热电偶温度计
热电现象和关于热电偶的基本定律
热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。它被广泛用于测量-200~1300℃范围内的温度。在特殊情况下，可测至2800℃的高温或4K的低温。热电偶能把温度信号转变为电信号，便于信号的远传和多点切换测量，具有结构简单、制作方便、准确度高、热惯性小等优点。
1. 热电偶测温原理
由两种不同的导体或半导体A或B组成的闭合回路，如果使两个接点处于不同的温度t0、t，则回路中就有电动势出现，称为热电势，这一现象称为热电效应。热电势是温度t0和t的函数，恒定接点温度t0，则热电势是温度t的单值函数，只要测得热电势的大小，便可得到被测温度t。
热电势由温差电势与接触电势组成。
温差电势：是指一根导体上因两端温度不同而产生的热电动势。同一导体两端温度不同时，高温端（测量端、工作端、热端）电子的运动速度大于低温端电子（参比端、自由端、冷端）的运动速度，单位时间内高温端失电子带正电，低温端得电子带负电，高、低温端之间形成一个从高温端指向低温端的静电场。该电场阻止高温端电子向低温端的动；加大低温端电子向高温端的运动速度，当运动达到动态平衡时，导体两端产生相应的电位差，该电位差称为温差电势。温差电势的方向：由低温端指向高温端。
tk1d(Ntt)dt，式中k为波尔兹曼常数；e温差电势的大小：，e?t,t0???et0Ntdt为电子电量Nt为导体内的电子密度，是温度的
函数；t、to是导体两端的温度。可见温差电势的大小与导体的性质和导体两端温度有关，而与导体长度、截面大小以及沿导体长度方向的温度分布无关。
热电极A 热端 测量端 工作端
eA?t,t0? 冷端
t0 eAB?t?t eAB?t,t0? 热电极B
eAB?t0? 自由端
参比端
eB?t,t0?
热电偶回路的总电势
接触电势：是在两种不同材料A和B的接触点产生的。A、B材料有不同的电子密度，设导体A的电子密度nA大于导体B的电子密度nB，则从A扩散到B的电子数要比从B扩散到A的多，A因失电子而带正电荷，B因得电子而带负电荷，于是在A、B的接触面上便形成一从A到B的静电场。这个静电场将阻碍电子的扩散运动，诱发电子的漂移运动，当扩散与漂移达到动态平衡时，在A、B接触面上便形成了电位差，即接触电势。接触电势的方向：由电子密度小的导体指向电子密度大的导体；
kt0nAt0ktnAtln接触电势的大小：eAB?t??ln或eAB?t0??，式中：k为波
enBtenBt0尔兹曼常数，e为电子电量。温度越高，接触电势越大，两种导体电子密度比值
越大，接触电势也越大。可见接触电势与两导体的性质有关与接触点的温度有关，而与导体长度、截面大小、沿导体长度方向的温度分布无关。
热电偶回路的总电势为：
eAB?t,t0??eAB?t??eA?t,t0??eAB?t0??eB?t,t0??fAB?t??fAB?t0??fAB?t??C即热电势
是高温端温度及低温端温度的函数，若恒定低温端温度，则热电势是高温端温度的单值函数。通过测量热电势的大小可以得到被测（高温端）温度的数值。
2. 热电偶回路的基本定律 1）均质导体定律
由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论导体的长度、截面积如何以及沿长度方向的温度分布如何，回路中都不可能产生热电势。
证明：已知：eAB?t,t0??eAB?t??eA?t,t0??eAB?t0??eB?t,t0? 因是均质导体，电子密度相同，所以eAB?t0??eAB?t??0 又因为?eA?t,t0??eB?t,t0?，所以回路总电势等于0。
结论（1）热电偶必须由两种不同性质的材料构成；（2）由一种材料组成的闭合回路存在温差时，若回路中有热电势产生，则说明该材料是不均质的。——用于电极材料的均匀性检测。
2）中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种、第四种、……均质导体，只要保证各导体的两接入点的温度相同，则这些导体的接入不会影响回路中的热电势。
t B t0 A t0 C 证明：以在热电偶回路中接入第三种均质导体C为例。保证两接入点的温度都为t0，如图所示：回路电势为：
eABC?t,t0??eAB?t??eB?t,t0??eBC?t0??eC?t,t0??eCA?t0??eA?t,t0?
其中：
kt0nBt0kt0nCt0eC?t,t0??eBC?t0??eCA?t0??0?ln?ln?eBA(t0)??eAB(t0)
enCt0enAt0故：eABC?t,t0??eAB?t??eB?t,t0??eA?t,t0??eAB?t0??eAB?t,t0? 即C导体的加入不影响回路中的热电势。
结论（1）可以在热电偶回路中接入连接导线和测量仪表；（2）可以方便热电偶电极的选配；（3）可以进行表面温度和液体介质温度的开路测量。
3）中间温度定律
接点温度为t1和t3的热电偶，它的热电势等于接点温度分别为t1、t2和t2、t3的两支同性质热电偶的热电势的代数和，即热电偶的热电势只与高温端和低温端的接点温度有关，而与中间温度无关。
结论：（1）可以对热电偶的冷端温度进行计算修正；（2）允许在热电偶回路中接入补偿导线。
标准化与非标准化热电偶
1. 热电极材料及其性质
热电极材料应满足下述要求：1）热电势及热电势率（灵敏度）大，热电势与温度间呈线性关系；2）电导率高，电阻温度系数小；3）物理、化学性能稳定（长期使用时，可保证热电特性稳定）；4）复制性好（可批量生产），便于互换；5）机械加工性好，便于安装6）价格便宜。
2. 标准化热电偶
标准化热电偶：是制造工艺较成熟、应用广泛、能批量生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的热电偶。标准化文件对同一型号的标准化热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，也就是说，标准化热电偶具有统一的分度表。分度表是以表格的形式反映电势温度之间的关系，需注意的是：该电势温度关系是在冷端温度为0时得出的，
使用应特别注意。同一型号的标准化热电偶具有互换性，使用十分方便。
目前，国际上已有8种标准化热电偶，这些热电偶的型号（有时也称分度号）、电极材料、可测的温度范围以及使用特点见下表。
注：电极材料的前者为正极，后者为负极，紧跟的数字为该材料的百分含量。温度测量范围是热电偶在良好的使用环境下测温的极限值，实际使用时，特别是长时间使用，一般允许的测温上限是极限值的60%~80%。
分度号 材料 （℃） 金属易提纯，复制准确度和测温准确度较高，物化性能稳定，1300℃以下的氧化或中性介质S 铂 铂铑10--50~1768 线性较大，不能在还原气氛及含有金属或非金属蒸气的气氛中使用。300℃以上最准确的热电偶。 R 铂铑13-铂 -50~1768 基本性能和使用条件与S分度号热电偶相同，只是热电势略大，欧美国家使用较多。 可在1600℃以下的氧化、中性环境中长期使用，铂铑30-B 铂铑6 偶小，冷端温度低于50℃时，不必进行冷端温度补偿。 贱金属热电偶，直径3.2mm的热电偶可在1200℃的高温下长期使用。在500℃以下的还K 硅 镍铬-镍-270~1372 上，只能在还原性、中性的气氛中工作。热电势率比S分度号热电偶大4~5倍，且温度电势关系接近线性。 镍铬硅-N 镍硅 金属热电偶，直径3.2mm的热电偶可在750℃镍铬-铜E 镍合金-270~1000 （康铜） 潮湿环境测温。是热电势率最高的标准化热电偶。 的高温下长期使用，也适合于低温（0℃以下）、-270~1300 原性、中性和氧化性气氛中可靠工作。500℃以0~1820 氛中使用。热电势及热电势率较S分度号热电不能在还原气氛及含有金属或非金属蒸气的气长期使用。价格昂贵，热电势小，热电特性非温度范围使用特点
热电偶和热电阻的知识
