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熱電偶的熱電現(xiàn)象及基本定律
熱電偶溫度計由熱電偶,、電測儀表和連接導(dǎo)線組成。它被廣泛用于測量-200~1300℃范圍內(nèi)的溫度,。在特殊情況下,，可測至2800℃的高溫或4K的低溫。熱電偶能把溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，便于信號的遠傳和多點切換測量,，具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便,、準確度高,、熱慣性小等優(yōu)點。
1. 熱電偶測溫原理
由兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A或B組成的閉合回路,，如果使兩個接點處于不同的溫度t0,、t，則回路中就有電動勢出現(xiàn),，稱為熱電勢,，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電勢是溫度t0和t的函數(shù),，恒定接點溫度t0,，則熱電勢是溫度t的單值函數(shù)，只要測得熱電勢的大小,，便可得到被測溫度t,。
熱電勢由溫差電勢與接觸電勢組成。
溫差電勢：是指一根導(dǎo)體上因兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電動勢,。同一導(dǎo)體兩端溫度不同時,，高溫端（測量端、工作端,、熱端）電子的運動速度大于低溫端電子（參比端、自由端,、冷端）的運動速度,，單位時間內(nèi)高溫端失電子帶正電，低溫端得電子帶負電,，高,、低溫端之間形成一個從高溫端指向低溫端的靜電場。該電場阻止高溫端電子向低溫端的動,；加大低溫端電子向高溫端的運動速度,，當運動達到動態(tài)平衡時,，導(dǎo)體兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電位差，該電位差稱為溫差電勢,。溫差電勢的方向：由低溫端指向高溫端,。
溫差電勢的大小：,，
,，式中k為波爾茲曼常數(shù)；e為電子電量
為導(dǎo)體內(nèi)的電子密度,，是溫度的函數(shù),；t、to是導(dǎo)體兩端的溫度,。可見溫差電勢的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和導(dǎo)體兩端溫度有關(guān),，而與導(dǎo)體長度、截面大小以及沿導(dǎo)體長度方向的溫度分布無關(guān),。
接觸電勢：是在兩種不同材料A和B的接觸點產(chǎn)生的,。A、B材料有不同的電子密度,，設(shè)導(dǎo)體A的電子密度nA大于導(dǎo)體B的電子密度nB,，則從A擴散到B的電子數(shù)要比從B擴散到A的多，A因失電子而帶正電荷,，B因得電子而帶負電荷,，于是在A、B的接觸面上便形成一從A到B的靜電場,。這個靜電場將阻礙電子的擴散運動,，誘發(fā)電子的漂移運動，當擴散與漂移達到動態(tài)平衡時,，在A,、B接觸面上便形成了電位差，即接觸電勢,。接觸電勢的方向：由電子密度小的導(dǎo)體指向電子密度大的導(dǎo)體,；
接觸電勢的大小：
或
,，式中：k為波爾茲曼常數(shù),，e為電子電量。溫度越高,，接觸電勢越大,，兩種導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢也越大,?？梢娊佑|電勢與兩導(dǎo)體的性質(zhì)有關(guān)與接觸點的溫度有關(guān),，而與導(dǎo)體長度、截面大小,、沿導(dǎo)體長度方向的溫度分布無關(guān),。
熱電偶回路的總電勢為：
即熱電勢是高溫端溫度及低溫端溫度的函數(shù)，若恒定低溫端溫度,，則熱電勢是高溫端溫度的單值函數(shù),。通過測量熱電勢的大小可以得到被測（高溫端）溫度的數(shù)值。
2. 熱電偶回路的基本定律
1）均質(zhì)導(dǎo)體定律
由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路,，不論導(dǎo)體的長度,、截面積如何以及沿長度方向的溫度分布如何，回路中都不可能產(chǎn)生熱電勢,。
證明：已知：
因是均質(zhì)導(dǎo)體,，電子密度相同，所以
又因為
,，所以回路總電勢等于0,。
結(jié)論（1）熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成；（2）由一種材料組成的閉合回路存在溫差時,，若回路中有熱電勢產(chǎn)生,，則說明該材料是不均質(zhì)的。——用于電極材料的均勻性檢測,。
2）中間導(dǎo)體定律
在熱電偶回路中接入第三種,、第四種、……均質(zhì)導(dǎo)體,，只要保證各導(dǎo)體的兩接入點的溫度相同,，則這些導(dǎo)體的接入不會影響回路中的熱電勢。
證明：以在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)導(dǎo)體C為例,。保證兩接入點的溫度都為t0,，如圖所示：回路電勢為：
其中：
故：
即C導(dǎo)體的加入不影響回路中的熱電勢。
結(jié)論（1）可以在熱電偶回路中接入連接導(dǎo)線和測量儀表,；（2）可以方便熱電偶電極的選配,；（3）可以進行表面溫度和液體介質(zhì)溫度的開路測量。
3）中間溫度定律
接點溫度為t1和t3的熱電偶,，它的熱電勢等于接點溫度分別為t1,、t2和t2、t3的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢的代數(shù)和,，即熱電偶的熱電勢只與高溫端和低溫端的接點溫度有關(guān),，而與中間溫度無關(guān),。
結(jié)論：（1）可以對熱電偶的冷端溫度進行計算修正,；（2）允許在熱電偶回路中接入補償導(dǎo)線,。