答：热电偶温度传感器的工作原理是热电效应。即两种不同材料的导体A和B组成一个闭和回路，若两接点的温度不同，则在该回路中将会产生电动势，两个接点的温差越大，所产生的电动势也越大。组成回路的导体材料不同，所产生的电动势也不一样，这种现象称为热电效应。

热电势的组成：由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。 热电势产生的过程： （1）两种导体的接触电势

接触电势是由于两种不同导体的自由电子浓度不同而在接触面形成的电势。假设两种金属A、B的自由电子浓度分别为 NA和 NB，且NA＞ NB。当两种金属相接时，将产生自由电子的扩散现象。在同一瞬间，由A扩散到B中去的电子比由B扩散到A中去的多，从而使金属A失去电子带正电；金属B得到电子带负电，在接触面形成电场。此电场阻止电子进一步扩散，当达到动态平衡时，在接触面的两侧就形成了稳定的电位差，即接触电势E，如图3-22所示。接触电势的数值取决于两种导体的性质和接触点的温度，而与导体的形状及尺寸无关。温度越高，接触电势也越大。接触电势的方向由两导体材料决定。

（2） 单一导体的温差电势

对于单一导体，如果两端温度分别为t、t0，如图3-23所示，则导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散；高温端因失去电子带正电，低温端获得电子带负电，即在导体两端产生了电势，这个电势称为单一导体的温差电势。

NA＞ NB

图3-22 两种导体的接触电势

图3-23 单一导体的温差电动势

图3-24 热电偶回路总热电势

由图3-24可知，热电偶回路中产生的总热电势为

EAB(t,t0)?eAB(t)?eB(t,t0)?eAB(t0)?eA(t,t0) （3-5）

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式中, EAB(t,t0) 为热电偶电路的总热电势；eAB(t)为热端接触电势；eB(t,t0)为B导体的温差电

势；eAB(t0)为冷端接触电势；eA(t,t0)为A导体的温差电势。

在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为

EAB(t,t0)?eAB(t)?eAB(t0) （3-6）

6. 热电偶的基本定律有哪些？其含义是什么？每种定律的意义何在？并证明每种定律。

答：热电偶的基本定律有: 中间导体定律、中间温度定律、参考电极定律。

含义：中间导体定律--在热电偶电路中接入第三种导体，只要保持该导体两接入点的温度相等，回路中总的热电势不变，即第三种导体的引入对热电偶回路的总热电势没有影响。

中间导体定律的意义：根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，可以将热电势通过导线接至测量仪表进行测量,且不影响测量精度。可采用开路热电偶对液态金属和金属壁面进行温度测量，只要保证两热电极插入地方的温度相同即可。

中间温度定律含义：在热电偶测量电路中，测量端温度为t，自由端为t0，中间温度为t′，则E（t、t0）的热电势等于E（t、t′）与E（t′、t0）热电势代数和。即

EAB(t,t0)?EAB(t,t?)?EAB(t?,t0)中间温度定律的意义：利用该定律，可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。另外，可以

选用廉价的热电偶A′、B′代替t′到t0段的热电偶A、B，只要在 t′、t0温度范围内A′、B′与A、B热电偶具有相近的热电势特性，便可将热电偶冷端延长到温度恒定的地方再进行测量，使测量距离加长，还可以降低测量成本，而且不受原热电偶自由端温度t′的影响。这就是在实际测量中，对冷端温度进行修正，运用补偿导线延长测温距离，消除热电偶自由端温度变化影响的道理。

参考电极定律含义：已知热电极A,B与参考电极C组成的热电偶在接点温度为（t，t0）时的热

) 、t, t 0 ) 可E电势分别为 E AC (t , t BC ( t, t 0 ) ，则相同温度下，由A，B两种热电极配对后的热电势 E AB ( 0 ? E按下式计算为： E AB ( t , t0 ) AC ( t, t 0 ) ? E BC ( t ,t 0 )

参考电极定律的意义：参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的工作，只要获得有关电极与参考电极配对的热电势，那么任何两种电极配对后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。由于纯铂丝的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以目前常用纯铂丝作为标准电极。 7. 热电偶的性质有哪些？

答：（1）当两热电极材料相同时，不论接点温度相同与否，回路总热电势均为零。 （2）当热电偶两个接点温度相同时，不论电极材料相同与否，回路总热电势均为零。

（3）只有当电极材料不同，两接点温度不同时，热电偶回路才有热电势。当电极材料选定后，两

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接点的温差越大，热电势也就越大。

（4）回路中热电势的方向取决于热端的接触电势方向或回路电流流过冷端的方向。

8. 为什么要对热电偶进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有几种？补偿导线的作用是什么？连接

补偿导线要注意什么？

答：由于热电偶的分度表是在冷端温度为0℃时测得的，如果冷端温度不为零，测得的热电势就不能直接去查相应的分度表。另外，根据热电偶的测温原理，热电偶回路的热电势只与冷端和热端的温度有关，当冷端温度保持不变时，热电势才与测量端温度成单值对应关系。但在实际测量时，冷端温度常随环境温度变化而变化，t0不能保持恒定，因而会产生测量误差。为了消除测量误差，要对热电偶进行冷端温度补偿。

常采补偿方法： 0℃冷端恒温法、冷端恒温法、补偿导线法（延引电极法）、电桥补偿法。 补偿导线的作用：补偿导线仅起延长热电极的作用，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起任何温度补偿作用。但由于补偿导线比热电偶便宜，节约了测量经费。

连接补偿导线必须注意两个问题：①两根补偿导线与热电偶相连的接点温度必须相同；②不同的热电偶要与其型号相应的补偿导线配套使用，且必须在规定的温度范围内使用，极性不能接反。 9. 热电偶测温线路有几种？试画出每种测温电路原理图，并写出热电势表达式。

答：测温某一点温度、测量两点间温差电路、测量多点温度之和电路、测量几点的平均温度、 多点温度测量线路。

测温电路原理图：

图3-37 热电偶测量某一点温度

图3-38 热电偶测量两点温差

E?EAB(t,t0)E?EAB(t1,t0)?EAB(t2,t0)?eAB(t1)?eAB(t2)

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图3-39 测量两点温度之和 图3-40 测量两点平均温度

E?EAB(t1,t0)?EAB(t2,t0）E?EAB(t1,t0)?EAB(t2,t0）2图3-41 一台仪表分别测量多点温度

10. 如图3-53所示，用K型（镍铬-镍硅）热电

偶测量炼钢炉熔融金属某一点温度，A′、B′为补偿导线，Cu为铜导线。已知t1?40?C，

t2?0?C，t3?20?C。

（1）当仪表指示为39.314mV时，计算被 测点温度t = ?

（2）如果将A′、B′换成铜导线，此时 仪表指示为37.702mV，再求被测点温度t = ?

（3）将热电偶直接插到熔融金属同一高度来测量此点的温度，是利用了热电偶的什么定律？如果被测液体不是金属，还能用此方法测量吗？为什么？

答：（1）当A′、B′为补偿导线，Cu为铜导线时。热电偶的冷端温度为 t2=0.0℃，此时仪表的指示39.314mV即为热端温度t相对于0.0℃热电势，即E?EAB(t,0)?39.314mV,查分度表可得被测点温度t ≈ 950℃。

（2）如果将A′、B′换成铜导线，此时热电偶的冷端温度即变为t1=40℃，此时仪表的指示为

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图3-53 热电偶测量炼钢炉熔融金属某一点温