热电偶

热电偶传感器是一种将温度变化转换为电势变化的传感器。在工业生产中，热电偶是应用最广泛的测温元器件之一。其主要优点是测温范围广，可以在1K至2800℃  的范围内使用，精度高，性能稳定，结构简单，动态性能好，把温度转换为电势信号便于处理和远距离传输。

热电偶测温原理
热电偶是由两种不同的金属A和Ｂ构成一个闭合回路，当两个接触端温度不同，即T>T0时，回路中会产生热电势EAB(T,T0)，如图所示。其中，T称为热端,T0称为冷端（自由端或参比端），A和B称为热电极。热电势EAB(T,T0)的大小是由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势所决定的。

接触电势
由于不同的金属材料内部的自由电子密度不相同，当两种金属材料A和B接触时，自由电子就要从密度大的金属材料扩散到密度小的金属材料中去，从而产生自由电子的扩散现象。当金属材料A的自由电子密度比金属材料B大，则有自由电子从A扩散到B，当扩散达到平衡时，金属材料A失去电子带正电荷，而金属材料B得到电子带负电荷。这样A，B接触处形成一定的电位差，这就是接触电势（也叫帕尔帖电势），其大小可表示为eAB(T)，T为接触面的热力学温度。接触电势与当前温度和两种金属的材料性质有关系。
温差电势
在同一金属材料A中，当金属材料两端的温度不同，即T＞T0时，两端电子能量就不同。温度高的一端电子能量大，则电子从高温端向低温端扩散的数量多，最后达到平衡。这样在金属材料A的两端形成一定的电位差，即温差电势（也叫汤姆逊电势），其大小可表示为eA(T,T0)，eA(T,T0)为A材料两端温度分别为T和T０时的温差电势，接触电势与T和T0温度和两种金属的材料性质有关系。

经推导：热电偶热电势的大小，只与导体A和B的材料有关，与冷、热端的温度有关，而与导体的粗细、长短及两导体接触面积无关。

热电偶的基本定律
匀质导体定律
由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势。这一定律说明，热电偶必须采用两种不同材料的导体组成，且热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，而与沿热电极的温度分布无关。如果热电偶的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，热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。
中间导体定律
在热电偶回路中，冷端断开接入与A，B电极不同的另一种导体（称为中间导体C），只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电势不受中间导体接入的影响。如图所示，在电极为A和B的热电偶回路中接入第三种导体C，只要保持C两端的温度相等，则回路总电势仍是EAB(T,T0)不变，与C的接入无关。这一点对于热电偶的实际运用十分重要，因为要测量回路的热电势，就需要接入测量仪表，那么仪表中肯定有导线等其他第三种导体C。因此，仪表的接入不会引起回路热电势的变化。

连接导体定律
如图所示，在热电偶回路中，如果热电极A和B分别与连接导体A′和B′相接，其接点温度分别为T，Tn和T０，则回路的总热电势等于热电偶的热电势EAB(T,T0)与连接导体的热电势EAB(Tn,T0)之代数和。这就是连接导体定律，即EAB(T,T0)= EAB(T,Tn)+EAB(T,T0)

例：用(S型)热电偶测量某一温度，若参比端温度Tn＝30℃，测得的热电势EAB(T,Tn)＝7.5mV，求测量端的实际温度T。
解：EAB(T,T0)= EAB(T,Tn)+EAB(T,T0)，在EAB(T,T0)中，Tn＝30℃，T0＝0℃，查分度表有EAB(30,0)=0.173mV，又已知EAB(T,30)＝7.5mV，因此EAB(T,T0)=7.5mV+0.173mV=7.673mV，反查分度表有T=830℃，所以测量端的实际温度为830℃。

使用时注意事项
如图所示，属于想的测温模型，实际使用中只要保证冷端温度一致并且能准确测量(一般使用热敏电阻等)，仪表即可实现准确测量温度。