【導(dǎo)讀】熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。在兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成的閉合可路中，如果兩個(gè)導(dǎo)體A和B的連接點(diǎn)溫度不同，設(shè)T>T，則回路中會產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢，即生此閉合回路中有電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。
熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。在兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成的閉合可路中，如果兩個(gè)導(dǎo)體A和B的連接點(diǎn)溫度不同，設(shè)T>T，則回路中會產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢，即生此閉合回路中有電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)是由塞貝克在1821年發(fā)現(xiàn)的所以又稱為塞貝克效應(yīng)。回路產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為熱電動(dòng)勢。由兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B月成的閉合回路稱為熱電偶，如圖1-19所示。導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B稱為熱電偶的熱電極。熱偶的兩個(gè)連接點(diǎn)，溫度為T的被測對象的接點(diǎn)稱為熱端，又稱為檢測端或者工作端;溫度為參考溫To的另一接點(diǎn)稱為冷端，又稱為參考端和自端。
熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢是由接觸電動(dòng)勢和溫差動(dòng)勢兩部分組成的。
1.接觸電動(dòng)勢
兩種不同材料的導(dǎo)體A和B接觸時(shí)，由于兩者內(nèi)部的自由電子密度不同，而在接觸點(diǎn)會:生的電動(dòng)勢，稱為接觸電動(dòng)勢，又稱為帕爾貼電動(dòng)勢。當(dāng)兩種不同材料的金屬接觸在一起由于各自的自由電子密度不同，自由電子通過接觸處相互向?qū)Ψ綌U(kuò)散。電子密度大的材料于失去的電子比獲得的電子多，所以在接觸處附近會積累正電荷，而電子密度小的材料由于得的電子多于失去的電子，因此在接觸處附近會積累負(fù)電荷，這樣就在接觸處產(chǎn)生了電位
回路中總的接觸電動(dòng)勢為
e∧в(T,T°)= e∧в( T)-eв(T)(1-9)從上述公式中可以看出，接觸電動(dòng)勢的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。溫度趨高接觸電動(dòng)勢越大，導(dǎo)體的電子密度越高，接觸電動(dòng)勢也越大。
2.溫差電動(dòng)勢
對導(dǎo)體A或者導(dǎo)體B來說，其兩端的溫度不同也會產(chǎn)生電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢稱為溫差電動(dòng)勢，又稱為湯姆遜電動(dòng)勢。如果設(shè)導(dǎo)體兩端的溫度分別為T和T。由于高溫端"的電子能量比低溫端7的電子能，因此從高溫e(T,石)端擴(kuò)散到低溫端的電子數(shù)要比從低溫端擴(kuò)散到高溫端的電子數(shù)多從而使高溫端失去電子而帶正電，低溫端因得到電子而帶負(fù)電，從而形成了一個(gè)從高溫端到低溫端的靜電場，因此在導(dǎo)體的兩端圖1-20 溫差電動(dòng)便產(chǎn)生了一個(gè)電動(dòng)勢差，這就是溫差電動(dòng)勢。
e (T,o)= o dre (T,To)= ondT
(1-10)
(1-11)
式中導(dǎo)體 A、B兩端溫度為T、T。時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢;--高溫端、低溫端的溫度:
湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體 A、B兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢CA、OR例如在0℃時(shí)，銅的湯姆遜系數(shù)σ=2mV/℃。
3.熱電偶回路的總的熱電動(dòng)勢
由導(dǎo)體A和B組成的熱電偶回路，其接點(diǎn)溫度分別為7、T，如果T>T，則熱電偶的總的熱電動(dòng)勢包括兩個(gè)接觸電動(dòng)勢和兩個(gè)溫差電動(dòng)勢，即
EB(T,7)=eB(T)-eB(T)+e(T,T)-e(T,T)MM(o-o)a7式中 NAT、NAT--導(dǎo)體A在接點(diǎn)溫度為T和T。時(shí)的電子密度;
(1-12)
NBT、NBT。--導(dǎo)體B在接點(diǎn)溫度為T和T。時(shí)的電子密度;
CA、σe--導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。
總熱電偶及熱電動(dòng)勢原理圖如圖1-21所示，由于溫差電動(dòng)勢比接觸電動(dòng)勢要小得多，又因?yàn)門>T，所以熱電偶所產(chǎn)生的總的熱電動(dòng)界EB(T,T)主要由兩個(gè)接觸電動(dòng)勢組成，故
EAB(T,T)=eAB(T)-eAB(T)(1-13)
對于固定的熱電偶來說，若冷端溫度T恒定，則eA(T)為常數(shù)，用C來表示，則總的熱電動(dòng)勢就變成了與熱端溫度T成單值的函數(shù)，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這就是熱電偶測溫的基本公式，從以上分析可以看出:(1)熱電偶回路熱電動(dòng)勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)，與熱電偶的長度、粗
田無關(guān)。(2)只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶:相同材料不會產(chǎn)生熱電動(dòng)因?yàn)楫?dāng)A、B兩種導(dǎo)體是同一種材料時(shí)，In(N/N)=0，也即EB(T，To)=0。(3)只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同，熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同時(shí)，才能有熱電動(dòng)勢產(chǎn)生。(4)導(dǎo)體材料確定后，熱電動(dòng)勢的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使E(T)=數(shù)，則回路熱電動(dòng)勢EB(T，T)就只與溫度T有關(guān)，而且是7的單值函數(shù)，這就是利用電偶測溫的原理。
在實(shí)際應(yīng)用中，熱電動(dòng)勢和溫度的關(guān)系是通過熱電偶的分度表來確定的。根據(jù)熱電動(dòng)勢與度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表:分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的電偶具有不同的分度表。
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