热电偶产生热电势的必要条件
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传感与检测技术
3.5.1 热电偶
2 热电偶基本定律 中间温度定律解决什么问题
结论：
1. 热电偶两电极材料相同，NA=NB时，无论两端点温 度如何，总热电势为零；
2. 如果热电偶两接点温度相同，T=T0时，A、B材料不 同，回路总电势为零； 热电偶产生热电势的必要条件:
❖ 热电偶必须用不同材料做电极； ❖ 在T、T0两端必须有温差梯度.
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 2 热电偶基本定律
T0
ln
NA NB
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
2、单一导体的温差电势（汤姆逊电势）
➢ 对单一金属如果两边温度不同，两端也产生电势。 ➢ 产生这个电势是由于导体内自由电子在高温端具
有较大的动能，会向低温端扩散。由于高温端失 去电子带正电，低温端得到电子带负电。
Ｔ＞Ｔ０
＋
－
传感与检测技术
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述
➢热电式传感器是一种将温度变化转换为电 量的装置。 ➢它是利用某些材料或元件的性能随温度变 化的特性来进行测量的。例如将温度变化转 换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的 变化，再通过适当的测量电路达到检测温度 的目的。
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述
起时，在结点处会产生电子扩散，浓度大的向浓度 小的金属扩散。 ➢ 浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负 电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触 电势。
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
✓
温度T时热端接触电势：
EAB
(T)
KTlnNA e NB
✓冷端（T0）接触电势：
EAB
(T0)KeT0
lnNA NB
式中： A、B 代表不同材料； T ， T0 为两端温度； k＿波尔兹曼常数； e ＿电子电荷量；
N A N B 是A、B 材料的电子浓度；
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3.5.1 热电偶 1 热电效应
❖ 在闭合回路中，总的接触电势为：
EABK eTT0lnN NB AT,T0
KT
e
两者关系为： t90/℃ = T90/ K – 273.15 或 t/℃ = T/ K – 273.15
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述 ➢ 温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量， 现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容， 如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉 这些家用电器中都少不了热电式传感器。
✓ 固定温度的接点称基准点 （冷端）T0 ，恒定在某一标 准温度； ✓ 待测温度的接点称测温点 （热端）T ，置于被测温度 场中。 ✓这种将温度转换成热电动势 的传感器称为热电偶，金属称 热电极。
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
1、两种导体的接触电势（珀尔帖效应） ➢ 不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一
3.5.1 热电偶 1 热电效应
单一导体的温差电势为：
eAT,T0
T
T0 AdT
σ:汤姆逊系数
eBT,T0
T
T0 BdT
❖ A、B 两导体构成闭合回路总的温差电势为：
eAT ,T 0eBT ,T 0T T 0(AB )d T
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3.5.1 热电偶 1 热电效应
根据两导体的接触电势（珀尔帖电势）和单一 导体温差电势（汤姆逊电势）。 ❖热电偶总的热电势为：
2、中间导体定律
➢ 如果将热电偶T0端断开， 接入第三导体C，回路中 电势EAB（T，T0）应写为：
Ｔ Ａ
Ｔ０
Ｃ
Ｂ Ｔ０
E A B C T ,T 0 E A B T E B C T 0 E C A T 0
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3.5.1 热电偶 2 热电偶基本定律
Ｔ
Ａ
Ｂ
Ｔ０
Ｃ
Ｔ０
设 T T0 时， EABC T0 0
E A B T ,T 0 e A T ,T 0 e B T ,T 0 T T 0(A B )d T
K eTT 0lnN N B AT T 0(AB)dT
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
E A B T ,T 0 K eT T 0lnN N B AT T 0(A B )d T
3.5 热电式传感器 主要内容：
1.热电偶 2.热敏电阻 3.集成温度传感器
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
温度单位：热力学温度是国际上公认的最基本温度
➢我国目前实行的是1990年国际温标(ITS—90） 定义国际开尔文温度（T90） 国际摄氏温度（t90）； T90 ：单位（K）开尔文 t90 ：单位（C）摄氏
将 E B C T 0 E C A T 0 E A B T 0
代入上式有：
E A B C T ,T 0 E A B T E A B T 0 E A B T ,Hale Waihona Puke Baidu 0
传感与检测技术
2 热电偶基本定律
结论：
当引入第三导体C时，只要C导体两端温 度相同，回路总电势不变，根据这一定律， 将导体C作为测量仪器接入回路，就可以由 总电势求出工作端温度，条件是：保证两端 温度一致。
均质导体定律解决什么问题？ 1、均质导体定律
➢ 两种均质导体，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 电极材料和两端温度有关。
➢ 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。
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3.5.1 热电偶 2 热电偶基本定律
中间导体定律解决什么问题
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
➢两种不同类型的金属导体两端，分别接在一 起构成闭合回路，当两个结点温度不等（T＞T0） 有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。这 种现象称为热电效应。利用这种效应，只要知道 一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。
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3.5.1 热电偶 1 热电效应
各种热电偶
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述
各种热电阻
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述
➢ 热电式传感器按工作原理主要有以下几类：
✓ 热电偶，利用金属温差电动势，有耐高温、精度高 的特点； ✓ 热电阻，利用导体电阻随温度变化，测温不高； ✓ 热敏电阻，利用半导体材料随温度变化测温，体积 小、灵敏度高、稳定性差； ✓ 集成温度传感器，利用晶体管PN结电流、电压随 温度变化，有专用集成电路，体积小、响应快、价廉， 测量150℃以下温度。
3.5.1 热电偶
2 热电偶基本定律 中间温度定律解决什么问题
结论：
1. 热电偶两电极材料相同，NA=NB时，无论两端点温 度如何，总热电势为零；
2. 如果热电偶两接点温度相同，T=T0时，A、B材料不 同，回路总电势为零； 热电偶产生热电势的必要条件:
❖ 热电偶必须用不同材料做电极； ❖ 在T、T0两端必须有温差梯度.
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3.5.1 热电偶 2 热电偶基本定律
T0
ln
NA NB
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
2、单一导体的温差电势（汤姆逊电势）
➢ 对单一金属如果两边温度不同，两端也产生电势。 ➢ 产生这个电势是由于导体内自由电子在高温端具
有较大的动能，会向低温端扩散。由于高温端失 去电子带正电，低温端得到电子带负电。
Ｔ＞Ｔ０
＋
－
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传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述
➢热电式传感器是一种将温度变化转换为电 量的装置。 ➢它是利用某些材料或元件的性能随温度变 化的特性来进行测量的。例如将温度变化转 换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的 变化，再通过适当的测量电路达到检测温度 的目的。
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述
起时，在结点处会产生电子扩散，浓度大的向浓度 小的金属扩散。 ➢ 浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负 电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触 电势。
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3.5.1 热电偶 1 热电效应
✓
温度T时热端接触电势：
EAB
(T)
KTlnNA e NB
✓冷端（T0）接触电势：
EAB
(T0)KeT0
lnNA NB
式中： A、B 代表不同材料； T ， T0 为两端温度； k＿波尔兹曼常数； e ＿电子电荷量；
N A N B 是A、B 材料的电子浓度；
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3.5.1 热电偶 1 热电效应
❖ 在闭合回路中，总的接触电势为：
EABK eTT0lnN NB AT,T0
KT
e
两者关系为： t90/℃ = T90/ K – 273.15 或 t/℃ = T/ K – 273.15
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3.5 热电式传感器
概述 ➢ 温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量， 现代生活中准确的温度是不可缺少的信息内容， 如家用电器有：电饭煲、电冰箱、空调、微波炉 这些家用电器中都少不了热电式传感器。
✓ 固定温度的接点称基准点 （冷端）T0 ，恒定在某一标 准温度； ✓ 待测温度的接点称测温点 （热端）T ，置于被测温度 场中。 ✓这种将温度转换成热电动势 的传感器称为热电偶，金属称 热电极。
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
1、两种导体的接触电势（珀尔帖效应） ➢ 不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一
3.5.1 热电偶 1 热电效应
单一导体的温差电势为：
eAT,T0
T
T0 AdT
σ:汤姆逊系数
eBT,T0
T
T0 BdT
❖ A、B 两导体构成闭合回路总的温差电势为：
eAT ,T 0eBT ,T 0T T 0(AB )d T
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
根据两导体的接触电势（珀尔帖电势）和单一 导体温差电势（汤姆逊电势）。 ❖热电偶总的热电势为：
2、中间导体定律
➢ 如果将热电偶T0端断开， 接入第三导体C，回路中 电势EAB（T，T0）应写为：
Ｔ Ａ
Ｔ０
Ｃ
Ｂ Ｔ０
E A B C T ,T 0 E A B T E B C T 0 E C A T 0
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3.5.1 热电偶 2 热电偶基本定律
Ｔ
Ａ
Ｂ
Ｔ０
Ｃ
Ｔ０
设 T T0 时， EABC T0 0
E A B T ,T 0 e A T ,T 0 e B T ,T 0 T T 0(A B )d T
K eTT 0lnN N B AT T 0(AB)dT
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
E A B T ,T 0 K eT T 0lnN N B AT T 0(A B )d T
3.5 热电式传感器 主要内容：
1.热电偶 2.热敏电阻 3.集成温度传感器
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
温度单位：热力学温度是国际上公认的最基本温度
➢我国目前实行的是1990年国际温标(ITS—90） 定义国际开尔文温度（T90） 国际摄氏温度（t90）； T90 ：单位（K）开尔文 t90 ：单位（C）摄氏
将 E B C T 0 E C A T 0 E A B T 0
代入上式有：
E A B C T ,T 0 E A B T E A B T 0 E A B T ,Hale Waihona Puke Baidu 0
传感与检测技术
2 热电偶基本定律
结论：
当引入第三导体C时，只要C导体两端温 度相同，回路总电势不变，根据这一定律， 将导体C作为测量仪器接入回路，就可以由 总电势求出工作端温度，条件是：保证两端 温度一致。
均质导体定律解决什么问题？ 1、均质导体定律
➢ 两种均质导体，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 电极材料和两端温度有关。
➢ 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。
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 2 热电偶基本定律
中间导体定律解决什么问题
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3.5.1 热电偶 1 热电效应
➢两种不同类型的金属导体两端，分别接在一 起构成闭合回路，当两个结点温度不等（T＞T0） 有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。这 种现象称为热电效应。利用这种效应，只要知道 一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。
传感与检测技术
3.5.1 热电偶 1 热电效应
各种热电偶
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述
各种热电阻
传感与检测技术
3.5 热电式传感器
概述
➢ 热电式传感器按工作原理主要有以下几类：
✓ 热电偶，利用金属温差电动势，有耐高温、精度高 的特点； ✓ 热电阻，利用导体电阻随温度变化，测温不高； ✓ 热敏电阻，利用半导体材料随温度变化测温，体积 小、灵敏度高、稳定性差； ✓ 集成温度传感器，利用晶体管PN结电流、电压随 温度变化，有专用集成电路，体积小、响应快、价廉， 测量150℃以下温度。