热电偶的基本定律

1.均质导体定律

如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两节点的温度如何，热电势均为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同 （称为同名极检验法），也可以检查热电极材料的均匀性。

2.中间导体定律

在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体和原导体的两节点温度相同，则回路中总的热电势不变。如图9－4所示，在热电偶回路中接入第三种导体C。

图9－4 第三导体接入热电偶回路

设导体A与B节点处的温度为T，导体A、B与C两节点处的温度为T0，则回路中的总热电势为

EABC（T，T0）＝EAB（T，T0）（9.6）

如果回路中三接点的温度相同，即T＝T0，则回路总热电势必为零，即

EABC（T0，T0）＝0（9.7）

热电偶的这种性质在工业生产中是很实用的，例如，可以将显示仪表或调节器作为第三种导体直接接入回路中进行测量，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。

如果接入的第三种导体两端温度不相等，热电偶回路的热电势将要发生变化，变化的大小取决于导体的性质和节点的温度。因此，在测量过程中必须接入的第三种导体不宜采用与热电偶热电性质相差很大的材料；否则，一旦该材料两端温度有所变化，热电势的变动将会很大。

3.标准电极定律

如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电势也就已知。如图9－5所示，导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若它们所产生的热电势为已知，即

EAC（T，T0）＝e AC（T）－e AC（T0）

EBC（T，T0）＝e BC（T）－e BC（T0）

（9.8）

则由A、B两导体组成的热电偶的热电势为

EAB（T，T0）＝EAC（T，T0）－EBC（T，T0）（9.9）

标准电极定律是一个极为实用的定律。由于纯金属和各种金属合金种类很多，因此，要确定这些金属之间组合而成的热电偶的热电势，其工作量是极大的。但是可以利用铂的物理、化学性质稳定，熔点高，易提纯的特性，选用高纯铂丝作为标准电极，只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电势可根据

EAB（T，T0）＝EAC（T，T0）－EBC（T，T0）直接计算出来。

图9－5 由三种导体分别组成的热电偶

例9.1 热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电势为2.95m V，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电势为－4.0m V，计算镍铬和考铜组合成的热电偶所产生的热电势。

解 镍铬和考铜组合成的热电偶所产生的热电势为

2.95m V－（－4.0m V）＝6.95m V

4.中间温度定律

热电偶在两节点温度T、T0时的热电势等于该热电偶在节点温度为T、Tn和Tn、T0时的相应热电势的代数和。

中间温度定律可以表示为

EAB（T，T0）＝EAB（T，Tn）＋EAB（Tn，T0）（9.10）

中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。它表明：若热电偶的两热电极被两根导体延长，只要接入的两根导体组成的热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同，且它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与连接点温度无关，只与延长以后的热电偶两端的温度有关。

如图9－6所示，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，只要保证这些中间导体两端的温度各自相同，则对热电偶的热电势没有影响。因此中间导体定律对热电偶的实际应用是十分重要的。在实际使用时，应尽量使上述元器件两端的温度相同，才能减少测量误差。

图9－6 具有中间导体的热电偶回路

（a）原理图；（b）应用电路1—表棒；2—磷铜接插件；3—漆包线动圈表头HNi—镍黄铜；QSn—锡磷青铜；Sn—焊锡；Ni Mn—镍锰铜电阻丝；Cu—紫铜导线