第2章 热电偶传感器
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图2-2 温差电势的产生原理
2.接触电势 热电偶回路的总电势主要是由接触电势引起。
图2-3 接触电势的产生原理
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。
热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端 热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温
2.中间导体定律 若在热电偶回路中插入中间导体，只要中间导
体两端温度相同，则对热电偶ห้องสมุดไป่ตู้路的总热电动势 无影响。这就是中间导体定律。
利用热电偶来实际测温时， 连接导线、显示仪表和接 插件等均可看成是中间导 体，只要保证中间导体两 图2-5 接入中间导体的热电偶回路 端的温度相同，则对热电 偶的热电动势没有影响。 因此中间导体定律对热电 偶的实际应用是非常重要 的。
温度：表征物体冷热程度的物理量。 温度标准：
热力学温度：T k （开尔文） 摄氏温度：t 0C（摄氏度） 关系式：
T t+273.15
温度传感器
种类： 热电偶传感器 热电阻传感器 半导体温度传感器
考虑因素： 温度测量范围，精度，响应时间，稳 定性/，线性度，灵敏度等
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；
固定螺纹
（出厂时用塑料包裹）
热电偶工作端（热端）
普通装配型热电偶的结构放大图
22
2.铠装式热电偶
(a)碰底型 (b)不碰底型 (c)露头型 (d)帽型 图2-9 铠装式热电偶断面的结构示意图
1—金属套管； 2—绝缘材料； 3—热电极
铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长 达上百米
差Δt 的函数：
EAB（t，t0）=EAB （ t ）- EAB （ t 0 ）
热电势大致与两个结点的温差Δt 成正比
热电偶产生的热电动势由上式可以得出下列 结论：
①如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度 不同( t≠t0 ），但总输出电动势仍为零。 因 此必需由两种不同材料才能构成热电偶；
②如果热电偶两结点温度相同,则回路总的热 电动势必然等于零.
③热电动势的大小只与材料和结点温度有关， 与热电偶的尺寸形状无关,温差越大，热电动 势越大。
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2.1.2 热电偶的基本定律
1.均质导体定律
由两种均质导体组成的热电偶，其热电势的大 小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的 大小尺寸、形状、电极各处的温度分布无关。
如果热电偶回路中的两个热电极的材料相同， 不管其是否存在温差，热电偶回路中的热电势 均为零(为什么？）；如果热电偶回路中的两 个热电极的材料不均匀，则当热电极各处在不 同温度时，热电偶回路中将产生附加热电势 (为什么？）； ，造成测量误差。
根据中间导体定律，可以在热电偶回路中 接入一个电位计E，只要保证电位计与热电 偶连接处结点的温度相等，就不会影响到 热电偶回路的总电势 。
（a）冷端接入电位计（b）热端与冷端之间接入电位计 图2-6 电位计接入热电偶回路
3.中间温度定律
在两种不同热电极材料组成的热电 偶回路中，如果热端温度为t，冷端 温度为t0，中间温度为tn，则热电偶 回路的总电势等于t与tn热电势和tn与 t0热电势的代数和，即
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。
8
2.1 热电偶传感器的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
热电势
热电极B
左端称为：
A
测量端
（工作端、
热端）
B
右端称为： 自由端 （参考端、 冷端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 9
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。
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2020/4/4
2020/4/4
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？） 。
第2章 热电偶传感器
一、教学目标
（1）了解热电偶的材料、结构和种类。 （2）掌握热电偶传感器的工作原理。 （3）掌握热电偶的冷端补偿方法。
二、教学重点和难点
1、重点：热电效应和热电偶的基本定律。
2、难点：热电偶冷端补偿的常用方法。
三、教学学时
6学时
2020/4/4
2
怎样监测燃气热水器火焰？
温度概述
EAB (t, t0 ) EAB (t, tn ) EAB (tn , t0 )
4.参考电极定律
如图7-7所示，当热电偶的热端温度为t， 冷端温度为 t0时，用热电极A和热电极B组
成的热电偶回路的总电势等于热电偶AC的 热电势和热电偶CB的热电势的代数和，即
EAB (t, t0 ) EAC (t, t0 ) ECB (t, t0 )
图2-7 接入标准电极的热电偶回路
2.2 热电偶的材料、结构及种类
2.2.1 热电偶的结构及种类 1.装配式热电偶
图2-8 装配式热电偶的结构示意图 1—接线柱；2—接线座；3—绝缘套管；4—热电极
普通装配型热电偶的外形
2020/4/4
安装 螺纹
安装
21
法兰
接线盒
2020/4/4
引出线套管
不锈钢保护管
热电偶的两个结点中，置于温度为T的被 测对象中的结点称之为测量端，又称为工作 端或热端，而置于参考温度为T0的另一结点 称之为参考端，又称自由端或冷端。
热电势主要由温差电势和接触电势组成。 1.温差电势 温差电势是由于同一种热电极两端温度不 同而产生的一种电势。如果两端温度t>t0时， 热电极内的自由电子就会从温度高的一端 向温度低的一端转移，这样就会有电势的 产生。
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2.1.1 热电效应
热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。
由两种不同材料的导体A和B 组成闭合回路， 如图2—1所示。当两个结点温度不同时，回 路中将产生电动势。这种现象即称为热电效 应或塞贝克效应。两种不同材料的导体所组 成的回路称为“热电偶”。组成热电偶的导 体称为“热电极”。热电偶所产生的电动势 称为热电动势。
2.接触电势 热电偶回路的总电势主要是由接触电势引起。
图2-3 接触电势的产生原理
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。
热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端 热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温
2.中间导体定律 若在热电偶回路中插入中间导体，只要中间导
体两端温度相同，则对热电偶ห้องสมุดไป่ตู้路的总热电动势 无影响。这就是中间导体定律。
利用热电偶来实际测温时， 连接导线、显示仪表和接 插件等均可看成是中间导 体，只要保证中间导体两 图2-5 接入中间导体的热电偶回路 端的温度相同，则对热电 偶的热电动势没有影响。 因此中间导体定律对热电 偶的实际应用是非常重要 的。
温度：表征物体冷热程度的物理量。 温度标准：
热力学温度：T k （开尔文） 摄氏温度：t 0C（摄氏度） 关系式：
T t+273.15
温度传感器
种类： 热电偶传感器 热电阻传感器 半导体温度传感器
考虑因素： 温度测量范围，精度，响应时间，稳 定性/，线性度，灵敏度等
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；
固定螺纹
（出厂时用塑料包裹）
热电偶工作端（热端）
普通装配型热电偶的结构放大图
22
2.铠装式热电偶
(a)碰底型 (b)不碰底型 (c)露头型 (d)帽型 图2-9 铠装式热电偶断面的结构示意图
1—金属套管； 2—绝缘材料； 3—热电极
铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长 达上百米
差Δt 的函数：
EAB（t，t0）=EAB （ t ）- EAB （ t 0 ）
热电势大致与两个结点的温差Δt 成正比
热电偶产生的热电动势由上式可以得出下列 结论：
①如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度 不同( t≠t0 ），但总输出电动势仍为零。 因 此必需由两种不同材料才能构成热电偶；
②如果热电偶两结点温度相同,则回路总的热 电动势必然等于零.
③热电动势的大小只与材料和结点温度有关， 与热电偶的尺寸形状无关,温差越大，热电动 势越大。
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2.1.2 热电偶的基本定律
1.均质导体定律
由两种均质导体组成的热电偶，其热电势的大 小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的 大小尺寸、形状、电极各处的温度分布无关。
如果热电偶回路中的两个热电极的材料相同， 不管其是否存在温差，热电偶回路中的热电势 均为零(为什么？）；如果热电偶回路中的两 个热电极的材料不均匀，则当热电极各处在不 同温度时，热电偶回路中将产生附加热电势 (为什么？）； ，造成测量误差。
根据中间导体定律，可以在热电偶回路中 接入一个电位计E，只要保证电位计与热电 偶连接处结点的温度相等，就不会影响到 热电偶回路的总电势 。
（a）冷端接入电位计（b）热端与冷端之间接入电位计 图2-6 电位计接入热电偶回路
3.中间温度定律
在两种不同热电极材料组成的热电 偶回路中，如果热端温度为t，冷端 温度为t0，中间温度为tn，则热电偶 回路的总电势等于t与tn热电势和tn与 t0热电势的代数和，即
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。
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2.1 热电偶传感器的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
热电势
热电极B
左端称为：
A
测量端
（工作端、
热端）
B
右端称为： 自由端 （参考端、 冷端）
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 9
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。
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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？） 。
第2章 热电偶传感器
一、教学目标
（1）了解热电偶的材料、结构和种类。 （2）掌握热电偶传感器的工作原理。 （3）掌握热电偶的冷端补偿方法。
二、教学重点和难点
1、重点：热电效应和热电偶的基本定律。
2、难点：热电偶冷端补偿的常用方法。
三、教学学时
6学时
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怎样监测燃气热水器火焰？
温度概述
EAB (t, t0 ) EAB (t, tn ) EAB (tn , t0 )
4.参考电极定律
如图7-7所示，当热电偶的热端温度为t， 冷端温度为 t0时，用热电极A和热电极B组
成的热电偶回路的总电势等于热电偶AC的 热电势和热电偶CB的热电势的代数和，即
EAB (t, t0 ) EAC (t, t0 ) ECB (t, t0 )
图2-7 接入标准电极的热电偶回路
2.2 热电偶的材料、结构及种类
2.2.1 热电偶的结构及种类 1.装配式热电偶
图2-8 装配式热电偶的结构示意图 1—接线柱；2—接线座；3—绝缘套管；4—热电极
普通装配型热电偶的外形
2020/4/4
安装 螺纹
安装
21
法兰
接线盒
2020/4/4
引出线套管
不锈钢保护管
热电偶的两个结点中，置于温度为T的被 测对象中的结点称之为测量端，又称为工作 端或热端，而置于参考温度为T0的另一结点 称之为参考端，又称自由端或冷端。
热电势主要由温差电势和接触电势组成。 1.温差电势 温差电势是由于同一种热电极两端温度不 同而产生的一种电势。如果两端温度t>t0时， 热电极内的自由电子就会从温度高的一端 向温度低的一端转移，这样就会有电势的 产生。
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2.1.1 热电效应
热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。
由两种不同材料的导体A和B 组成闭合回路， 如图2—1所示。当两个结点温度不同时，回 路中将产生电动势。这种现象即称为热电效 应或塞贝克效应。两种不同材料的导体所组 成的回路称为“热电偶”。组成热电偶的导 体称为“热电极”。热电偶所产生的电动势 称为热电动势。