熱電偶傳感器的測(cè)溫原理

一、熱電偶傳感器

1. 熱電偶測(cè)溫原理

兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng),該電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)。這兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱(chēng)為熱電偶，導(dǎo)體A、B稱(chēng)為熱電極。兩個(gè)接點(diǎn)，一個(gè)稱(chēng)熱端，又稱(chēng)測(cè)量端或工作端，測(cè)溫時(shí)將它置于被測(cè)介質(zhì)中;另一個(gè)稱(chēng)冷端，又稱(chēng)參考端或自由端，它通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與顯示儀表相連

接觸電勢(shì)是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。兩種導(dǎo)體接觸時(shí)，自由電子由密度大的導(dǎo)體向密度小的導(dǎo)體擴(kuò)散， 在接觸處失去電子一側(cè)帶正電，得到電子一側(cè)帶負(fù)電，擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)，在接觸面的兩側(cè)就形成穩(wěn)定的接觸電勢(shì)。接觸電勢(shì)的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度。兩接點(diǎn)的接觸電勢(shì)eAB(T)和eAB（T0）可表示為

式中： K——波爾茲曼常數(shù)； e——單位電荷電量； NAT、NBT和NAT0、NBT0——溫度分別為T和T0時(shí)，A、B兩種材料的電子密度。

溫差電勢(shì)是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)，高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負(fù)電，因此，在導(dǎo)體兩端便形成接觸電勢(shì)，其大小由下面公式給出：

式中, NAt和NBt分別為A導(dǎo)體和B導(dǎo)體的電子密度，是溫度的函數(shù)。

熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)為

eAB(T, T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0)   

在總熱電勢(shì)中，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)， 則熱電偶的熱電勢(shì)可表示為 ：eAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)

對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時(shí)，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即 eAB(T,T0)=eAB(T)-c=f(T)

這一關(guān)系式在實(shí)際測(cè)量中是很有用的，即只要測(cè)出eAB（T， T0）的大小，就能得到被測(cè)溫度T，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。