热电偶的原理与特点之三

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热电偶的原理与特点之三

2.温差电势(汤姆逊电势)

由于导体两端温度不同而产生的电势称温差电势。由于温度梯度的存在,改变了电子的能量分布(见图4-4),高温(T)

端电子将向低温端(%)扩散,致使高温端因失电子带正电,低温端恰好相反,因获电子带负电。因而,在同一导体两端也

产生电位差,并阻止电子从高温端向低温端扩散,*后使电子扩散建立一个动平衡,此时所建立的电位差称温差电势或汤姆

逊电势。它与温差有关,可用下式表示:



式中,盯为汤姆逊系数,它表示温差为l℃(或1K)时所产生的电动势值,它的大小与材料性质及两端温度有关。

对于导体A,B组成的热电偶回路,当接点温度T> To(见图4-5)时,回踣中温差电动势则为导体r

A,B温差电势的代数和,即


上式表明,温差电势的大小,只与热电极材料及两端71温度有关,而与热电极的几何尺寸和沿热电极的温度

分布无关。显而易见,如果两接点温度相同,则温差电势为零。

3.热电偶闭合回路的总热电动势

接触电动势是由于两种不同材质的导体接触时产生的电势,而温差电势则是对同导体当其两端温度不同时产生的电势。

在图4-1所示的闭合回路中,两个接点处有两个接触电势IIAB (T)与HAB(To),又因为T> To,在导体A与B中还各有一个温

差电势(如图4-6所示)。因此,闭合回路总热电动势EAB(r,To)应为接触电势与温差电势的代数和,即


所以

各接点的分热电势e等于相应的接触电势与温差电势的代数和,即


在总热电动势中,接触电势较温差电势大得多,因此,它的极性也就取决于接触电势的极性。在两个热电极中,电子密度大的

导体A为正极,而电子密度小的日则为负极。对分热电势,下标A,B均按正电极在前,负电极在后的顺序书写,当T> To时,

eAB(丁)与总热电动势的方向一致,而eAB(To)与总热电势方向相反。


如将式(4-7a)与式(4-7b)代人式(4-6)中,则

式(4-8)还可用如下形式表示:

比例系数SAB称为塞贝克系数或热电动势率,它是一支热电偶*重要的特征量。其大小与符号取决于热电极材料的相对特性。

由式(4-8)看出,热电偶总的热电动势即为两个接点分热黾动势之差。它仅与热电偶的电极材料和两接点温度有关。因此,

接点的分热电动势下标的颠倒不会改变分热电动势值的大小,而只改变其符号,即


将式(4-10)代入式(4-8)中,可得


由此可见,热电偶回路的总热电动势等于各接点分热电动势的代数和,即


对于已选定的热电偶,当参考端温度恒定时,eAB(To)为常数C,则总的热电动势就变成测量端温度r的单值函数,即


上式说明,当To恒定不变时,热电偶所产生的热电动势只随测量端温度的变化而变化,即一定的热电动势对应着一定的温

度。在热电偶分度表中,参考端温度均为0度。因此,用测量热电动势的办法能够测温,这就是热电偶测温的基本原理。

在实际测温时,必须在热电偶测温回路内引入连结导线与显示仪表。因此,要想用热电偶准确地测量温度,不仅需要了

解热电偶工作原理,还要掌握热电偶测温的基本定则。

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