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热电偶传感器
第1页，共62页，编辑于2022年，星期一
第一节 温度测量的基本概念
一、温度测量的基本概念
温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。
从实验到理论：热电效应
第二节 热电偶的工作原理
一、热电效应
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热电效应的定义：
将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。
第二节 热电偶的工作原理
一、热电效应
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A
B
T
T0
k——玻耳兹曼常数，e——电子电荷量，
T——接触处的温度，NA，NB——分别为导体A和B的自由电子密度。
接触电动势
不同材料之间:
节点处电子的扩散所致
第二节 热电偶的工作原理
二、热电势 （接触电动势和温差电动势）
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温差电动势
σA，σB——汤姆逊温度系数。
同种材料：
两端温度不同电子运动速度不同
第二节 热电偶的工作原理
二、热电势 （接触电动势和温差电动势）
A
B
T
T0
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由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：
T0
T
eAB(T)
eAB(T0)
eA(T,T0)
eB(T,T0)
A
B
回路总电势
NAT、NAT0——导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0——导体B在结点温度为T和T0时的电子密度；
σA 、 σB——导体A和B的汤姆逊系数。
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实验和理论均以证明：热电偶回路的热电动势主要是由接触电势引起的。又由于EAB（T）和EAB（T0）的极性相反，所以回路总电势为：
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结论：
①如果热电偶两材料相同，则无论接点处的温度
如何，总电势为零；
②如果两接点处的温度相同，尽管A、B材料不同，
总热电势为零；
③热电偶产生的热电势只与材料、接点处的温度有
关，而与材料的尺寸、几何形状无关；
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④若A、B材料确定，热电势EAB(T,T0)是两接点温度T
和T0的函数差,即如果T0保持恒定,则f(T0)=C(常数)
热电势EAB(T,T0)只是工作端温度T的单值函数。
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2)中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。
T
T0
V
1)均质导体定律
由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。
第二节 热电偶的工作原理
三、热电偶测温基本定律
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若三个接点的温度均为T0，则回路的总热电势为
EABC（T0）= EAB(T0)+ EBC(T0)+ ECA(T0)=0
若A、B接点温度为T，其余接点温度为T0，且T >T0，
则回路的总热电势为
EABC（T，T0）= EAB(T)+ EBC(T0)+ ECA(T0)
因为EAB(T0)=-[EBC(T0)+ ECA(T0)]
所以
EABC（T，T0）= EAB(T)- EAB(T0)
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3)中间温度定律
热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律可以用下式表示：
中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。
第二节 热电偶的工作原理
三、热电偶测温基本定律
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根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶。
在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件：
(1)在同