热电偶的标定

❖ 假设在一匀质棒状导体的一 端加热，则沿此棒状导体有 温度梯度导体内自由电子将 从温度高的一端向温度低的 一端扩散，并在温度较低一 端积累起来，使棒内建立起 一电场。当这电场对电子的 作用力与扩散力相平衡时， 扩散作用即停止。电场产生 的电势称为汤姆逊电势或温
差电势。此效应称为汤姆
逊效应。
To A
综上所述，热电极A、B组成的热电偶回路，当接点温度T＞ T0时，其总热电势为：
EA(T ,T0
)
E
' AB
(T
)
EA' B
(T0 )
T
0 ( B )dT
[EA' B (T )
T T0
(
B
)dT ]
[EA' B
(T0
)
T0 0
(
B
)dT ]
EAB (T ) EAB (T0 ) EAB (T ) — 热端的分势电势
因此，我们可以将毫伏表(一般为铜线)接入热电偶回路，并
保证两个结点温度一致．就可对热电势进行测量，而不影响热
电偶的输出。
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3．中间温度定律 热 电 偶 在 接 点 温 度 为 T ， T0 时 的 热
电势等于该热电偶在接点温度为T， Tn和Tn ， T0时相应的热电势的代数和， 即:
EAB (T0 ) — 冷端的分势电势
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重要结论：
❖ (1)如果热电偶二个电极的材料相同，二个接点温度虽不同 不会产生电势；
❖ (2)如果二个电极材料不同．但两接点温度相同，也不会产 生电势；
❖ (3) 当 热 电 偶 二 个 电 极 的 材 料 不 同 ， 且 A 、 B 固 定 后 ， EAB(T,T0)便为二接点温度T和T0的函数，即: EAB(T,T0)=E(T)-E(T0)
❖ 当 T0 保 持 不 变 ， 即 E(T0) 被 认 为 是 常 数 ， 则 热 电 势 置 EAB(T,T0)便为热电偶热端温度T的函数： EAB(T,T0)=E(T)-C 由此可知, EAB(T,T0) 和T有单值对应关系，这是热电偶测 温的基本公式。
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热电极的极性：测量端失去电子的热电极为正极，得到电子的 热电极为负极。在热电势符号EAB(T,T0) ，规定写在前面的A、 T分别为正极和高温，写在后面的B、 T0分别为负极和低温。
如果它们的前后位置互换，则热电势极性相反，如:
EAB(T,T0) ＝一EBA(T,T0) EAB(T,T0)=一EAB(T0 ,T)
判断热电势极性最可靠的方法是将热端稍加热，在冷端用直流 电表辨别。
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二、热电偶的基本定律
1. 均质导体定律
两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极直径、长
度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端
❖ 后来研究指出，热电效应产生的电势EAB(T,T0) 是由珀尔帖(Peltier)效应和汤姆逊(Thomson)效 应引起的。
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1．珀尔帖效应
A
+
-B
T eAB(T)
❖ 什么是珀尔帖效应呢？ ❖ 通过上图你又能想到什么呢？
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❖ 将同温度的两种珀不尔同帖的效金应属互相接触。由
于不同金属内自由电子的密度不同，在两 金属A和B的接触处会发生自由电子的扩 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．直至在接点处建 立了强度充分的电杨，能够阻止电子扩散 达到平衡为止。两种不同金属的接点处产 生的电动势称为电势，又称接触电势。此 效应称为珀尔帖效应。
温度有关。
如果材质不均匀，则当热电极上各处温度不同时．将产生附
加热电势，造成无法估计的测量误差，因此，热电极材料的均
匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。
2．中间导体定律
在热电偶回路中插入第三、四种导体，只要插入导体的两端
温度相等，且插入导体是匀质的，则无论插入导体的温度分布
如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。
目录
❖ 简介 ❖ 热电偶 ❖ 热电阻 ❖ 晶体管和集成温度传感器 ❖ 本章小结
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简介
❖ 什么是温度传感器？ ❖ 分类
2
什么是温度传感器？
❖ 温度传感器是一种将温度变化转换 为电量变化的装置。
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分类
❖ 三类： （1）热电偶是将温度变化转换为电势变化 （2）热电阻是将温度变化转换为电阻值的变
化。 （3）晶体管和集成温度传感器是将温度的变
结构简单，使用方便，精度高．热惯性小，可测
局部温度和便于远距离传送与集中检测、自动记
录等优点。
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Βιβλιοθήκη Baidu电偶
❖ 热电偶的基本原理 ❖ 热电偶的类型及结构 ❖ 热电势的测量及热电偶的标定 ❖ 热电偶的传热误差和动态误差
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热电偶的基本原理
❖ 一、热电效应 ❖ 二、热电偶的基本定律 ❖ 三、热电偶冷端温度及其补偿
eA(T,To)
T 温差电势原理图
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当匀质导体两端的温度分别 是T、T时，温差电势为:
EA(T,T0)
dT或EB
(T
,
T0
)
T
T0 BdT
对于导体A、B组成的热电偶回路，当接点温度T＞T0时，回路的 温差电势等于导体温差电势的代数和，即:
T
T
T
EA(T,T0) EB (T,T0) T0 AdT T0 BdT T0 ( B )dT
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根据电子理论:
E
' AB
(T
)
kT e
ln
nA nB
或EA'（B T0 )
k T0 e
ln
nA nB
温度为T，T0产生的接触电势方向相反，故回路的接触电势为：
EA' B (T )
EA' B (T0 )
kT e
ln
nA nB
k T0 e
ln
nA nB
k e
(T
T0 ) ln
nA nB
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2．汤姆逊效应
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热电效应
❖ 1823年塞贝克(Seebeck)发现．在两种不 同的金属所组成的闭合回路中，当两接触 处的温度不同时，回路中就要产生热电势， 称为塞贝克电势。这个物理现象称为热电 效应。
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原理
EAB (T,T0 ) dT EAB (T ) EAB (T0 )
❖ 式中，αab为热电势率或塞贝克系数，其值随热 电极材料和两接点的温度而定；
化转变为电压或电流的变化。 ❖ 这三种传感器目前在工业产生中已得到广
泛应用，并且有与其相配套的显示仪表与 记录仪表。
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热电偶
❖ 热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感 器。
❖ 自19世纪发现热电效应以来，热电偶被越来越广
泛地用来测量100～1300℃范围内的温度，根据
需要还可以用来测量更高或更低的温度。它具有