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电子温度计的工作原理
张学勇 | 2008-02-14 22:45:29    阅读:15649   发布文章

热电温度计以热电偶作 为测温元 件测得与温度相应的热电动势由仪表显示出温度值。它广泛用来测量-200℃~ 1300℃范围内的温度,特殊情况下,可测至2800℃的高温或4K的低温。它具有结构简单、价格便宜、准确度高、测温范围广等特点。由于热电偶将温度转 化成电量进行检测,使温度的测量、控制以及对温度信号的放大、变换都很方便,适用于远距离测量和自动控制。在接触式测温法中,热电温度计的应用最普遍。
(1) 热电偶测温原理
热电偶的测温原理基于热电效应。

将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路,当两个接点电1 和2的温度不同时,如果T>T0 ,在回路中就会产生热电动势,并在回路中有一定大小的电流,此种现象称为热电效应。该电动势就是著名的“塞贝克温差电动势”,简称“热电动势”,记为 EAB,导体A,B称为热电极。接点1通常是焊接在一起的,测量时将它置于测温场所感受被测温度,故称为测量端(或工作端热端)。接点2要求温度恒定,称 为参考端(或冷端)。由两种导体的组合并将温度转化为热电动势的传感器叫做热电 偶。 热电动势是由两种导体的接触电势(珀尔贴电势)和单一导体的温差电势 (汤姆逊电势)所组成。热电动势的大小与两种导体材料的性质及接点温度有关。 导体内部的电子密度是不同的,当两种电子密度不同的导体A与B接触时,接触面上就会发生电子扩散,电子从电子密度高的导体流向密度低的导体。电子扩散的速 率与两导体的电子密度有关并和接触区的温度成正比。设导体A和B的自由电子密度为NA和NB,且NA>NB,电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电,导 体B则获得电子而带负电,在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子的扩散,达到动平衡时,在接触区形成一个稳定的电位差,即接触电势,其大小为


式中k——玻耳兹曼常数,k=1.38×10-23J/K;
e——电子电荷量,e=1.6×10-19 C;
T——接触处的温度,K;
NA,NB——分别为导体A和B的自由电子密度。
因导体两端温度不同而产生的电动势称为温差电势。由于温度梯度的存在,改变了电子的能量分布,高温端(T)电子将向低温端(T0)扩散,致使高温端因失去 电子带正电,低温端因获电子而带负电。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,于是电子扩散形成动平衡,此时所建立的电位差称 为温差电势即汤姆逊电势,它与温度的关系为

式中σ为汤姆逊系数,表示温差1℃所产生的电动势值,其大小与材料性质及两端的温度有关。
导体A和B组成的热电偶闭合电路在两个接点处有两个接触电势eAB(T)与eAB(T0),又因为T>T0,在导体A和B中还各有一个温差电势。所以闭合回路总热电动势EAB(T,T0)应为接触电动势和温差电势的代数和,即:

对于已选定的热电偶,当参考温度恒定时,总热电动势就变成测量端温度T的单值函数,即EAB(T,T0)=f(T)。这就是热电偶温度计测量温度的基本原理。

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pupsik [ 匿名]  2008-08-31 06:33:52 

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Nancy  2008-02-20 16:30:08 

学习!

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