第三章 热电偶温度测量
热电偶测温度原理
热电偶测温度原理热电偶是一种常用于测量温度的传感器。
它基于"热电效应"——即当两种不同材料的接触处存在温度差时，会产生电势差，这个现象被称为"热电效应"。
热电偶的原理就是利用这种热电效应来测量温度。
热电偶由两种不同材料的金属丝或导线组成，这两种金属丝被称为"热电对"。
常见的热电对有K型、T型、J型等。
两种金属丝的一端焊接在一起形成测温点，即所要测量的温度点。
另一端接在一个显示或记录仪器上。
当测温点的温度发生变化时，热电对的接触处会产生温差，从而引起电势差。
这个电势差可以通过测量电压的大小来得到。
根据不同类型的热电对，其电势差-温度曲线也不同。
因此，需要根据热电对的类型选择合适的温度电动势-温度关系表来进行温度计算。
具体来说，假设热电对的导线为金和铂，当温度发生改变时，由于金和铂的热膨胀系数不同，导致它们的长度变化也不同，从而形成一个电势差。
这个电势差可以通过连接到外部电路上的伏特计测量得到。
热电偶的测温原理可用一个简单的电路来解释。
假设存在一个理想热电偶，并将其两端连接到一个测量设备上，这个设备能够测量电势差。
当热电偶的两端分别处于不同的温度下时，热电对之间会产生一个电势差。
这个电势差将会导致一个电流通过测量设备。
根据欧姆定律，电流的大小与电势差成正比。
因此，通过测量电流的大小，我们可以推算出热电偶的电势差大小。
由于热电偶的测温原理是基于温差，因此测量的温度包括两个方面：测量对象的温度和参考温度。
通常情况下，参考温度会被设定为一个固定值，例如0或25。
在这种情况下，我们只需要测量温度物体的温度并利用热电偶的电势差-温度关系表进行温度计算。
为了提高热电偶的测量精确度，还需要考虑一些因素，例如温度漂移、电磁干扰等。
温度漂移是指由于热电对材料或接口的变化，导致热电对电势差发生变化。
而电磁干扰则是指来自外部电磁场的干扰，会影响热电对的电势差测量结果。
热电偶测量温度的原理及方法
热电偶测量温度的原理及方法热电偶是一种常用的测量温度的方法，它利用了热电效应来实现温度的测量。
热电偶由两种不同材料的金属丝组成，称为热电对。
这两种金属丝分别被连接到一个电路中，形成一个闭合回路。
当一个热电偶的两端分别被加热和冷却时，两个接点之间会产生一个电动势，这个电动势与温度间有一定的关系，从而可以通过测量电动势来确定温度。
在测量温度的过程中，热电偶的原理主要包括热电效应和热电势的测量。
热电效应是指当两个不同材料的热电对受热或冷却时，两个接点之间会产生一个电势差。
这是由于两种金属之间的电子迁移产生的热电效应。
当一个接点受热时，热能会使接点附近的电子获得更高的动能，并朝着冷却的接点迁移，从而形成了一个电势差。
这个电势差称为热电势。
热电势的测量可以通过测量闭合回路中的电流来实现。
热电偶的两端被连接到一个电压计，当两个接点产生热电势时，闭合回路中会有一个电流通过。
这个电流的大小与热电偶的热电势成正比，从而可以通过测量电流来确定温度。
热电偶在温度测量中有许多优点。
它们具有快速响应的特性，可以实时测量温度的变化。
热电偶具有较宽的测量范围，可以在不同的温度范围内进行准确的测量。
热电偶具有较小的体积，可以方便地应用于各种环境。
在使用热电偶进行温度测量时，需要注意一些因素。
热电偶的两个接点必须被正确地连接到电路中，以确保测量的准确性。
热电偶的两个接点之间的温度差异不应过大，否则会影响热电势的测量。
热电偶的响应时间与其直径和长度有关，需要根据实际情况选择合适的热电偶。
总结起来，热电偶是一种常用的测量温度的方法，它利用热电效应实现温度的测量。
热电偶的原理包括热电效应和热电势的测量，通过测量闭合回路中的电流来确定温度。
热电偶具有快速响应、宽测量范围和较小体积等优点，但在使用时需要注意接点连接和温度差异的影响。
通过了解和应用热电偶的原理和方法，我们可以准确地测量温度，并为相关领域的研究和工作提供有价值的数据和信息。
个人观点和理解方面，我认为热电偶是一种非常实用的温度测量方法。
热电偶测量温度的原理
热电偶测量温度的原理
热电偶是一种常用的测量温度的传感器，它利用热电效应的原理进行测量。
下面就让我们来分步骤了解一下热电偶测量温度的原理。
首先，我们需要了解热电效应的原理。
热电效应是指当两种不同金属连接起来形成一个闭合回路时，当回路中有一个区域的温度不同于其他区域时，回路两端产生的电势差就是热电势，即热电效应。
其次，我们需要知道热电偶的基本组成。
热电偶由两种不同金属的导线焊接在一起构成，其中一根导线被称为热电偶的“热端”，另一根导线被称为热电偶的“冷端”。
接着，我们需要了解热电偶测量温度的原理。
当热电偶的热端和冷端分别接触到不同温度的物体时，由于热电效应的原理，两端之间会产生一个电势差（热电势）。
利用热电势的大小和温度之间的线性关系，我们就可以通过测量热电偶的电势差，推算出热端和冷端所接触的物体温度的差值，从而得到被测温度。
最后，我们需要注意热电偶的使用细节。
由于热电偶的热端需要直接接触被测温度的物体，因此热电偶的使用需要注意物体表面的状况（尽量平整、洁净），以保证测量精度。
此外，热电偶的范围和精度也需要根据实际测量需求选择合适的型号。
总体而言，热电偶测量温度的原理简单易懂，并且测量精度较高，因此被广泛应用于各个领域的温度测量中。
热电偶温度测量方法
热电偶温度测量方法1、补偿导线在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。
若与所配用的热电偶正确连接，其作用是将热电偶的参比端延伸到远离热源或环境温度较恒定的地方。
使用补偿导线的优点：①改善热电偶测温线路的机械与物理性能，采用多股或小直径补偿导线可提高线路的挠性，接线方便，也可以调节线路的电阻或屏蔽外界干扰；②降低测量线路的成本。
当热电偶与仪表的距离很远时，可用贱金属补偿型补偿导线代替贵金属热电偶。
在现场测温中，补偿导线除了可以延长热电偶参比端，节省贵金属材料外，若采用多股补偿导线，还便于安装与铺设；用直径粗、电导系数大的补偿导线，还可减少测量回路电阻。
采用补偿导线虽有许多优点，但必须掌握它的特点，否则，不仅不能补偿参比端温度的影响，反而会增加测温误差。
补偿导线的特点是：在一定温度范围内，其热电性能与热电偶基本一致。
它的作用只是把热电偶的参比端移至离热源较远或环境温度恒定的地方，但不能消除参比端不为0℃的影响，所以，仍须将参比端的温度修正到0℃。
补偿导线使用时的注意事项如下：①各种补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用；连接时，切勿将补偿导线极性接反；②补偿导线与热电偶连接点的温度，不得超过规定的使用温度范围，通常接点温度在100 ℃以下，耐热用补偿导线可达200℃；③由于补偿导线与电极材料通常并不完全相同，因此两连接点温度必须相同，否则会产生附加电势、引入误差；④在需高精度测温场合，处理测量结果时应加上补偿导线的修正值，以保证测量精度。
2、参比端处理我们经常使用的热电偶分度表，都是以热电偶参比端为0℃条件下制作的。
在实验室条件下可采取诸如在保温瓶内盛满冰水混合物（最好用蒸馏水及用蒸馏水制成的冰），并且，保温瓶内要有足够数量的冰块，保证参比端为0℃（值得注意的是，冰水混合物并不一定就是0℃，只有在冰水两相界面处才是0℃）。
或利用半导体制冷的原理制成的电子式恒温槽使参比端温度保持在0℃。
热电偶测温原理
热电偶测温原理
热电偶是一种常用的温度传感器，它利用两种不同金属的导电性能差异产生的热电动势来测量温度。
热电偶测温原理基于热电效应，即当两种不同金属连接成回路时，若两个连接点处于不同温度，就会在回路中产生热电动势，这种现象被称为热电效应。
热电偶的测温原理主要依赖于两个基本规律，温差电动势规律和温度与电动势的关系规律。
首先，根据温差电动势规律，热电偶的工作原理是利用两个不同金属导线连接成回路后，当两个连接点处于不同温度时，就会在回路中产生热电动势。
这是因为金属导体中的自由电子在受热后运动加剧，导致电子在两种金属导体之间形成电子云，从而产生热电动势。
这个热电动势的大小与金属种类、温度差异以及连接点材料的特性有关。
其次，根据温度与电动势的关系规律，热电偶的工作原理是利用热电动势与温度之间的线性关系来测量温度。
一般来说，热电偶的电动势与温度呈线性关系，可以通过标定曲线将电动势与温度一一对应起来，从而实现温度的测量。
热电偶测温原理的核心在于利用热电效应产生的热电动势来测量温度，其测温范围广、响应速度快、结构简单、价格低廉等特点，使其在工业生产中得到广泛应用。
在实际应用中，我们需要注意热电偶的选型、安装位置、温度补偿等因素，以确保测温的准确性和稳定性。
总的来说，热电偶测温原理是基于热电效应的，利用热电动势与温度之间的线性关系来实现温度的测量。
通过合理选型和使用，热电偶可以在工业生产中发挥重要作用，帮助我们实现对温度的准确监测和控制。
实验三,热电偶与热电阻的温度测量
实验三热电偶与热电阻的温度测量一、实验目的：1、了解热电偶测量温度的原理与应用。
2、了解热电偶冷（自由）端温度补偿的原理与方法。
3、了解热电阻的测温原理与特性。
二、实验原理：将两种不同的金属丝组成回路，如果二种金属丝的两个接点有温度差，在回路内就会产生热电势，这就是热电效应，热电偶就是利用这一原理制成的一种温差测量传感器，置于被测温度场的接点称为工作端，另一接点称为冷端(也称自由端)，冷端可以是室温值也可以是经过补偿后的0℃、25℃的模拟温度场。
热电偶是一种温差测量传感器。
为直接反映温度场的摄氏温度值，需对其自由端进行温度补偿。
热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温槽法、自动补偿法、电桥法，常用的是电桥法(图3-2)，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0℃时达到平衡(亦有20℃平衡)。
当热电偶自由端(a、b)温度升高时(>0℃)热电偶回路的电势Uab下降，由于补偿器中PN结呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。
热电阻用于测温时利用了导体电阻率随温度变化这一特性，对于热电阻要求其材料电阻温度系数大，稳定性好、电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。
常用的有铂电阻和铜电阻，热电阻阻值Rt与温度t的关系为：Rt=R0(1+At+Bt2)本实验采用的是Pt100铂电阻，它的R0=100Ω，A=3.9684×10-2/℃，B=5.847×10-7/℃2，铂电阻采用三线连接法，其中一端接二根引线主要为了消除引线电阻对测量的影响。
三、需用器件与单元：K型、E型热电偶、温度源、温度控制仪表、温度控制测量仪（9000型）。
温度传感器实验模板、冷端温度补偿器、直流±15V、外接+5V电源适配器。
Pt100铂热电阻。
四、实验步骤：1、将热电偶插到温度源两个传感器插孔中任意一个插孔中，（K型、E型已装在一个护套内），K型热电偶的自由端接到主控箱面板上温控部分的Ek端，用它作为标准传感器，配合温控仪表用于设定温度，注意识别引线标记，K型、E型及正极、负极不要接错。
《温度测量热电偶》课件
或移动。
热电偶的维护与保养
01
02
03
04
检查热电偶状态
定期检查热电偶的状态，包括 是否有松动、损坏或污染等情
况。
清洁热电偶
定期使用适当的清洁剂清洁热 电偶，去除污垢和污染物。
校准热电偶
根据需要，定期对热电偶进行 校准，确保其准确性和可靠性
当两种不同金属导体A和B组成闭合回路时，如果 两接点处温度不同，则在回路中产生热电动势， 形成热电流，这就是热电效应。
当测量端与被测物体接触，并受到热量作用时， 热电偶产生的热电动势与温度呈线性关系，通过 测量参考端温度和已知的热电动势值，即可计算 出测量端的温度。
热电偶的种类和特性
热电偶有多种类型，如镍铬-镍硅、 铜-康铜、铁-康铜等，每种类型都有 其特定的测温范围和特点。。Fra bibliotek更换热电偶
如发现热电偶有损坏或性能下 降，应及时更换。
热电偶的故障排除
检查信号传输
检查热电偶的信号传输是否正 常，如发现异常应及时处理。
检查连接线路
检查热电偶的连接线路是否松 动或损坏，如有问题应及时修 复。
检查参考端温度
确保热电偶的参考端温度稳定 ，如发现异常应及时处理。
寻求专业帮助
如无法排除故障，应寻求专业 人员的帮助。
CHAPTER 03
热电偶在各领域的应用
工业领域的应用
自动化生产控制
热电偶在工业自动化生产控制中起到关键 作用，用于监测和控制各种工业设备的温 度，确保生产过程的稳定性和产品质量。
化学工业过程控制
在化学工业中，热电偶用于监测化学反应 温度，控制化学反应过程，保证产品质量
热电偶测量温度原理
1、2两点的温度不同时，回路中就会产生热电势，因而•就有电流产生，电流表就会•发生偏转，这一现象称为热•电效应（塞贝克效应），产生的电势、电流分别叫热电•势、热电流。
热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。
是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的，是温度测量仪表中常用的测温元件。
将不同材料的导体A、B接成闭合回路,接触测温点的一端称测量端,一端称参比端。
若测量端和参比端所处温度t和t0 不同,则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t，t0 ),这种现象称为塞贝克效应，即热电效应。
EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变,这种回路称为原型热电偶。
在实际应用中，将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。
显示仪表所测电势只随被测温度而t变化。
第一节热电偶的测温原理在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效应以来，经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文等科学家的大量研究，热电效应理论得到了不断的发展，并日趋完善。
热电偶是热电效应的具体应用之一，它在温度测量中得到了广泛的应用，热电偶具有结构简单、容易制造、使用方便和测量精度高等优点。
可用于快速测温、点温测量和表面测量等，但是热电偶也存在着不足的地方，如使用的参考端温度必须恒定，否则将歪曲测量结果；在高温或长期使用中，因受被测介质或气氛的作用（如氧化、还原等）而发生劣化，降低使用寿命。
尽管如此，热电偶仍在工业生产和科研活动中起着举足轻重的作用。
下面我们从三个热电效应的阐述中来讨论热电偶的测温原理。
一、塞贝克效应和塞贝克电势热电偶为什么能用来测量温度呢？这就是从热能和电能的相互转化的热电现象说起。
在1821年，塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的闭合回路（如图1-1）中，如果对接点a加热，那么，a,b两接点的温度就会不同，温度不同，就会有电流产生，使得接在电路中的电流表发生偏转。
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标准化热电偶具有统一的分度表。 对于同一型号的标准化热电偶具有互换性，使用十
分方便。
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1．铂铑10——铂热电偶(分度号s)
贵金属热电偶，直径通常钓为0．5mm，它长期使用的最高温度可达
1300 ℃ ，短期使用可达1600℃。这种热电偶的复制性好，测量准确 度高，宜在氧化性及中性气氛中长期使用，在真空中可短期使用，
2)和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入热电偶 的回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶应有的热电 势，这就为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据。
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第二节 标准化与非标准化热电偶
常用的热电偶是由热电极(热偶丝)、绝缘材料(绝 缘管)和保护套管等部分构成的。
而且对于任何热电偶接点，只
要它接触良好，温度均一，不 论用何种方法构成接点，都不 影响热电偶回路的热电势。
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动平衡状态时在导体两端产生一
此电势只与导体性质和导体两端
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接触电势(珀尔帖电势)
是在两种不同的导体A和B接
触时产生的。
A、B金属有不同的电子密度，
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因失去电子而 带正电荷，B因得到电子而带 负电荷，于是在A、B的接触 面上便形成了一个从A到B的 静电场。
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一、热电极材料及其热电性质
1)物理性能稳定。能在较宽的温度范围内使用，其热电性 质不随时间变化； 2)化学性能稳定，在高温下不易被氧化和腐蚀； 3)热电势和热电势率(温度每变化1℃引起的热电势的变化) 大，热电势与温度之间呈线性关系； 4)电导率高，电阻温度系数小； 5)复制性好，以便互换；
第三章 热电偶温度测量
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1
第一节热电现象和关于热电偶的基本定律 一、热电现象和热电偶温度计； 二、热电偶的基本定律 第二节标准化与非标准化热电偶 一、热电极材料及其热电性质； 二、标准化热电偶； 三、非标准化热电偶 四、热电偶的构造
3．铂铑30——铂铑6热电偶(分度号B)
这也是贵金属热电偶，直径通常为0．5mm，长期使用最高温度可达
1600℃，短期使用可达1800℃。
它宜在氧化性或中性气氛中使用，在真空中可短期使用。 它不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸气的气氛中使用，除非外面
套有合适的非金属保护套管。与铂铑10一铂热电偶相比。 很小，热电性质更为稳定。
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热电偶测量温度的工作原理
即热电偶所产生的热电势E只和温度有关，因此，测量
热电势的大小，就可求得温度t的数值了，这就是用热 电偶测量温度的工作原理。
组成热电偶的两种导体，称为热电极。 通常把t0热电偶的参考端、自由端或冷端，而t端称为
补偿导线电阻率较小，线径较粗，这有利于减小热电偶回路的电阻。
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连接温度定律的推论
1)已知热电偶在某一给定冷端温度下进行的分度，只要 引入适当的修正，就可在另外的冷端温度下使用。这就为制 订热电偶的热电势——温度关系分度表奠定了理论基础。
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标准电极
参考导体亦称标准电极。 铂的物理、化学性能稳定，熔点高，易提纯，复制性好，所
以标准电极常用纯铂丝制作。
这个结论大大简化了热电偶的选配工作。只要取得一些热电
极与标准铂电极配对的热电势，其中任何两种热电极配对时 的热电势就可通过计算求得。
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一、热电现象和热电偶温度计
由两种不同的导体(或半导 体)A、B组成的闭合回路中， 如果使两个接点t、t0处于 不同温度，回路就会出现电 动势，称为热电势，这一现 象称为热电现象，这是塞贝 克在1821年发现的，故又 称为塞贝克效应。
热电势是由温差电势和接触
电势组成的。
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温差电势(汤姆逊电势)
是一根导体上因两端温度不同而
产生的热电动势。
当同一导体的两端温度不同时，
高温端的电子能量比低温端的电 子能量大，因而从高温端跑到低 温端的电子数比从低温端跑到高 温端的要多 低温端因得到电子而带负电荷， 从而在高、低温端之间形成一个 从高温端指向低温端的静电场。
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2．铂铑13——铂热电偶(分度号R)
热电偶的基本性能和使用条件和铂铑10一铂热电
偶相同，只是热电势略大些，欧美等国家使用较 多。
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如果两种导体A、B
对另一种参考导体C 的热电势为已知。
这两种导体组成热
电偶的热电势是它 们对参考导体热电 势的代数和(见图 3—6)。
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但这种方法要耗费许多贵重的热电极材料，因此。 一般是用一种所谓补偿导线和热电偶的冷端相连 接(如图3—8所示)。
这种补偿导线是两种不同的金属材料，它在一定 的温度范围内(0～100℃)和所连接的热电偶具有 相同的热电性质，可用它们来做热电偶的延伸线。
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不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸气中使用，除非外面套有合
适的非金属保护套管，防止这些气氛和它直接接触。
在高温下长期使用时，其晶粒会过分增大，导致铂电极折断。高温下
铂电极对污染很敏感，热电势会下降，而且铂铑极中的铑会挥发或向 铂电极扩散，热电势也会下降。
电势较小，价格较贵。
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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，回路如产生热电势，便说 明该材料是不均匀的。据此，可检查热电极材料的均匀性。
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2．中间导体定律
由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点
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这个电场将阻碍电子扩散的继续进行，
同时加速电子向相反方向转移，即从 B回到A的电子数增多，最后达到动 平衡状态。
在动平衡状态时A、B之间形成一个
电位差，这个电位差称为接触电势 (见图3—3)，其数值取决于两种不同 导体的性质和接触点的温度。
热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。 测量100～1600℃温度
较高准确度
温度信号转变成电信号，便于信号的远传和实现多点切换测
量
在工业生产和科学研究领域中被广泛用于测量温度。
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的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。
结论
1)在热电偶回路中加入第三种均质材料，只要它 的两端温度相同，对回路的热电势就没有影响。
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如图3—5所，利用热电偶测温
时，只要热电偶连接显示仪表 的两个接点的温度相同，那么 仪表的接入对热电偶的热电势 没有影响。
如导体A和B相接触，接点温度为t则
接点处的接触电势的形式只与A和B 的性质有关
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热电势
一个由A、B两种均匀 导体组成的热电偶， 当两个接点温度分别 时，按顺时针取向， 热电偶产生的热电势 为温差电势和接触电 势之和。
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3．连接温度(或中间温度)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，如图 3—7所示，可以写出它的热电势。
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