热电偶温度计工作原理

热电偶作为温度测量传感器是基于热电效应的原理。

当两个不同的导体A和B的两端连接起来形成一个闭合回路时,就形成了热电偶。如果导体A和导体B两个触点的温度不同,电路中就会产生电流,说明电路中存在电动势,这种物理现象叫做热电效应。相应的电动势叫做热电动势。

组成热电偶的两种不同的导体或半导体称为热电极,放置在被测温度介质中的触点称为测量端(工作端和热端)。另一个触点通常放置在恒温下,称为参考端(自由端、冷端)。

在热电偶电路中,产生的热电电动势由两部分组成,一部分称为热电电动势,另一部分称为接触电动势。

热电势是同一导体两端温度不同产生的一种电动势。当均匀金属导体上存在温度梯度时,高温端的电子能量大于低温端的电子能量,所以从高温端扩散到低温端的电子数量比从低温段扩散到高温端的电子数量多得多。当扩散达到相对动态平衡时,结果是高温端要失去电子,带正电,而低温端由于电子的获得而带负电,在高温端和低温端之间产生一个从高温端到低温端的静电场变形。导体两端的电位差称为热电势。

热电势的大小只与导体的类型和导体两端的温度有关,与导体的长度和截面大小无关。

接触电动势的原因是所有金属中都有自由电子,不同金属的自由电子密度不同。当两种不同的金属连接在一起时,电子的扩散将发生在两种金属的接触处。电子的扩散速率与自由电子的密度和金属的温度有关。两种金属接触时,电子密度高的金属扩散的电子数比电子密度低的金属多。此时,电子密度高的金属由于失去电子而带正电,电子密度低的金属由于获得电子而带负电。所以两种金属之间有电位差,也就是在它们的接触处形成静电场。这个静电场阻止电子继续扩散。当电子的扩散能力与静电场的电阻达到平衡时,两种金属之间的电位差称为接触电动势。

接触电动势与两种金属接触处的温度有关。

综上所述,首先将两个不同的同质导体连接起来,形成一个闭合回路。当两个触点的温度不同时,闭合回路会产生回路电流。因为接触电动势远大于热电电动势,所以回路的总热电电动势方向会和热端接触电动势方向相同,即回路的顺时针方向和回路的电流方向。

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