热电偶测温原理及热电极材料
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对于金属热电极来说，因自 由电子浓度很高，两端温差 不会明显改变两端电子浓度 差异，因此可以忽略单一导 体的温差电势 。
T1 EAB(T1)
EA(T1,T2)
EB(T1,T2)
EAB (T2 , T1 ) EAB (T2 ) EAB (T1 ) NA K (T2 T1 )ln e NB
热源 T T0+ΔT T0
2 1
热源 TR
ΔQ
T
T0
dT
第三个：塞贝克效应 seeback
材料和温度都不同。 1821年，德国医生塞贝克 将两种不同材料的导体或半 导体A和B连接起来，构成 E (T ,T ) 一个闭合回路（如右图所 示），当两接点温度不同时， 回路中将有电流流动，此电 流称为热电流。 由于回路中的电流太小，当 时塞贝克无法检知。
A 1 2
T1
EAB(T1)
EB(T1,T2)
T2 EAB(T2)
塞贝克电动势
塞贝克电动势
EAB (T2 , T1 ) S AB dT
T1
塞贝克系数SAB
T2
T2 T1
N A NB
已知条件
EAB (T2 , T1 ) EB (T2 , T1 ) EAB (T1 ) EA (T2 , T1 ) EAB (T2 )
2、热电偶基本原理
热电偶定义：由两种不同材料的导体或半 导体连接起来，用来测量温度的元件，称 为热电偶。这两种导体称为热电极。 热电偶测温方法： （1） 1823年，物理学家贝克勒尔0－300℃ FeCu回路 （ 2） 列 · 卡特列尔使热电偶成为一种真正适用的 高温计， 500度左右的高温时采用PtRh10-Pt（铂 铑－铂）热电回路。贵金属
A
T2 EAB(T2)
B
E AB (T2 , T1 ) E AB (T2 ) E AB (T1 ) NA K (T2 T1 ) ln e NB
EAB(T2,T1)－热电偶的电动势； EAB (T2)－温度为T2端的电动势（工作端，感温 端）； EAB (T1)－温度为T1端的电动势（连接仪表端， 参比端，冷端）， 将热电偶的一个接点保持在一个恒定不变的温 度T1，则热电偶的电动势仅随另一个接点的温 度T2的变化而变化，也就是说，此时热电偶的 电动势是温度T的单值函数。
E AB (T2 , T1 ) E AB (T2 ) E AB (T1 ) NA K (T2 T1 ) ln e NB
均质回路定律作用：
作用：检验材料的均匀性。 （1）加热杂质段与均质段的交接处，则回 路中会产生热电动势。 （2）热电偶急冷急热，热电极材料晶粒粗 大，产生不均匀性。组成热电偶的两种材 料必须各自都是均质的,否则会由于沿热电 偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势， 从而因热电偶材料不均引入误差。
(6）当热电偶的两个热电极材料已知时，在实 验室中精确测定热电偶的E-T特性程度为分度。
3、热电偶回路基本性质
3.1 均质回路定律 3.2 中间导体定律 3.3 中间温度定律
有了基本原 理后如何运 用？
3.1 均质回路定律
均质回路定律:由一种均质材料组成的闭合 回路，不论材料长度方向各处温度如何分 布（依靠局部加热或冷却或改变其横截面 积），回路中均不产生热电势。
讲课内容
1、什么是热电偶？
2、热电偶基本原理
3、热电偶回路性质
4、热电极材料
5、标准热电偶与非标准热电偶
1、热电偶是什么东西？
两个问题： 1）热电偶是什么东西？ 2）热电偶是如何起源的？
第一个故事：珀尔帖
1834年，法国钟表匠珀尔帖将两种电子数密度不 同的金属材料连接在一起，发现一个问题：
注意事项:
（1）热电偶并不是测量接点的温度T2，而是测量 的温度差T2- T1。 （2）热电偶回路热电动势的大小只与组成热电偶 的材料及两端的温度有关，而与热电偶丝（偶丝） 的几何形状（长短粗细）无关。 （3）材料不同或接触点温度不同才有热电动势。
注意事项：
(4）接触电势与温差电势相比要大得多。因而 热电偶回路的总热电动势由接触电动势大小确 定。 (5）热电偶的极性由金属材料的电子数密度大 小确定，电子数密度大的金属导体为正极。
珀尔帖效应不是一种接触现象，与接点的 接触情况毫无关系，只是由材料的固有性 质决定的。
接触电势
假设NA>NB，则由于电子数密度梯度的存在而发 生扩散现象：由A向B扩散,A失去电子带正电,B得 到电子带负电,从而在接触面之间形成电场E 。
E
A
B
F 电位
x
Baidu Nhomakorabea
回路中的接触电势
kT2 N A kT1 NA EAB (T2 , T 1 )= ln ln e NB e NB NA k (T2 T1 ) ln e NB
mA A EAB(T1) T1 B A T2
EAB(T2) B
EAB(T2,T1)=EAB(T2)-EAB(T1)
第二个故事：汤姆逊效应
1854年，汤姆逊发现，同一种金属如存在温 度梯度，如1处温度T0,2处温度T0＋⊿T，则 温度高端自由电子动能大,会向温度低端移动， 产生电动势,称为汤姆逊电势（开尔文），其 值的大小为两端温度的函数：
珀尔帖实验
热电极A
测量端
（工作 端、热 端）
热电势
A
热电极B 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。
接触电势(珀尔帖电势)
珀尔帖电动势的数量级在10－1－10－3V之间， 其数值大小除与金属材料有关外，还与温 度有关，表示为：
N AT kT E AB (T )= ln e N BT
T EAB(T)
N A NB NC
EABC (T , T0 ) EAB (T ) EB (T , T0 ) EBC (T0 ) EC (T0 , T0 ) ECA (T0 ) EA (T , T0 )
3.2 中间导体定律：测温
在热电偶回路中插入第三种（或多种）均质材 料，只要所插入的材料两端连接点温度相同， 则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势， 即热电偶产生的电动势保持不变。
T1 C T0 EC(T0,T0)=0 C T0 E (T ) BC 0 B EB(T,T0)
ECA(T0) A EA(T,T0)
T1 EAB(T1)
EA(T1,T2)
EB(T1,T2)
EAB (T2 , T1 ) EAB (T2 ) EAB (T1 ) NA K (T2 T1 )ln e NB
热源 T T0+ΔT T0
2 1
热源 TR
ΔQ
T
T0
dT
第三个：塞贝克效应 seeback
材料和温度都不同。 1821年，德国医生塞贝克 将两种不同材料的导体或半 导体A和B连接起来，构成 E (T ,T ) 一个闭合回路（如右图所 示），当两接点温度不同时， 回路中将有电流流动，此电 流称为热电流。 由于回路中的电流太小，当 时塞贝克无法检知。
A 1 2
T1
EAB(T1)
EB(T1,T2)
T2 EAB(T2)
塞贝克电动势
塞贝克电动势
EAB (T2 , T1 ) S AB dT
T1
塞贝克系数SAB
T2
T2 T1
N A NB
已知条件
EAB (T2 , T1 ) EB (T2 , T1 ) EAB (T1 ) EA (T2 , T1 ) EAB (T2 )
2、热电偶基本原理
热电偶定义：由两种不同材料的导体或半 导体连接起来，用来测量温度的元件，称 为热电偶。这两种导体称为热电极。 热电偶测温方法： （1） 1823年，物理学家贝克勒尔0－300℃ FeCu回路 （ 2） 列 · 卡特列尔使热电偶成为一种真正适用的 高温计， 500度左右的高温时采用PtRh10-Pt（铂 铑－铂）热电回路。贵金属
A
T2 EAB(T2)
B
E AB (T2 , T1 ) E AB (T2 ) E AB (T1 ) NA K (T2 T1 ) ln e NB
EAB(T2,T1)－热电偶的电动势； EAB (T2)－温度为T2端的电动势（工作端，感温 端）； EAB (T1)－温度为T1端的电动势（连接仪表端， 参比端，冷端）， 将热电偶的一个接点保持在一个恒定不变的温 度T1，则热电偶的电动势仅随另一个接点的温 度T2的变化而变化，也就是说，此时热电偶的 电动势是温度T的单值函数。
E AB (T2 , T1 ) E AB (T2 ) E AB (T1 ) NA K (T2 T1 ) ln e NB
均质回路定律作用：
作用：检验材料的均匀性。 （1）加热杂质段与均质段的交接处，则回 路中会产生热电动势。 （2）热电偶急冷急热，热电极材料晶粒粗 大，产生不均匀性。组成热电偶的两种材 料必须各自都是均质的,否则会由于沿热电 偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势， 从而因热电偶材料不均引入误差。
(6）当热电偶的两个热电极材料已知时，在实 验室中精确测定热电偶的E-T特性程度为分度。
3、热电偶回路基本性质
3.1 均质回路定律 3.2 中间导体定律 3.3 中间温度定律
有了基本原 理后如何运 用？
3.1 均质回路定律
均质回路定律:由一种均质材料组成的闭合 回路，不论材料长度方向各处温度如何分 布（依靠局部加热或冷却或改变其横截面 积），回路中均不产生热电势。
讲课内容
1、什么是热电偶？
2、热电偶基本原理
3、热电偶回路性质
4、热电极材料
5、标准热电偶与非标准热电偶
1、热电偶是什么东西？
两个问题： 1）热电偶是什么东西？ 2）热电偶是如何起源的？
第一个故事：珀尔帖
1834年，法国钟表匠珀尔帖将两种电子数密度不 同的金属材料连接在一起，发现一个问题：
注意事项:
（1）热电偶并不是测量接点的温度T2，而是测量 的温度差T2- T1。 （2）热电偶回路热电动势的大小只与组成热电偶 的材料及两端的温度有关，而与热电偶丝（偶丝） 的几何形状（长短粗细）无关。 （3）材料不同或接触点温度不同才有热电动势。
注意事项：
(4）接触电势与温差电势相比要大得多。因而 热电偶回路的总热电动势由接触电动势大小确 定。 (5）热电偶的极性由金属材料的电子数密度大 小确定，电子数密度大的金属导体为正极。
珀尔帖效应不是一种接触现象，与接点的 接触情况毫无关系，只是由材料的固有性 质决定的。
接触电势
假设NA>NB，则由于电子数密度梯度的存在而发 生扩散现象：由A向B扩散,A失去电子带正电,B得 到电子带负电,从而在接触面之间形成电场E 。
E
A
B
F 电位
x
Baidu Nhomakorabea
回路中的接触电势
kT2 N A kT1 NA EAB (T2 , T 1 )= ln ln e NB e NB NA k (T2 T1 ) ln e NB
mA A EAB(T1) T1 B A T2
EAB(T2) B
EAB(T2,T1)=EAB(T2)-EAB(T1)
第二个故事：汤姆逊效应
1854年，汤姆逊发现，同一种金属如存在温 度梯度，如1处温度T0,2处温度T0＋⊿T，则 温度高端自由电子动能大,会向温度低端移动， 产生电动势,称为汤姆逊电势（开尔文），其 值的大小为两端温度的函数：
珀尔帖实验
热电极A
测量端
（工作 端、热 端）
热电势
A
热电极B 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。
接触电势(珀尔帖电势)
珀尔帖电动势的数量级在10－1－10－3V之间， 其数值大小除与金属材料有关外，还与温 度有关，表示为：
N AT kT E AB (T )= ln e N BT
T EAB(T)
N A NB NC
EABC (T , T0 ) EAB (T ) EB (T , T0 ) EBC (T0 ) EC (T0 , T0 ) ECA (T0 ) EA (T , T0 )
3.2 中间导体定律：测温
在热电偶回路中插入第三种（或多种）均质材 料，只要所插入的材料两端连接点温度相同， 则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势， 即热电偶产生的电动势保持不变。
T1 C T0 EC(T0,T0)=0 C T0 E (T ) BC 0 B EB(T,T0)
ECA(T0) A EA(T,T0)