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電子溫度計(jì)原理

熱電溫度計(jì)以熱電偶作為測溫元件測得與溫度相應(yīng)的熱電動勢由儀表顯示出溫度值。它廣泛用來測量-200℃~ 1300℃范圍內(nèi)的溫度，特殊情況下，可測至2800℃的高溫或4K的低溫。它具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、準(zhǔn)確度高、測溫范圍廣等特點(diǎn)。由于熱電偶將溫度轉(zhuǎn)化成電量進(jìn)行檢測，使溫度的測量、控制以及對溫度信號的放大、變換都很方便，適用于遠(yuǎn)距離測量和自動控制。在接觸式測溫法中，熱電溫度計(jì)的應(yīng)用zui普遍。
（1） 熱電偶測溫原理 
熱電偶的測溫原理基于熱電效應(yīng)。
將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)電1 和2的溫度不同時(shí)，如果T＞T0 ，在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，并在回路中有一定大小的電流，此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。該電動勢就是的“塞貝克溫差電動勢”，簡稱“熱電動勢”，記為EAB，導(dǎo)體A，B稱為熱電極。接點(diǎn)1通常是焊接在一起的，測量時(shí)將它置于測溫場所感受被測溫度，故稱為測量端（或工作端熱端）。接點(diǎn)2要求溫度恒定，稱為參考端（或冷端）。由兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。

熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢（珀?duì)栙N電勢）和單一導(dǎo)體的溫差電勢（湯姆遜電勢）所組成。熱電動勢的大小與兩種導(dǎo)體材料的性質(zhì)及接點(diǎn)溫度有關(guān)。
導(dǎo)體內(nèi)部的電子密度是不同的，當(dāng)兩種電子密度不同的導(dǎo)體A與B接觸時(shí)，接觸面上就會發(fā)生電子擴(kuò)散，電子從電子密度高的導(dǎo)體流向密度低的導(dǎo)體。電子擴(kuò)散的速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體A和B的自由電子密度為NA和NB，且NA＞NB，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體A失去電子而帶正電，導(dǎo)體B則獲得電子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場。這個(gè)電場阻礙了電子的擴(kuò)散，達(dá)到動平衡時(shí)，在接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢，其大小為
  
（8.2-2）

式中k——玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；
e——電子電荷量，e＝1.6×10-19 C；
T——接觸處的溫度，K；
NA，NB——分別為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。
因?qū)w兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動勢稱為溫差電勢。由于溫度梯度的存在，改變了電子的能量分布，高溫端（T）電子將向低溫端（T0）擴(kuò)散，致使高溫端因失去電子帶正電，低溫端因獲電子而帶負(fù)電。因而在同一導(dǎo)體兩端也產(chǎn)生電位差，并阻止電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，于是電子擴(kuò)散形成動平衡，此時(shí)所建立的電位差稱為溫差電勢即湯姆遜電勢，它與溫度的關(guān)系為
 
（8.2-3）

式中σ為湯姆遜系數(shù)，表示溫差1℃所產(chǎn)生的電動勢值，其大小與材料性質(zhì)及兩端的溫度有關(guān)。
導(dǎo)體A和B組成的熱電偶閉合電路在兩個(gè)接點(diǎn)處有兩個(gè)接觸電勢eAB（T）與eAB（T0），又因?yàn)門＞T0，在導(dǎo)體A和B中還各有一個(gè)溫差電勢。所以閉合回路總熱電動勢EAB（T,T0）應(yīng)為接觸電動勢和溫差電勢的代數(shù)和，即：
 
（8.2-4）

對于已選定的熱電偶，當(dāng)參考溫度恒定時(shí)，總熱電動勢就變成測量端溫度T的單值函數(shù)，即EAB（T,T0）=f（T）。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。