图文并茂热电偶传感器
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热电偶式传感器工作原理
热电偶式传感器工作原理小伙伴们！今天咱们来唠唠热电偶式传感器这个超有趣的东西。
热电偶式传感器呀，就像是一个小小的温度侦探呢。
它的基本原理其实是基于一种很奇妙的热电效应。
你看啊，世界上有好多不同的金属，当把两种不同的金属一端连接在一起，然后把连接端放在一个温度环境里，另一端放在另一个温度环境里的时候，就会发生神奇的事情哦。
想象一下，这两种金属就像是两个性格不同的小伙伴。
当温度有差异的时候，它们之间就开始“闹别扭”啦，不过这个“闹别扭”是很有规律的。
它们之间会产生一个电势差，这个电势差就和温度的差异有着密切的关系呢。
就好像这两个金属小伙伴在悄悄地说：“温度不一样了，我们得做点反应啦。
”那这个电势差是怎么来的呢？这就得从金属内部的电子说起啦。
不同的金属，它们的电子活跃程度是不一样的。
当温度改变的时候，电子们就像一群调皮的小蚂蚁，开始重新分布啦。
在热端的金属里，电子变得更加活跃，就想着往冷端的金属那边跑。
这样一来一往的，就产生了电势差。
这电势差就像是一个信号，告诉我们温度有变化了。
而且哦，这个电势差和温度差之间的关系是比较稳定的。
就像一对好朋友之间有一个约定好的暗号一样。
科学家们通过大量的实验，已经把这个暗号给破解得差不多了。
所以我们就可以根据测量到的电势差，准确地算出温度差，然后再结合已知的一个温度，就能知道另一个温度啦。
热电偶式传感器在生活里的应用可多着呢。
比如说在工业的大熔炉旁边，那里面温度超级高，普通的温度计进去可能就直接“壮烈牺牲”了。
但是热电偶式传感器就不怕，它可以在高温环境里稳稳地工作，时刻监测着熔炉里的温度，就像一个忠诚的小卫士。
还有在一些科学实验里，需要精确测量很小的温度变化，热电偶式传感器也能大显身手。
不过呢，热电偶式传感器也有点小脾气。
它有时候会受到周围环境的干扰。
比如说周围有磁场啦，或者连接的线路有接触不良的情况啦，这都会影响它准确地测量温度。
就像一个小朋友在认真做作业的时候，旁边有人一直在打扰他，他就容易出错一样。
热电偶传感器ppt课件
热电率较小，敏捷度低，高温下机械强度下降， 抗污染能力差，贵金属材料昂贵。
3. 镍铬-镍硅热电偶（K型）
使用量最大旳便宜金属热电偶，用量为其他热电 偶旳总和。 正极（KP）旳名义化学成份为：Ni:Cr=90:10， 负极（KN）旳名义化学化学成份为Ni:Si=97:3。 其使用温度为-200～1300℃。
正
较硬
B
负
稍软
0.033
600~900
0~1600
1800
Ⅲ
＞800
±4℃ ±0.5%t
正
不亲磁
Ⅱ
-40~1300
±2.5℃或±0.75%t
K
4.096
0~1200
1300
负
稍亲磁
Ⅲ
-200~40
±2.5℃或±1.5%t
N
正
不亲磁
负
稍亲磁
2.774
200~1200
1300
Ⅰ Ⅱ
-40~1100 -40~1300
T —— 接触面旳绝对温度
e —— 单位电荷量 NA——金属电极A旳自由电子密度 NB——金属电极B旳自由电子密度
2. 温差电势
温差电势（汤姆逊电势）
T
eA (T ,T0 )
dT
T0
(6.3.2)
图6.3.3 热电偶旳温差电势
δ —— 汤姆逊系数，它表达温差为1℃时所产生旳 电动势值，它与材料旳性质有关。
热电极旳温度分布无关； 假如热电偶旳热电极是非匀质导体，在不均匀温度
场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料旳均 匀性是衡量热电偶质量旳主要技术指标之一。
2. 中间导体定律 在热电偶回路中接入与A、B电极不同旳另一种
导体称中间导体C，只要中间导体旳两端温度相同， 热电偶回路总电动势不受中间导体接入旳影响。
3. 镍铬-镍硅热电偶（K型）
使用量最大旳便宜金属热电偶，用量为其他热电 偶旳总和。 正极（KP）旳名义化学成份为：Ni:Cr=90:10， 负极（KN）旳名义化学化学成份为Ni:Si=97:3。 其使用温度为-200～1300℃。
正
较硬
B
负
稍软
0.033
600~900
0~1600
1800
Ⅲ
＞800
±4℃ ±0.5%t
正
不亲磁
Ⅱ
-40~1300
±2.5℃或±0.75%t
K
4.096
0~1200
1300
负
稍亲磁
Ⅲ
-200~40
±2.5℃或±1.5%t
N
正
不亲磁
负
稍亲磁
2.774
200~1200
1300
Ⅰ Ⅱ
-40~1100 -40~1300
T —— 接触面旳绝对温度
e —— 单位电荷量 NA——金属电极A旳自由电子密度 NB——金属电极B旳自由电子密度
2. 温差电势
温差电势（汤姆逊电势）
T
eA (T ,T0 )
dT
T0
(6.3.2)
图6.3.3 热电偶旳温差电势
δ —— 汤姆逊系数，它表达温差为1℃时所产生旳 电动势值，它与材料旳性质有关。
热电极旳温度分布无关； 假如热电偶旳热电极是非匀质导体，在不均匀温度
场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料旳均 匀性是衡量热电偶质量旳主要技术指标之一。
2. 中间导体定律 在热电偶回路中接入与A、B电极不同旳另一种
导体称中间导体C，只要中间导体旳两端温度相同， 热电偶回路总电动势不受中间导体接入旳影响。
传感器原理-PN结、热电偶
PN结传感器原理
1 构造和特性
PN结是由n型半导体和p型半导体的交界处组成的。当给PN结加上逆向电压时，没有电流 通过。而当给PN结加上正向电压时，电流可以通过。
2 工作原理
PN结传感器通过监测电流和电压的变化来检测物理量的变化。例如，温度传感器就是根 据温度对PN结电容的变化来检测的。
3 应用场景
3
应用场景
热电偶广泛应用于医疗、工业测量、航空航天等领域。
压力传感器的原理
构造和特点
压力传感器由弹性体和检测元件组成。当弹性体 受到外力时，会变形，检测元件则会测量压力变 化。
应用场景
压力传感器广泛应用于工业、汽车、航空等领域。 例如，它可以用来检测装配生产线中的压力变化。
总结
了解不同传感器的原理和应用场景对我们进行相关工作有很大帮助。传感器 在此时此刻，或许正为我们所处的这个世界创造奇迹。
传感器原理-PN结、热电 偶
传感器在现代化社会中扮演着重要的角色。从PN结到热电偶，让我们来学习 不同传感器的原理、构造、特点和应用场景。
传感器概述
传感器是一种将物理量转变为电信号的器件。它们广泛应用于各行各业，包 括工业、医疗、安全等领域。了解不同类型的传感器的工作原理、构造和应 用场景对我们选择合适的传感器有极大的帮助。
工作原理
光学传感器通过检测光信 号的变化来检测物理量的 变化。例如，它可以用来 检测光线的强度和频率等 信息。
应用场景
光学传感器广泛应用于光 学仪器、环境检测、自动 化生产等领域。
热电偶的原理
1
构造和特点
热电偶由两个不同金属的导线的连接组成。当两个连接处的温度不同时，会产生 电势差。
2
工作原理
热电偶通过检测温度的变化来检测物理量的变化。例如，它可以用来检测热流和 温度差等信息。
热电式传感器传感器PPT演示课件
④ 导体材料确定后，热电动势的大小只与热电偶两端 的温度有关。如果使eAB（T0）=常数，则回路热电动势 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基本原理。
14
⑤ 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各 接点温度分别为T1、T2……TN ，闭合回路总的热电 动势为：
② 只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材 料不会产生热电动势。
因为当A、B两种导体是同一种材料时， ln（nA/nB）=0，所以EAB（T，T0）=0。
13
③ 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热 电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时， 不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T， T0）=0。
4
热电势 EAB( T,T0 )
接触电势 温差电势
（1 ）接触电动势
若金属A的自由电子浓度大于金属B的，则在同 一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电子多， 因而A对于B因失去电子而带正电，B获得电子而带 负电，在接触处便产生电场。A、B之间便产生了一 定的接触电动势。
5
接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关， 与导体的直径、长度及几何形状无关。
ln
nA nB
k (T
T0 ) ln
nA nB
上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体 的性质有关。如果两接触点的温度相同，尽管两接触 点处都存在接触电势，但回路中总接触电势等于零。
7
（2）温差电动势 对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端
的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有 较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此 高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电 子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电 动势，又称汤姆森电动势。
14
⑤ 对于有几种不同材料串联组成的闭合回路，若各 接点温度分别为T1、T2……TN ，闭合回路总的热电 动势为：
② 只有用不同性质的材料才能组合成热电偶，相同材 料不会产生热电动势。
因为当A、B两种导体是同一种材料时， ln（nA/nB）=0，所以EAB（T，T0）=0。
13
③ 只有当热电偶两端温度不同时，不同材料组成的热 电偶才能有热电动势产生；当热电偶两端温度相同时， 不同材料组成的热电偶也不产生热电动势，即EAB（T， T0）=0。
4
热电势 EAB( T,T0 )
接触电势 温差电势
（1 ）接触电动势
若金属A的自由电子浓度大于金属B的，则在同 一瞬间由A扩散到B的电子将比由B扩散到A的电子多， 因而A对于B因失去电子而带正电，B获得电子而带 负电，在接触处便产生电场。A、B之间便产生了一 定的接触电动势。
5
接触电动势的大小与两种金属的材料、接点的温度有关， 与导体的直径、长度及几何形状无关。
ln
nA nB
k (T
T0 ) ln
nA nB
上式说明接触电动势的大小与接点温度的高低及导体 的性质有关。如果两接触点的温度相同，尽管两接触 点处都存在接触电势，但回路中总接触电势等于零。
7
（2）温差电动势 对于任何一种金属，当其两端温度不同时，两端
的自由电子浓度也不同，温度高的一端浓度大，具有 较大的动能；温度低的一端浓度小，动能也小。因此 高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电 子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电 动势，又称汤姆森电动势。
第7章热电式传感器案例
4
B
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
(二) （导体内）温差电势
导体内因两点温度不同，两点产生电势。
机理：导体内自由电子在高温 端具有较大的动能，因而向低 温端扩散，结果高温端因失去 电子而带正电荷，低温端因得 到电子而带负电荷，从而形成 一个静电场。
eA (T , T0 ) dT
- eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 )
10
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律 右图的热电偶回路总电势为
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
第7章 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在 各种热电式传感器中，把量转换为电势和电阻的方法最为普遍。 其中：将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶 将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。 ① 温度 电势 放大电路
热电偶 热电阻 热敏电阻
②
温度
电阻
检测电路
1
第7章 热电式传感器
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
T0 T0
T
T
接触电势
温差电势
9
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律
在T=T0时
eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) 0
EABC (T , T0 ) eAB (T ) - eAB (T0 ) ( B - A )dT EAB (T , T0 )
B
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
(二) （导体内）温差电势
导体内因两点温度不同，两点产生电势。
机理：导体内自由电子在高温 端具有较大的动能，因而向低 温端扩散，结果高温端因失去 电子而带正电荷，低温端因得 到电子而带负电荷，从而形成 一个静电场。
eA (T , T0 ) dT
- eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 )
10
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律 右图的热电偶回路总电势为
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
第7章 热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。在 各种热电式传感器中，把量转换为电势和电阻的方法最为普遍。 其中：将温度转换为电势的热电式传感器叫热电偶 将温度转换为电阻值的热电式传感器叫热电阻。 ① 温度 电势 放大电路
热电偶 热电阻 热敏电阻
②
温度
电阻
检测电路
1
第7章 热电式传感器
EABC (T , T0 ) eAB (T ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) - AdT BdT
T0 T0
T
T
接触电势
温差电势
9
第7章 热电式传感器
§7-1 热电偶
二、热电偶基本定律 (一)中间导体定律
在T=T0时
eAB (T0 ) eBC (T0 ) eCA (T0 ) 0
EABC (T , T0 ) eAB (T ) - eAB (T0 ) ( B - A )dT EAB (T , T0 )
热电偶温度传感器
3．电桥补偿法
电桥补偿法也称自由端补偿法，是利用不平衡电桥产生的 热电动势来补偿热电偶温度传感器因自由端温度变化而引起的 热电动势变化。
4．计算修正法
图4-19 电桥补偿法
求出当自由端为0℃时的热电动势，通过查表计算的方法，得 到被测实际温度。
1.4 分类
1．普通热电偶温度传感器
普通热电偶温度传感器主要由接线盒、热电极、绝缘套管、 保护套管及热端等部分组成。
T 工作端
A T0
B 自由端
图4-11 测温原理
1．接触电动势
导体 A、B 在接触点温度为 T 时形成的接触电动势 eAB (T ) 可表示为
eAB (T )
kT e
ln
NAT NBT
（4-3）
式中， k 1.381023 J/K，称为波尔茨曼常数；T 表示接触点的绝对温度，单位为 K（开尔
文）；e 1.6 1019 C，表示单位电荷；NAT 、 NBT 分别表示导体 A、B 温度为 T 时的自由电子密
图4-17 参考电极定律
1.3 温度补偿方法
1．补偿导线法
可以用一对金属导线将自由端延长，这对导线称为 “补偿导线”。
补偿导线的热电特性在测量范围内必须与热电偶 温度传感器相同或基本相同，且价格相对较低。
A
A
T
B
B
T0
图4-18 补偿导线法
2．自由端恒温法
在实验室和精密测量中，通 常把自由端放入装满冰水混合物 的容器中，以使自由端温度保持 在0℃，这种方法称为零度恒温 法。
反之，如果唯一导体材料组成的回路中存 在热电动势，可验证此材料是非均质的。
在实际应用中，常用均质导体定律来检验 热电极材料成分是否相同，或该材料是否为均 质的。
第8章热电式传感器传感器基础课件
对于A、B构成的闭合回路总的 温差电势为
T
T
T
eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
T0
AdT
T0 BdT
T0 ( A B )dT
第8章 热电式传感器
由导体A、B组成的热电偶回路，当温度 T ＞ T0 时，
可表示为
EAB (T ,T0 ) eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)
第8章 热电式传感器
❖ 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0
时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值
EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应 的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式 所示：
kT ln NAT e NBT
kT0 ln N AT0
e
N BT0
T
T0 ( A B )dT
热电偶回路电势分布图
第8章 热电式传感器
由于温差电动势比接触电动势小，又 T＞ ，T0 所以总电动 势中以导体A、B在 端T 的接触电动势所占百分比最大， 故总电动势的方向取决于 的eAB方(T) 向。
热敏电阻作温度补偿用
第8章 热电式传感器
8.4 集成温度传感器 工作原理
AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传 感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流 很容易变换成电压，因此这种传感器应用十分方便。
第8章 热电式传感器
1. 电流型集成温度传感器AD590的应用 温度测量
能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便
T
T
T
eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
T0
AdT
T0 BdT
T0 ( A B )dT
第8章 热电式传感器
由导体A、B组成的热电偶回路，当温度 T ＞ T0 时，
可表示为
EAB (T ,T0 ) eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T ,T0 ) eB (T ,T0 )
EABB’A’(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EA’B’(Tn,T0)
第8章 热电式传感器
❖ 如A与A’、B与B’材料相同，且结点温度分别为T、Tn、T0
时，有： 热电偶在结点温度为T、T0时的热电势值
EAB(T,T0 )，等于热电偶在(T,Tn ) 、 (Tn,T0 ) 时相应 的热电势EAB(T,Tn )与 EAB(Tn,T0 ) 的代数和。如下式 所示：
kT ln NAT e NBT
kT0 ln N AT0
e
N BT0
T
T0 ( A B )dT
热电偶回路电势分布图
第8章 热电式传感器
由于温差电动势比接触电动势小，又 T＞ ，T0 所以总电动 势中以导体A、B在 端T 的接触电动势所占百分比最大， 故总电动势的方向取决于 的eAB方(T) 向。
热敏电阻作温度补偿用
第8章 热电式传感器
8.4 集成温度传感器 工作原理
AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传 感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流 很容易变换成电压，因此这种传感器应用十分方便。
第8章 热电式传感器
1. 电流型集成温度传感器AD590的应用 温度测量
能稳定。 ⑤ 较好的工艺性能，便于成批生产，且复现性好，便
热电偶传感器实验步骤
热电偶传感器实验步骤
1．拆开热电偶，观察其结构，找出热端与冷端。
2．检测电源的极性后接入温度仪。
注意在接入时不能带电操作，正负极间应分开。
1脚接热电偶正极，2接热电偶负极
3．置于同一金属管中的两只热电偶放入热源深处并旋紧固定。
4．将两只热电偶的冷端置于水槽中。
(保持5分钟时间>
5．温度显示仪调零。
6．开启热源的电源，使热源升温
将动圈仪表的红色定温指针调至100℃，黑色指示指针将随热源温度升高向右移动，当温度上升到给定值附近时，由于仪表的控制作用，使温度稳定在给定区间，观察红――绿灯指示时间相等且其和为(40±10）秒时，可认为温度已基本控制稳定，在数字电压表上分别读出同一温度时热电偶EA-2和EU-2的毫伏值，记入表1。
7．使热源升温再将定温点调至200℃、300℃、400℃、500℃四个校准点，重复步骤4，将读数记入表1。
8．以EU-2的温度值为基准，计算EA-2的误差。
《热电偶传感器》课件
热电偶传感器的应用领域
工业自动化
在工业生产过程中，热电偶传感 器常用于测量各种气体和液体的 温度，控制生产过程中的温度参 数。
科学研究
在物理、化学、生物学等科学研 究中，热电偶传感器可用于测量 各种温度变化，如生物体内温度 变化、化学反应过程中的温度变 化等。
医疗领域
在医疗领域，热电偶传感器可用 于测量人体温度、血液温度等， 为医疗诊断和治疗提供重要数据 。
《热电偶传感器》PPT课件
contents
目录
• 热电偶传感器概述 • 热电偶传感器的性能参数 • 热电偶传感器的设计与优化 • 热电偶传感器的校准与标定 • 热电偶传感器的实际应用案例
01 热电偶传感器概 述
定义与工作原理
定义
热电偶传感器是一种将温度差转换为 电势差的传感器，通过测量电势差来 推算温度差。
要点二
要求
定期进行校准与标定，确保传感器性能稳定；遵循相关标 准和规范。
校准与标定的方法与步骤
方法：采用标准温度源、标准
步骤
电阻箱等设备进行校准与标定
。
01
02
1. 准备标准设备和热电偶传感 器；
03
2. 将热电偶传感器连接到标准
设备上；
04
3. 按照规定的测试条件进行测 试；
05
4. 记录测试数据并进行分析。
详细描述
在汽车发动机排放系统中，尾气温度是衡量发动机工作 状态的重要参数。热电偶传感器安装在排气管中，可以 实时监测尾气的温度变化。当尾气温度异常升高时，可 能表明发动机存在故障或燃烧不充分，需要采取相应措 施进行维修或调整。通过监测尾气温度，可以确保发动 机正常运转和排放达标，提高汽车的安全性能和环保性 能。
热电偶传感器及其应用PPT课件全
当结点温度为t,t0时，用导体A,B组成的热电偶的热电 动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。
EAB t,t0 EAC t,t0 EBC t,t0
在实际应用中，由于 纯铂丝的物理化学性 能稳定、熔点高、易 提纯，所以目前常用 纯铂丝作为标准电极 (C极)。
参考电极
2024/8/22
2024/8/22
15
二、 热电偶定律
1．中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要 这第三种材料的导体两端温度相同，第三种材料 导线的引入不会影响热电偶的热电动势，这一性 质称为中间导体定律。
2024/8/22
16
eCA(T0)
eAB(T)
eBC(T0)
EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) =eAB(T)-eAB(T0) =EAB(T,T0)
由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接
触处会发生自由电子的扩散形成的电动势。
不同的金属材料其自 由电子的密度不同。
导体B则因获得
电子而带负电
设导体A、B的自由电
子密度为nA、nB， 若nA﹥nB
2024/8/22
导体A 因失去电
子而带正电
接触面处 形成电场
8
该电场的存在阻碍了电子的继续扩散，当电子扩散 达到动态平衡时，就在接触区形成一个稳定的电位 差，即接触电动势，其大小为：
法兰
2024/8/22
38
接线盒
普通装配型热 电偶的结构图
引出线套管
不锈钢保护管
固定螺纹 （出厂时用塑料包裹） 热电偶工作端（热端）
2024/8/22
39
２、铠装热电偶
铠装热电偶又称套管热电偶。是由金属保护套管、 绝缘材料和热电极三者组合成一体的特殊结构的热电 偶。
EAB t,t0 EAC t,t0 EBC t,t0
在实际应用中，由于 纯铂丝的物理化学性 能稳定、熔点高、易 提纯，所以目前常用 纯铂丝作为标准电极 (C极)。
参考电极
2024/8/22
2024/8/22
15
二、 热电偶定律
1．中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要 这第三种材料的导体两端温度相同，第三种材料 导线的引入不会影响热电偶的热电动势，这一性 质称为中间导体定律。
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eCA(T0)
eAB(T)
eBC(T0)
EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) =eAB(T)-eAB(T0) =EAB(T,T0)
由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接
触处会发生自由电子的扩散形成的电动势。
不同的金属材料其自 由电子的密度不同。
导体B则因获得
电子而带负电
设导体A、B的自由电
子密度为nA、nB， 若nA﹥nB
2024/8/22
导体A 因失去电
子而带正电
接触面处 形成电场
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该电场的存在阻碍了电子的继续扩散，当电子扩散 达到动态平衡时，就在接触区形成一个稳定的电位 差，即接触电动势，其大小为：
法兰
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接线盒
普通装配型热 电偶的结构图
引出线套管
不锈钢保护管
固定螺纹 （出厂时用塑料包裹） 热电偶工作端（热端）
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２、铠装热电偶
铠装热电偶又称套管热电偶。是由金属保护套管、 绝缘材料和热电极三者组合成一体的特殊结构的热电 偶。
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装满热水后图案变得清晰可辨
第一节
温度测量的基本概念
三、温度测量及传感器分类
变色涂料在电脑内部温度中的示温扇
低温时显示蓝色
第一节
温度测量的基本概念
三、温度测量及传感器分类
介绍几种温度测量方法 不需要电源，耐用；但感温部 体积热膨胀式 件体积较大。
气体的体积与热 力学温度成正比
第一节
温度测量的基本概念
三、温度测量及传感器分类 按照用途可分为基准温度计和工业温度计；
按照测量方法又可分为接触式和非接触式；
按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、 辐射式等等； 按输出方式分，有自发电型、非电测型等。
第一节
温度测量的基本概念
三、温度测量及传感器分类
介绍几种温度测量方法 示温涂料（变色涂料）
合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发
现放在回路中的指南针发生偏转（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差有关。
第二节 一、热电效应 从实验到理论：热电效
条件：
第二节 一、热电效应
热电效应的定义：
热电偶的工作原理
将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个 接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现 象称为热电效应。
第二节
热电偶的工作原理
二、热电势 （接触电动势和温差电动势）
接触电动势 不同材料之间: 节点处电子的扩散所致
A T T0
因此又称开氏温标。它
的符号是T，单位是开尔 文（K） 。 威廉· 汤姆逊· 开尔文勋爵像
第一节 二、温标
温度测量的基本概念
1990国际温标(ITS-90)
从1990年1月1日开始在全世界范围内采用
1990年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列 温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪 器以及计算公式，例如水的三相点为273.16K （0.01C）等。
kT N A eAB (T ) ln e NB
kT0 N A eAB (T0 ) ln e NB
B
k——玻耳兹曼常数，e——电子电荷量，
T——接触处的温度，NA，NB——分别为导体A和B的自由电子密度。
第二节
热电偶的工作原理
同种材料： 两端温度不同电子运动速度不同
二、热电势 （接触电动势和温差电动势）
第一节
温度测量的基本概念
一、温度测量的基本概念 温度标志着物质内 部大量分子无规则运动 的剧烈程度。温度越高， 表示物体内部分子热运 动越剧烈。
模拟图：在一个密闭的空间里，气体分 子在高温时的运动速度比低温时快！
第一节 二、温标
温度测量的基本概念
1、温度的数值表示方法称为温标。它规定了温
度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类
EAB (T , T0 ) EAB (T , Tn ) EAB (Tn , T0 )
中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。
第三节 热电偶的材料、结构及种类 1、热电偶的材料
根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都
可以作为热电极组成热电偶。 在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的
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：
T
4)中间温度定律
EAB (T , T0 ) EAC (T , T0 ) ECB (T , T0 ) A C A T —T T = T 0 B 0 C B
T
0
热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接 点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定 律可以用下式表示：
第二节 一、热电效应
热电偶的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端称为：
热电势 A
热电极B
右端称为：
测量端
（工作 端、热 端）
自由端
（参考 端、冷 端）
B
结论： 当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
第二节 一、热电效应
热电偶的工作原理
从实验到理论：热电效 应 1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭
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。 2)中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温
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。
T
T0
V
第二节
3)参考电极定律
热电偶的工作原理
三、热电偶测温基本定律
两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产
第一节
温度测量的基本概念
三、温度测量及传感器分类
介绍几种温度测量方法 红外温度计
第一节
温度测量的基本概念
三、温度测量及传感器分类 热电偶测温的主要优点: 1 、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电 源，可直接驱动动圈式仪表； 2、测温范围广：下限可达-270C ，上限可达1800C以 上； 3 、各温区中的热电势均符合国际计量委员会的标准。
温度计的刻度均由温标确定。
2、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、
热力学温标等。
课本 P213定义
第一节 二、温标
温度测量的基本概念
几种温标的对比
正常体温为 37 C ，相 当于华氏温 度多少度？
第一节 二、温标
温度测量的基本概念
热力学温标（K） 热力学温标是建立
在热力学第二定律基础 上的最科学的温标，是 由开尔文（Kelvin）根据 热力学定律提出来的，
温差电动势
A T T0
eA A (T T0 ) eB B (T T0 )
σA，σB——汤姆逊温度系数。
B
回路中总电动势：
EAB eAB (T ) eAB (T0 ) eA (T , T0 ) eb (T , T0 )
第二节
热电偶的工作原理
三、热电偶测温基本定律
热电偶的工作原理
应 结点产生热电势的微观解释及图形符号 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密 度不同，在两金属A和B的接触点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，从而产生热电势。
A
＋
T
B
eAB（ T ）
自由 电子