热电偶测量原理

(一) 热电效应

两种不同材料的金属丝连在一起形成一个闭合回路，如图2－4，当两端温度不同时，分别为T、T0，就产生一个电动势，这种现象叫热电效应，这个电动势叫热电势。热电偶就是用这个原理测量温度的。这两根金属丝称热电极，接点1通常是焊接在一起的，测量时将它置于测温场所感受被测温度，故称为测量端 (或工作端，热端); 接点2要求温度恒定，称为参考端 (或自由端、冷端)。

在实际测温时，必须在热电偶闭合回路中引入连接导线和仪表。热电偶的文字符号如图2－5。

图2－4 热电偶工作原理图

图2－5 热电偶文字符号

热电效应的本质是热电偶本身吸收了外部的热能，在内部转换为电能的一种物理现象。热电偶的热电动势由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成。接触电动势 (又称珀乐电动势) 是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触外形成的电动势。温差电动势 (又称汤姆逊电动势) 是在同一导体中，由于两端温度不同而使导体内高温端的自由电子向低温端扩散形成的电动势。

(二) 中间导体定律

在热电偶回路中接入第三种材料的导体C，只要第三种导体的两端温度相同，则这一导体的引入将不会改变原来热电偶的热电动势大小。即

EABC(T，T0) =EAB(T，T0)　(2－1)

其中导体C两端温度相同。

从实用观点看，这个性质很重要，正是由于这个性质存在，才可以在回路中引入各种仪表、连接导线等，而不必担心会对热电动势有影响，而且也允许采用任意的焊接方法来焊制热电偶。同时应用这一性质可以采用开路热电偶对液态金属壁面进行温度测量，如图2－6所示，只要保证两热电极A、B插入地方的温度一致，则对整个回路的总热电动势将不产生影响。

图2－6 热电偶回路