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2. 温差电势 Thomson电势
温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度。eA
e A T，T0 A dT
T T0
传感器与检测技术
e (T，T ) — 导体A两端温度为T、T 时形成的温差电
A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
0
T，T0 σA
动势； — 高低端的绝对温度； — 汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差 为1℃时所产生的温差电动势，例如在 0℃时，铜的σ =2μV/℃。 11
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一、热电偶的特点 温度测量范围宽
性能稳定、准确可靠 信号可以远传和纪录
传感器与检测技术
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二、热电偶的分类
1 按材料分类 2 按用途和结构分类
廉价金属 普通工业类 铁－康铜、铜－康铜、镍铬 直形、角形、锥形 －考铜、 …… 专用类 贵重金属 铂铑10－铂、铂铑传感器与检测技术 10－铂铑6 难熔金属 钨铼系、钨钼系、…… 非金属 二碳化钨－二碳化钼、石墨 ＝碳化物 ……
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三、 工作原理
1821年，德国物理学家 塞贝克发现，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，回路中会 传感器与检测技术 产生一个电势，这就是 热电效应，也称作“塞 贝克效应（Seebeck effect）”。
Thomas Johann Seebeck 9 April 1770 – 10 December 1831
NBT0 —— 导体 B 在结点温度为 T0 时的电子密度；
A —— 导体 A 的汤姆逊系数； B —— 导体 B 的汤姆逊系数。
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3. 回路总电势
由于在金属中自由电子数目很多，温度对自由电子密度 的影响很小，故温差电动势可以忽略不计，在热电偶回 路中起主要作用的是接触电动势。NAT和NAT0可记做NA， 传感器与检测技术 NBT和NBT0可记做NB ，则 有
目录
•测温原理 •相关性质
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•冷端补偿
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一、热电偶测温原理 温差热电偶（简称热电偶）是目前温度 测量中使用最普遍的传感元件之一。 它除具有结构简单，测量范围宽、准确 度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远 传感器与检测技术 传或信号转换等优点外，还能用来测量流体 的温度、测量固体以及固体壁面的温度。 微型热电偶还可用于快速及动态温度的 测量。
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四点结论：
★ 热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及 两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。 ★ 只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合 传感器与检测技术 成热电偶；相同材料不会产生热电势，因为 当A、B两种导体是同一种材料时， ln (NA/NB) = 0
也即
EAB(T，T0) = 0
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四点结论：
★ 只有当热电偶两端温度不同，热电偶的两导 体材料不同时才能有热电势产生。
★ 导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶 传感器与检测技术 两端的温度有关。如果使 EAB(T0)=常数， 则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关， 而且是T 的单值函数，这就是利用热电偶测 温的原理。 E (T , T ) E (T ) E (T )
NA k E AB (T ,T0 ) ≈e AB (T )－e AB (T0 ) = (T－T0 )ln e NB
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对于有几种不同材料串联组成的闭合回
路，接点温度分别为T1、T2 、 …、Tn ，冷端
温度为零度的热电势。其热电势为
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E ABN e AB T1 eBC T2 eNA TN
T kT N AT kT0 N AT 0 ln － ln Ｂ－ Ａ dT T0 e N BT e N BT 0
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NAT —— 导体 A 在结点温度为 T 时的电子密度；
NAT0 —— 导体 A在结点温度为 T0 时的电子密度； NBT —— 导体 B 在结点温度为 T 时的电子密度；
3. 回路总电势
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：
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3. 回路总电势
如果 T ＞ T0 ，回路总电势：
E AB T ,T0 e AB T －e AB T0 eB T ,T0 －e A T ,T0
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四、热电偶回路的性质（基本定律） 1. 均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论 其导体是否存在温度梯度，回路中没有电流 ( 传感器与检测技术 即不产生电动势)； 反之，如果有电流流动，此材料则一定 是非均质的，即热电偶必须采用两种不同材 料作为电极。
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2. 中间导体定律
中间导体定则： 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种 导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动 势不变 传感器与检测技术 C
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三、 工作原理
热端
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冷端
回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两 部分组成，即温差电势和接触电势。
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1. 接触电势 Peltier电势
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eAB T
接触电势原理图
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1. 接触电势 Peltier电势
kT NA e AB T ln e NB
e
AB
传感器与检测技术 (T) —— 导体A、B结点在温度 T 时形成的接触电动势；
E
—— 单位电荷， e =1.6×10-19C；
k
—— 波尔兹曼常数， k =1.38×10-23 J/K ；
NA、NB —— 导体A、B在温度为T 时的自由电子密度。
接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。
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2. 温差电势 Thomson电势
ＥA(T)
T A
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T0
温差电势原理图
AB 0 AB AB 0
f (T ) C (T )
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逆向赛贝克效应
电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同 的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动 时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运 传感器与检测技术 动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热 的形式吸收或放出