一热电效应和热电偶 热电效应(热电偶测温的基本原理):任何两种不同的导体或 半导体组成的闭合回路,如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t及t的热源中,则在该回路内就会产生热电势 salto) B B (LtO) JA 图3-37热电偶示意图 图3-38热电现象 t端称为工作端(假定该端置于热源中),又称测量端或热端 t端称为自由瑞,又称参考端或冷端 这两种不同导体或半导体的组合称为热电偶 每根单独的导体或半导体称为热电极
—调节仪表与过程控制系统 — 6 ——热电效应和热电偶 热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或 半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t 及 t 0的热源中，则在该回路内就会产生热电势。 A B A B 图3-37 热电偶示意图 A B eAB(t0 ) eAB(t) eA(t,t0 ) eB(t,t0 ) 图3-38 热电现象 t 端称为工作端(假定该端置于热源中)，又称测量端或热端 t 0端称为自由瑞，又称参考端或冷端 这两种不同导体或半导体的组合称为热电偶 每根单独的导体或半导体称为热电极
闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差串 势两部分组成 A B AB(t,1)=eB2(t)-eA2(t0)+e2(t20)-eA(,t0) 接触电势 温差电势 下标A表示正电极,B表示负电极,由于温差电势比接触电势 e0小很多,常常把它忽略不计,这样热电偶的电势可表示为: EAB(t,10)=e2(1)-eAB(t0) 注意:如果下标次序改为en4,则热电势e前面的符 号也应相应改变,即 42(t) B 式()就是热电偶测温的基本公式。当冷端温度一定时,对于 确定的热电偶来说,eAB(为常数,因此,其总热电势EAB(4 就与温度成单值函数对应关系,和热电偶的长短、直径无关。 只要测量出热电势大小,就能判断被测温度的高低,这就是热 电偶的温度测量原理
—调节仪表与过程控制系统 — 7 A B eAB(t0 ) eAB(t) eA(t,t0 ) eB(t,t0 ) 闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电 势两部分组成： 0 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( , ) ( , ) E t t e t e t e t t e t t AB AB AB B A = − + − 接触电势 温差电势 下标A表示正电极，B表示负电极，由于温差电势比接触电势 小很多，常常把它忽略不计，这样热电偶的电势可表示为： 0 0 ( , ) ( ) ( ) (i) E t t e t e t AB AB AB = − 注意：如果下标次序改为eBA，则热电势e前面的符 号也应相应改变，即 ( ) ( ) AB BA e t e t = − 式(i)就是热电偶测温的基本公式。当冷端温度t 0一定时，对于 确定的热电偶来说，eAB(t0 )为常数，因此，其总热电势EAB(t,t0 ) 就与温度t成单值函数对应关系，和热电偶的长短、直径无关。 只要测量出热电势大小，就能判断被测温度的高低，这就是热 电偶的温度测量原理
重要结论: 1.如果组成热电偶的两种电极材料相同,则无论热电偶 冷、热两端的温度如何,闭合回路中的总热电势为零; 2.如果热电偶冷、热两端的温度相同,则无论两电极材 料如何,闭合回路中的总热电势也为零 3.热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外 还与电极材料有关,也就是说由不同电极材料制成的热 电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的
—调节仪表与过程控制系统 — 8 重要结论： 1.如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热电偶 冷、热两端的温度如何，闭合回路中的总热电势为零； 2.如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电极材 料如何，闭合回路中的总热电势也为零 3.热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外， 还与电极材料有关，也就是说由不同电极材料制成的热 电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的
中间导体定律和热电势的测量 热电偶的输出信号是毫伏信号,毫伏信号的大小不仅与冷、热两端的温 度有关,还和热电偶的电极材料有关,理论上任何两种不同导体都可以 组成热电偶,都会产生热电势。 但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢? 毫伏计 C C 因为要测量毫伏信号,必须在热电偶回路中串接毫伏信号的检测仪表,↓t 那中接的检测仪表是否会产生额外的热电势,射热电偶回路产生影响 呢? 答:不会产监影响的
—调节仪表与过程控制系统 — 9 ——中间导体定律和热电势的测量 答：不会产生影响的。 t t0 A B C C 毫伏计 热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号的大小不仅与冷、热两端的温 度有关，还和热电偶的电极材料有关，理论上任何两种不同导体都可以 组成热电偶，都会产生热电势。 但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？ 因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接毫伏信号的检测仪表， 那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，对热电偶回路产生影响 呢？
中间导体定律如果断开冷端,接入第三种导体C,并保持A和C、B和 C接触处的温度均为t则回路中的总热电势等于各接十 点处的接触电势之和: (t, to)=er(t)+eg(to)+ec(to) 当t=t时,有EABC(t0,10)=eB(0)+eBC(1)+ec()=0 于是可得E()=en(O)-en()=E(4) 同理还可以证明,在热电偶中接入第四种、第五种.….导体 ,八cQ伙计以后,只要接入导体的两端温度相同,接入的导体对原热电 偶回路中的热电势均没有影响。 根据这一性质,可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导 线,只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量 而不影响热电偶的输出
—调节仪表与过程控制系统 — 10 如果断开冷端，接入第三种导体C，并保持A和C、B和 C接触处的温度均为t0，则回路中的总热电势等于各接 点处的接触电势之和: 中间导体定律 t A B C t0 t0 A B t t0 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( ) E t t e t e t e t ABC AB BC CA = + + 当t＝t 0时，有 0 0 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( ) 0 E t t e t e t e t ABC AB BC CA = + + = 于是可得 0 0 0 ( , ) ( ) ( ) ( , ) E t t e t e t E t t ABC AB AB AB = − = 同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种……导体 以后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原热电 偶回路中的热电势均没有影响。 根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导 线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量 而不影响热电偶的输出。 t t0 A B C C 毫伏计