热电偶传感器的测温原理及温度补偿方法简析

[摘要] 本文介绍了热电偶作为一种工业常用的测温元件的测温原理,及在使用中的补偿方法和分类.对热电偶的热学定律、结构形式也作了相应的说明和分析。

[关键词]  热电偶   温差电势、 接触电势、补偿  

一、热电偶传感器

1. 热电偶测温原理

   两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应,该电动势称为热电势。这两种不同材料的导体或半导体的组合称为热电偶，导体A、B称为热电极。两个接点，一个称热端，又称测量端或工作端，测温时将它置于被测介质中;另一个称冷端，又称参考端或自由端，它通过导线与显示仪表相连。

接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。两种导体接触时，自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散， 在接触处失去电子一侧带正电，得到电子一侧带负电，扩散达到动平衡时，在接触面的两侧就形成稳定的接触电势。接触电势的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度。两接点的接触电势eAB(T)和eAB（T0）可表示为

式中： K——波尔兹曼常数； e——单位电荷电量； NAT、NBT和NAT0、NBT0——温度分别为T和T0时，A、B两种材料的电子密度。

温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要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，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形成接触电势，其大小由下面公式给出：

式中, NAt和NBt分别为A导体和B导体的电子密度，是温度的函数。

热电偶回路中产生的总热电势为

eAB(T, T0)=eAB(T