2.热电偶结构
按结构分：普通热电偶、铠装热电偶及薄膜热电偶。 (1) 普通热电偶
安装 螺纹
安装法兰
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2)中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种导体，
只要第三种导体两端的温度相等，该 导体的接入就不会影响热电偶回路的 总热电动势。 根据该定律，可以将第三导体换成测量仪表，只要保持
两结点温度相同，就可测量热电动势。
应用推广
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请你想一想
在炼钢厂中，有时直接将廉价热电极（易耗品，例如镍铬、 镍硅热偶丝，时间稍长即熔化）插入钢水中测量钢水温度，如图 所示。试说明： ① 为什么不必将工作端焊 在一起？ 毫伏表 毫伏表接线柱 ② 要满足哪些条件才不影 响测量精度？采用上述 保护管 方法是利用了热电偶的 补偿导线 补偿导线接线柱 什么定律？ 热电极A、B ③ 如果被测物不是钢水， 钢熔融体 而是熔化的塑料行吗？ 钢水包 为什么？
(7.2)
接触电动势E AB(T)的形成，可以用以下理论解释。 不同导体材料具有不同的自由电子密度nA、nB，当其接 触时，发生电子扩散。电子扩散速率与nA、nB有关。 设nA>nB。当电子扩散平衡时，A失电子带正电荷，B得 电子带负电荷。其结果在接触区形成电场，该电场阻碍了电
子的继续扩散，达到了动态平衡，即形成接触电动势EAB(T) 。
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3)标准（参考）电极定律
两种导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，如果
它们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热
电动势可用下式求得：
EAB (T,T0 ) EAC (T,T0 ) ECB (T,T0 )
A A C
(7.4)
T
B
T0 = T
C
T0 + T
B
T0
由于铂的物理化学性质稳定，人们多采用铂作为参考电极。
_____热电偶；测量钢退火炉的温度（500~1000
C ），最好选择______热电偶；测量汽轮机高
压蒸气（200C左右）的温度，且希望灵敏度高
一些，选择_____热电偶为宜。
A. R型 B. B型 C. S型 D. K型 E .E型
答案：A、D、E
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补充：热电偶的分度表
第7章 热电式传感器
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引言：温度测量及测温传感器分类
按照测量方法：接触式和非接触式；
按工作原理：膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等。
按测温范围分：（见下表）
气体的体 积与热力
学温度成
正比
体积热膨胀式 红外温度计（辐射式） 广东工业大学信息工程学院
温度传感器分类（按测温范围分）
（1）温差电势的产生
温差电势是在同一导体的两端因其温度的不同而产生 的热电动势。其大小与导体性质和两端温度差有关。
T
A
图7.2
EA
T0
T
EA（T,T0）
温差电势示意图
EA (T ,T0 ) σAdt
T0
T
EB (T ,T0 ) σBdt
T0
(7.1)
式中：EA(T，T0)----导体A的温差电动势；σA——导体A的汤姆逊系数； T、T0— 导体两端的绝对温度。
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4、连接导体定律
热电偶导体A、B分别与连接导线C、D相接， 总热电势为两部分的代数和。
A T B
Tn Tn
C
T0
D
EABCD(T , Tn, T 0) EAB(T , Tn) ECD (Tn, T 0)
意义：运用补偿导线法进行温度测量的理论基础。
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0～500℃ -250～0℃
见表下内容
晶体管、热敏电阻、 压力式玻璃温度计 BaSrTiO3陶瓷
-270～-250℃
热电偶、测温电阻、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振动器、双金属 温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射传感器、晶体管、二极管、 半导体集成电路传感器。
热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。
(7 - 3)
结论：与两结点温度有关，与A,B中间各处温度无关
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实际的热电偶，由两根不同的导体或 半导体一端焊接或绞接而成。
T0
冷端
T0
热电极
A
T
B
热电偶结构示意图
热端
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2.热电偶基本定律 （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。 推论: ①热电偶必须由不同材料的均质热电极组成； ②热电势与热电极的几何尺寸(长度、截面积)无关； ③由一种导体组成的闭合回路中存在温差时，如果回路中产生 了热电动势，那么该导体一定是不均匀的。由此可检查热电极材 料的均匀性。 ④两种均质导体组成的热电偶，其热电势大小只取决于两个接 点的温度，与中间温度的分布无关。
一般把在0～100℃的范围内和所配套使用的热 电偶具有同样热电特性的两根廉价金属导线称为补 偿导线。
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5、中间温度定律 热电偶在两接点温度分别为T、T0时的热电动势 等于该热电偶在接点温度分别为T、Tn和接点温度分 别为Tn、T0时的相应热电动势的代数和。
T
A B
A
Tn
A B
设冷端为0C，根据以下电路中的毫伏表的示值及 K热电偶的分度表，查出热端的温度tx 。
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请你想一想
用镍铬 -- 镍硅（K）热电偶测温度。已知 冷端温度t0为40 C ，用高精度毫伏表测得这时 的热电势为29.186mV，求被测点温度。
答案：
740 C
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如何利用热电偶的分度表
数字式温度表
假设热电偶的冷端温度 为0C，请根据常用的镍铬镍硅（K）热电偶的分度表， 查出：-100C 、0C、 100C 时的热电势。
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K热电偶的分度表
比较查 出的三 个热电 势，可 以看出 热电势 是否线 性？
如何由热电偶的热电势查热端温度值？
分 类 超高温用 传感器 高温用 传感器 中高温用 传感器 中温用 传感器 低温用 传感器 极低温用 传感器 特 征 传 感 器 名 称 1500℃以上 光学高温计、辐射传感器
测 温 范 围
1000～1500℃ 光学高温计、辐射传感器、 热电偶 光学高温计、辐射传感器、 500～1000℃ 热电偶、热电阻
把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶； 把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。
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教学目标和教学内容
了解温度测量方法及测温传感器分类；重 点掌握常用测温传感器的原理、结构以及应用
范围。学会选用测温传感器。教学内容：
热电偶传感器
热电阻式传感器

热电阻

热敏电阻
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热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法。 我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的 “1990年国际温标”（ITS-90）的新标准。按此标准， 制定了相应的分度表，并且有相应的线性化集成电路 与之对应。 直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时 的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为0C。
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（3）热电偶总电动势
一般EAB(T)占主导。
当nA>nB，则A为正极， B为负极。
图7.4
A
T0
EAB(T0 )
E A (T ,T0 )
T
E AB (T)
B
EB (T ,T0 )
热电偶闭合回路电动势组成
E AB (T ,T0 ) E AB (T ) E AB (T0 ) E A (T , T0 ) EB (T , T0 ) KT n AT KT0 n AT0 T ln ln (σ B - A )dt e nBT e nBT0 T0
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重点与难点
重点：
热电偶的原理、基本定律；
常用热电偶种类及结构； 热电偶、热电阻特点及适应范围。
难点：
热电偶基本定律；
热电偶温度补偿问题。
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7.1
热电偶传感器
1、热电效应原理
将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两
7.1.1 热电偶的工作原理
1000C
热电势/ mV
4.834 10.506 9.587
K
E
镍铬－镍硅 (铝)
镍铬－铜镍 (康铜)
-270～1370 C) 61.022
5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？
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练习1：
测量钢水的温度（1400 C ），最好选择
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属
组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点，
发现放在回路旁的指南针发生偏转（说明什么？）， 如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的 偏转角反而减小（又说明什么？） 。 显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生 并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的 温度差有关。
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A
T B
I
T0
图7.1 热电效应原理图
T＞T0
把两种不同的导体两端相接组成闭合回路，当两
接点分别置于T和T0(设T>T0)两不同温度时，则在回
路中就会产生热电势，形成回路电流。这种现象称塞
贝克效应，即热电效应。
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热电偶为何能产生热电动势？