热电偶传感器及其应用
热电偶传感器及应用
定统一的分度表，材料要有一定的韧性，焊接 性能好，以利于制作。
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热电偶传感器及应用
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2．电极材料的分类
（1）一般金属，如镍铬-镍硅，铜-镍铜， 镍铬-镍铝，镍铬-考铜等。
（2）贵金属，这类热电偶材料主要是由 铂、铱、铑、钌、锇及其合金组成，如 铂铹-铂、铱铑-铱等。
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5.2.1热电偶的基本结构形式
热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠 装型热电偶和薄膜热电偶等。
热电偶的种类虽然很多，但通常由金属 热电极、绝缘子、保护套管及接线装置 等部分组成。
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热电偶传感器及应用
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1．普通型热电偶
普通型结构热电偶工业上使用最多，它 一般由热电极、绝缘套管、保护管和接 线盒组成。
热电偶在两结点温度分别为T、T0时的热 电势等于该热电偶在结点温度为T、Tn和 Tn、T0相应热电势的代数和，
E A B ( T ,T 0 ) E A B ( T ,T n ) E A B ( T n ,T 0 )
定律是参考端温度计算修正法的理论依 据
热电偶中间温度定律示意图
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固定螺纹 （出厂时用塑料包裹） 热电偶工作端（热端）
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热电偶传感器及应用
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2．铠装型热电偶
铠装型热电偶又称套管热电偶。它是由 热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经 拉伸加工而成的坚实组合体 .
它可以做得很细很长，使用中随需要能 任意弯曲。铠装型热电偶的主要优点是 测温端热容量小，动态响应快，机械强 度高，挠性好，可安装在结构复杂的装 置上，因此被广泛用在许多工业部门中。
热电偶应用场景
热电偶应用场景
热电偶是一种常见的温度测量传感器，其应用场景非常广泛。
以下是几个常见的热电偶应用场景：
1. 工业生产中的温度测量：在工业制造中，很多生产过程需要控制或监测温度，如热处理、熔炼、烘干等。
热电偶可以非常准确地测量温度，并将数据传输到计算机或PLC等控制系统中，从而实现自动化控制。
2. 热力发电中的温度监测：热力发电是利用水蒸汽驱动涡轮发电机发电的一种方式，需要对燃料燃烧的温度进行监控。
热电偶可以测量燃烧室内的温度，确保燃烧温度处于安全范围内，同时也可以监测水蒸汽的温度，确保发电机的正常运行。
3. 空调、冰箱等家用电器中的温度控制：在空调、冰箱等家用电器中，热电偶被用来测量室内或某个区域的温度，并根据测量结果来控制制冷或加热等操作，以保持设定的温度范围。
4. 食品加工中的温度控制：在食品加工中，需要对食品的温度进行严密的控制，以确保食品的质量和安全。
热电偶可以被用来测量烤箱、烤架、烤盘等加热设备的温度，从而控制食品的加热时间和温度。
5. 医疗设备中的温度测量：在医院中，热电偶可以被用来测量患者的体温、手术器械的温度等，以确保医疗设备和手术环境的温度处于安全范围内，避免烫伤或其他安全问题。
- 1 -。
浅谈热电偶传感器的测温原理及应用
工作原理 选型 冷 端 补 偿
如下 ：
一 、
热电偶测温基本原理
将 两种 不 同材 料 的导体或 半 导体Ａ和Ｂ 接起 来 ，构成一 个 闭合 焊
１ 、组 成热 电偶 的两个 热电极 的焊接必须 牢 固； ２ 、热电极之 间需要用 绝缘管保 护 ，以防短路 ； ３ 、保护 管 的作用 在于使 用 热 电偶 电极 不直 接与 被测介 质接触 ，
ＩＣ）推荐 了８ 种类 型 的热 电偶作为标 准化热 电偶 ，即 工业测温 用的热 电偶 ，其基 本构造 包括热 电偶丝 、绝缘管 、保护 际电工委员 会 （Ｅ 型 型 型 型 型 型、Ｒ 型和ｓ 。由于铂属于贵 重金 型 管 和接线盒等 ，为了保证 热 电偶 可靠 、稳 定地 工作 ， 它 的结 构要求 为Ｔ 、Ｅ 、Ｊ 、砭 、Ｎ 、Ｂ 对 属 ，故Ｂ，Ｒ，ｓ 又被 称为贵金属热 电偶 。 下 表 所 列 的是 常用 热 电偶 的材 料规 格
２ 、热电偶 的选型 选 择 热 电偶 要根 据使 用 温度 范 围 、所
需 精度 、使 用环 境 、测 定对 象 的性 能 、响
３ ０ 铂铑
６
确度高 ，稳定性好 ， ｊ 温温 区宽， 使用寿命 长，测温 上限高等 优点，
Ｓ
１ Ｏ
纯铂
中Ｏ ５ ．
ｌ０ ３０
１０ ６０
在 与其 具有 一定温 差 的很 大物体时 ，热 电偶
将接 受辐射能 。
中２０
６０ ５
７０ ５
测量微 小的温度变 化
。
适用 于湿度 热 电势均匀性 较差 。
Ｅ Biblioteka 镍铬 铜 镍 中３ ２ ． ７０ ５ ８０ ５
热电偶传感器的原理与发展应用
热电偶传感器的原理与发展应用一、引言热电偶传感器是一种广泛应用于温度测量和控制的传感器，其原理是基于塞贝克效应（Seebeck effect）来测量温度。
本文将围绕热电偶传感器的原理、发展应用等方面展开讨论，旨在明确本文的目标，即介绍热电偶传感器的原理，探讨其在现代工业领域的应用和发展趋势。
二、热电偶传感器的原理热电偶传感器是基于塞贝克效应的测温传感器。
塞贝克效应是指两种不同材料构成的回路中，当两端处于不同的温度时，回路中会产生电动势的现象。
热电偶传感器由两种不同材料的导体或半导体构成，一端接热源，另一端作为测量端。
当两端温度存在差异时，由于塞贝克效应的作用，测量端会产生电动势，通过测量该电动势的大小，可以确定温度差的大小，从而实现对温度的测量。
三、热电偶传感器的发展应用1.工业领域：热电偶传感器在工业领域中广泛应用于温度测量和控制。
例如，在钢铁、石油化工、电力等行业中，需要对生产过程中的温度进行精确测量和控制，以确保产品质量和生产效率。
热电偶传感器具有测量精度高、响应速度快、稳定性好等优点，因此被广泛应用于这些领域。
2.航空航天领域：在航空航天领域，热电偶传感器被用于测量飞行器表面的温度、发动机内部的温度等。
由于热电偶传感器具有抗辐射、耐高温等特性，因此能够满足航空航天领域对温度测量的特殊要求。
3.医疗领域：在医疗领域，热电偶传感器被用于测量病患的体温、血液温度等。
例如，在手术过程中，需要对病患的体温进行精确测量和控制，以防止手术过程中出现低温或高温对病患造成不良影响。
四、结论本文介绍了热电偶传感器的原理和发展应用，表明了其在现代工业领域的重要地位和作用。
随着科技的不断进步和工业的发展，热电偶传感器的应用领域将会越来越广泛。
未来，随着新材料、新工艺的不断涌现和应用，热电偶传感器的性能将会得到进一步提升，为现代工业的发展提供更加精确、快速、稳定的温度测量和控制手段。
第5章热电偶传感器及应用
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1．普通型热电偶
普通型结构热电偶工业上使用最多，它 一般由热电极、绝缘套管、保护管和接 线盒组成。
普通型热电偶按其安装时的连接形式可 分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活 动法兰连接、无固定装置等多种形式。
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普通型热电偶结构图
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普通装配型热电偶的 外形
其结构有片状、针状和把热电极材料直接蒸镀 在被测表面上等3种。所用的电极类型有铁-康 铜、铁镍、铜-康铜、镍铬-镍硅等。测温范围 为−200～300℃。
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铁-镍薄膜热电偶结构
1—测量接点 2—铁膜 3—铁丝 4—镍丝 5—接头夹具 6—镍膜 7—衬架
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热电偶回路原理
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热电势由两部分组成
两种导体组成的回路称为“热电偶”， 这两种导体称为“热电极”，产生的电 势则称为“热电势”，热电偶的两个结 点，一个称为测量端（工作端或热端）， 另一个称为参考端（自由端或冷端）。
一部分是两种导体的接触电势，另一部 分是单一导体的温差电势。
在热电偶回路中接触电动势远远大于温差电动势， 所以温差电动势可以忽略不计
E A B ( T 、 T 0 ) e A B ( T ) e A B ( T 0 ) k e T l n n n A B - k e T ０ l n n n A B k e ( T - Τ 0 ) l n n n A B
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铠装型热电偶外形
铠装型热电偶可 长达上百米
绝缘 材料
AB
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薄壁金属 保护套管 （铠体）
热电偶测温的原理及其应用
热电偶测温的原理及其应用1. 热电偶测温的原理热电偶是一种常用的温度测量传感器，它基于热电效应原理工作。
热电效应是指在不同温度条件下的两种不同金属导体接触处，会产生电势差的现象。
热电偶由两种不同金属导体构成，常用的是铂铑合金和镍铬合金。
热电偶测温的原理是基于热电效应的温度-电势关系。
当热电偶的两端温度不同时，两种导体产生的电势差会发生变化。
这个电势差与温度之间存在着一种严格的函数关系，称为热电偶的温度-电势特性曲线。
2. 热电偶测温的优势热电偶测温具有以下几个优势：•广泛的测量范围：热电偶可以测量非常高的温度，一般可达1800°C，甚至更高。
•快速的响应速度：热电偶的响应速度非常快，通常在几十毫秒内就可以达到稳定状态。
•精度较高：热电偶测温的精度一般可以达到0.5°C，部分特殊型号的热电偶甚至可以达到0.1°C。
•结构简单：热电偶的结构非常简单，由两根不同金属导线焊接组成，易于制造和安装。
•可靠性高：热电偶具有较高的可靠性，能够在恶劣的工作环境下长期稳定工作。
3. 热电偶的应用领域热电偶在工业和科学领域有广泛的应用，以下是热电偶的一些典型应用场景：•工业生产过程控制：热电偶可以用于测量大型冶金炉、玻璃窑、陶瓷炉和高温熔炼炉等工业生产过程中的温度，实现温度的自动控制和监测。
•航空航天：热电偶可以用于航空航天领域中的高温环境下温度的测量，例如火箭发动机、航天器再入大气层时的温度监测等。
•电力行业：热电偶可以用于火力发电厂的锅炉燃烧温度监测，以及核电站中的燃料温度监测等。
•石油化工：热电偶可以用于原油精炼工艺中的温度测量，以及化工设备中的温度监测等。
•科学研究：热电偶在科学研究领域中也有广泛应用，例如地质勘探中温度的探测、实验室中的温度测量等。
4. 热电偶测温的注意事项在使用热电偶进行温度测量时，需要注意以下几点：•温度范围选择：不同的热电偶适用于不同的温度范围，应根据实际需要选择适合的热电偶型号。
热电偶分类及使用场合
热电偶分类及使用场合热电偶是一种温度传感器，利用热电效应测量温度。
热电偶分类和使用场合较为多样，下面将详细介绍几种常见的热电偶及其应用领域。
1.K型热电偶K型热电偶是最常见和被广泛使用的热电偶之一、它由镍铬和镍铝合金组成，可在-200℃至1250℃的范围内测量温度。
K型热电偶具有良好的稳定性和精确度，因此广泛用于化工、电力、冶金、石油等工业领域，以及科研实验室中。
2.J型热电偶J型热电偶由铁和常规合金组成，可以在-40℃至750℃的范围内测量温度。
它具有较高的敏感度和精确度，适用于一些要求较高的应用，如实验室研究和精密仪器。
3.T型热电偶T型热电偶由铜和镍铬合金组成，可以在-200℃至350℃的范围内测量温度。
它具有较高的线性度和稳定性，常见应用于食品、制药、日化等行业中的温度控制和过程监测。
4.E型热电偶E型热电偶由镍铬和铜镍合金组成，可以在-200℃至900℃的范围内测量温度。
它具有较高的精确度和耐腐蚀性，适用于化工、冶金、医药等领域中的温度测量。
5.N型热电偶此外，还有S型、R型、B型、C型等其他类型的热电偶，它们分别适用于不同的温度范围和环境条件。
热电偶广泛应用于各个领域，主要用于以下几个方面：1.工业过程控制：热电偶可以用于测量工业生产过程中的温度，如炉温、油温、液体流量等。
它们可以精确测量高温和低温环境下的温度变化，从而对生产过程进行监控和控制。
2.实验研究：热电偶在科研实验中起到重要的作用，如物理实验、化学实验等。
它们可以测量样品或实验环境的温度变化，为科学研究提供准确的数据。
3.温度监测与控制：热电偶可以用于温度监测与控制系统，如温度控制仪、温度记录仪等。
通过热电偶的测量结果，可以实时监测温度变化，并进行相应的控制操作。
4.家用电器：一些家用电器，如电磁炉、烤箱等，也采用了热电偶来测量温度。
这些热电偶一般较小，并且与电子控制系统结合，实现对温度的精确控制。
总之，热电偶是一种广泛应用于不同领域的温度传感器。
热电式传感器的应用
热电式传感器的应用热电式传感器是一种广泛应用于各种工业和科研领域的传感器。
它利用热电效应来测量温度、热量或流量等物理量。
下面将详细介绍热电式传感器的应用。
一、温度测量温度是热电式传感器最常用的测量参数。
热电偶是温度测量中最常用的热电式传感器，它由两种不同材料的导体组成，当两种导体连接时，它们之间会产生热电效应。
当两个连接的导体之间有温度差时，就会产生电动势。
通过测量这个电动势，可以确定两个导体之间的温度差，从而测量温度。
热电偶具有测量范围广、可靠性高、稳定性好等特点，被广泛应用于各种温度测量场合。
二、热量测量热电式传感器也可以用于热量测量。
在热量测量中，通常使用热电堆或热电芯片作为传感器。
热电堆是由多个热电偶串联而成的，它可以通过测量通过它的热量引起的温度变化来测量热量。
热电芯片则是一种集成化的热电式传感器，它可以同时测量温度和热量。
三、流量测量热电式传感器还可以用于流量测量。
在流量测量中，通常使用热线或热膜作为传感器。
热线传感器是一种具有热线测量元件的传感器，它通过测量热线与流体之间的热量交换来测量流量。
热膜传感器则是一种具有加热元件和测量元件的传感器，它通过测量流体经过加热元件时的温度变化来测量流量。
四、压力测量热电式传感器还可以用于压力测量。
在压力测量中，通常使用压阻式传感器或电容式传感器作为传感器。
压阻式传感器利用电阻的变化来测量压力的变化，而电容式传感器利用电容的变化来测量压力的变化。
这两种传感器都与热电式传感器有一定的联系，因为它们都需要对传感器的信号进行处理和放大，而热电式传感器则可以利用热电效应来放大信号。
五、其他应用除了上述应用外，热电式传感器还有很多其他的应用。
例如，它可以用于成分分析、水分测定、厚度测量等领域。
成分分析中常用的有热重分析仪和量热仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测物质的质量和能量变化等参数；水分测定中常用的有干燥箱和烘箱等设备，这些设备都是利用热电式传感器来检测样品中的水分含量；厚度测量中常用的有超声波测厚仪和激光测距仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测样品表面的厚度和距离等参数。
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热端。
热电极A
热电极B
右端称为：
自由端、 参考端、 冷端。
两种不同材料的导体组成的回路称为“热电偶”， 组成热电偶的导体称为“热电极”。热电偶产生的 电势称为热电势。
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热电偶传感器及其应用
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• 理论分析表明： 热电偶产生的热电动势是由两种导体的接触 电动势和单一导体温差电动势两部分组成。
EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) =eAB(T)-eAB(T0) =EAB(T,T0)
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热电偶传感器及其应用
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在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要第 三种导体两端的温度相等，则对热电偶回路总的 热电动势无影响。
利用热电偶进行测温, 必须在回路中引入连接
• 热电偶传感器是一种能将温度转换为电动势的 装置。
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热电偶传感器及其应用
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§5.1 热电偶的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示：
热电极A
热电势
A
热电极B
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
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热电偶传感器及其应用
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从实验到理论：热电效应
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组 成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称 为结点），发现放在回路中的指针发生偏转（说明 什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热， 指针的偏转角反而减小（又说明什么？）。 显然，指针的偏转说明回路中有电动势产生并有电 流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有 关。
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热电偶传感器及其应用
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一、工作原理
1．热电效应
将两种不同材料的导体串接成一个闭合回路。 如果两接合点的温度不同(T≠T0)，则在两者间 将产生电动势(热电势)，而在回路中就会有一 定大小的电流，这种现象称为热电效应或塞贝 克效应。
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热电偶传感器及其应用
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左端称为：
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热电偶传感器及其应用
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二、 热电偶定律
1．中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要这 第三种材料的导体两端温度相同，第三种材料导 线的引入不会影响热电偶的热电动势，这一性质 称为中间导体定律。
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热电偶传感器及其应用
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Байду номын сангаас
eCA(T0)
eAB(T)
eBC(T0)
导线和仪表。
A
t2
t1
mV
B
t2
C
请问：接入导线和仪表后会不会影响回路中的
热电势呢？
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热电偶传感器及其应用
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2．参考电极定律（标准电极定律）
e N BT e
N T 0 B0 T
BAd T
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热电偶传感器及其应用
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在总热电势中, 温差电势比接触电势小很多, 在精度要求 不高的情况下, 热电偶的热电势可近似表示为：
ＥAB(T, T0) ≈eAB(T) -eAB(T0)
对于已选定的热电偶, 当参考端温度T0恒定时, eAB(T0) 为常 数, 则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系, 即：
② 如果热电偶两结点温度相等，热电偶回路内的总电 势亦为零。两结点温度不同。
③ 热电偶AB的热电势与A、B材料的中间温度无关，只 与结点温度有关。 ④ 起主要作用的是两个结点的接触电动势 。
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热电偶传感器及其应用
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热电偶测温的主要优点
1、它属于自发电型传感器：测量时可以不需外 加电源，可直接驱动动圈式仪表； 2、测温范围广：下限可达-270C ，上限可达 1800C以上；
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热电偶传感器及其应用
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2．接触电动势
由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接
触处会发生自由电子的扩散形成的电动势。
不同的金属材料其自 由电子的密度不同。
导体B则因获得
电子而带负电
设导体A、B的自由电
子密度为nA、nB， 若nA﹥nB
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导体A 因失去电
子而带正电 热电偶传感器及其应用
eAT,T0
T
T0 AdT
A ：汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为
1℃时所产生的温差电动势。
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热电偶传感器及其应用
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热电偶回路中总的热电势应是接触电动势与温差电 动势之和：
接触电动势
温差电动势
E AB T,T 0eAB TeAB T 0eBT,T 0eAT,T 0
kT ln N AT k0 T ln N A0 TT
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热电偶传感器及其应用
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3．同一导体中的温差电动势
在同一导体中，由于温度不同而产生的一种电动势。
高温端的自由电子 具有较大的动能而 向低温端扩散。
低温端因获得 电子而带负电
高温端因失去 电子而带正电
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热电偶传感器及其应用
中间形成 电位差
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上述运动就形成一个静电场，该静电场阻止电子继续 向低温端迁移，最后达到动态平衡。因此, 在导体两 端便形成温差电动势, 其大小由下面公式给出：
第5章 热电偶传感器及其应用
本章学习的主要内容有: 1、理解热电偶的工作原理；
热电偶的分类及特点； 2、热电偶的冷端补偿和测温电路。 3、热电偶的应用及配套仪表。
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热电偶传感器及其应用
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• 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。它 构造简单, 使用方便, 具有较高的准确度、稳 定性及复现性, 温度测量范围宽, 在温度测量 中占有重要的地位。
ＥAB(T, T0) =eAB(T)-C=f(T)
实际应用中, 热电势与温度之间关系是通过热电偶分度表来 确定的。分度表是在参考端温度为0℃时, 通过实验建立起来 的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。
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热电偶传感器及其应用
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热电偶回路的几点结论：
① 如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体， 则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。 必须采用两种不同的材料作为热电极。
接触面处 形成电场
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该电场的存在阻碍了电子的继续扩散，当电子扩散
达到动态平衡时，就在接触区形成一个稳定的电位
差，即接触电动势，其大小为：
eABT
kTlnnA e nB
T —— 接触处的绝
对温度；
k ——波尔兹曼常数
（k = 1.38×1023J/K）
e ——电子电荷（e
= 1.6×10-19C）
接触电动势的数值取决于两种导体的性质和接 触点的温度，而与导体的形状及尺寸无关。