赖于热电极两端的温度差和热电极的自由电子密度，自由电子密度与热电极材料成分有关。 温差越大，温差电位也越大。 在热电极两端温度相同的情况下，温度差电位为零，即ea(t，To)=0

热电偶闭合电路总电位

在热电偶闭合电路中产生两个温度差电位EA(T，t )。 ( EB(T，t )。 .)和两个接触电位EAB(T) . EAB(To )。 T>； To，NA>； NB的温度差电位比接触电位小，因此热电偶电路总电位中导体a和r的热端的接触电位EAB ( T )所占的比例zui大，决定电路总电位即热电势的方向，此时能够写入总热电势EAB ( T，To )

由式(2-86 )可知，热电偶产生的热电势与自由电子密度和两触点温度有关。 自由电子密度不仅随热电偶的材料特性而变化，也随温度变化而变化，不是常数。 因此，在热电偶材料恒定的情况下，热电势EAB(T，t )变为恒定。 )是温度t和To的函数差，即

如果冷端温度To可以是恒定的，即f( TO)=C (常数)，则对于特定的热电偶材料，热电势EAB(T，To )仅仅与热端温度具有恒定的值函数关系

该特性称为热电偶的热电特性，可以通过实验求出。 因此，在不改变热电偶的冷端沮丧度To的情况下，只测量热电势EAB ( T，t )。 、可求出被测定温度t。

国际温度标准: To = 0℃，通过实验测量各种热电电极组合的热电偶在不同工作温度下产生的热电势值，制作表格，是常见的尺度表格。 温度和热电势的关系也可以用函数关系表示，称为参考函数。 新的n际温度标准ITS-90的索引表和参考函数

国际电工委员会和国际计量委员会合作安排，国际研究机构(包括中国)共同参与完成，是热电偶测温的主要依据。 关于标准热电偶的分度表和参考函数，详情请参阅附录a和附录b。

结论

根据以上热电偶的测温原理

(1)热电偶的测温三要素，即材质、温度、闭合回路，三者必不可少。

( f( To )一定，则EAB(T.TO )是被测定温度t的一值函数。

(3)冷却温度是否一定，决定测温精度的高低。 由式(2-86 )可知，热电偶的热电势与温度的关系是非线性的，两者之间的严格的数学函数不能准确得到。