热电偶测量原理

热电偶测量原理

    将两种不同的金属导体的一端焊接在一起，构成闭合回路，如图一所示，给焊接端加热，使导体两端产生温差，则在回路中就会产生热电势，其热电势的大小与温度有关。这种以测量热电势的方法来测量温度的元件称为热电偶，两根导体A,B称为电极。焊接端与被测物体接触，称为热电偶的测量端或热端，图一中的T端，另一端在温度恒定的外部环境中，称为热电偶的参考端或冷端，图一中的To端。

    热电势是由接触电势和温差电势组成。接触电势是山相互接触的两个导体内部的电子密度不同产生的，如图二所示，自由电子从密度大的导体A

向密度小的导体B扩散，导体A因失去电子带正电，导体B因获得电子带负电，在导体A与B之间就形成了电势差。温度愈高，两种导体的密度差越大，接触电势也就越大。温差电势是由导体两端温度不同产生的，如果测量端的温度大于参考端的温度，测量端的电子能量就会大于参考端的电子能量，从测量端的扩散到参考端的电子数多于从参考端扩散到测量端的电子数，如图三所示，结果测里端带正电，参考端带负电，在同一导体两端产生电势差。在一定温度下导体两端的电势差形成的静电场，会阻碍电子继续扩散，最终达到动平衡状态。

    从上面分析可以看出，热电偶的总电势的大小，与两导体的电子密度、测量端温度T、参考端温度To有关，其中导体的电子密度主要取决于材料的特性。所以，当热电偶材料一定时，热电偶的总电势就仅与测量端温度T和参考端温度To有关。如果参考端的温度To一定那么热电偶的总电势就是测量端温度T的单值函数，热电偶的总电势与测量端温度T存在唯一对应关系，测量出热电势的大小就知道测量端的温度了，这就是热电偶测量温度的原理。热电偶常用于高温箱式电阻炉。

    任何两种不同性质的导体材料接触在一起都可以制成热电偶，而且在热电偶材料一定的情况下，热电偶的总电势就仅与温度T和To有关，与热电偶的粗细和长短无关。要得到总电势与测量温度唯一对应关系，就必须使热电偶参考端的温度保持恒定。常用热电偶分度表中的热电势数据就是在参考端温度为0℃时给出的。