第七章
热电偶传感器
电子信息及电气工程系
?本章的学习要点,
?1,掌握热电偶测温的 基本原理
?2,掌握热电偶回路的 三大定律 (中间温
度定律,中间导体定律,标准电极定律 )
?3.了解工业热电偶的分类和两个重要的
概念 (分度号和分度表 )
?4.了解热电偶冷端的温度补偿的 4种方法
,
7.1 热电偶效应及相关定律
热电偶属电量传感器 (将非电量转换为
电量 T—— mV),有源传感器。
一,热电偶效应
将两种电子密度不同的导体如图连
接成闭合回路,如果两端所处的温
度不同时，在该回路内就会产生热
电动势和温差电动势。
t
0t
热电偶工作原理
热电效应（西拜克效应,1821年）
（ 1）接触热电势
BT
AT
N
N
e
KT
AB TE ln)( ?
?A ?B
两种材料电子
密度不同。如
NA>NB,在热端从
A扩散 到 B的电子数
目多，使冷端 AB之
间形成电位差。其
大小取决于 A,B的
性质及接触点的温
度，而与其形状尺
寸无关。
??
T
T ANTTA
tNd
e
K
E
A
0
0
)(1),(
0TT
（ 2） 温差电动势
是在同一导体的两端因其温度不同
而产生的一种电动势,高温侧电子受热能
运动加剧,高温侧失去电子而带正电,低
温侧得到电子带负电即形成一个静电场,
使两端出现电位差（汤姆森电势）。
回路总电势,
),()(),()(),( 0000 TTETETTETETTE AABBABAB ????
)( 0TE AB)(TE
AB
),( 0TTE A
),( 0TTE B
忽略温差电势后有,
CTfTTE AB ?? )(),( 0
固定 T0后有,
)()(),( 00 TETETTE ABABAB ??
A
B
二,热电偶的几点结论,
1、若组成热电偶回路的两种导体相同（均质
导体）,则无论两接点温度如何,热电偶回
路内的总电动势为零。
2、如热电偶两接点温度相同,即 T=T0,尽管导
体 A,B的材料不同，热电偶回路内的总热
电动势为零。
3、热电偶 AB的热电动势与 A,B材料的中间温
度无关，只与接触点温度有关。
三、热电偶的重要定律,
1.中间温度定律,
1t
2t 3t
1t 3t
),(),(),( 322131 ttEttEttE ABABAB ??
热电偶 AB在
接点温度为 T1、
T3 时的热电动
势，等于热电偶
在接点温度为 T1、
T2和 T2,T3时的
热电动势总和。
),()()(
)()()()(),(),(
3131
32213221
ttEtEtE
tEtEtEtEttEttE
ABABAB
ABABABABABAB
???
?????
A
B
0T 0T
1t 2t
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2.中间导体定律,
? 在热电偶回路中接入第三种材料的
导线，只要这第三种材料的导体两端温度相
同，第三种材料导线的引入不会影响热电偶
的热电动势，这一性质称为中间温度定律。
A
B
C
C
mV
A
B
t1
t2
t2
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)()()(),(
21221
22221
22121
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tEtEtEtEtE
tEtEtEttE
ABABBAAB
ACCBAB
CABCABAB
?????
?????
???
2t
1t
0t
0t
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2t
1t
0t
0t
3.标准电极定律,
当温度为 T1,T2时，用导体 A,B组成的热
电偶的热电动势等于 AC热电偶和 CB热电偶的热
电动势的代数和。
EAB（ T1,T2） =EAC（ T1,T2 ） +ECB（ T1,T2）
导体 C称为标准电极（一般由铂组成），
故把这一性质称为标准电极定律。
T1 T1 T1
T2 T2 T2
A A B B C C
四、工业用热电偶
1、材料要求：稳定，温度系数 ↓,电导率 ↑,
热电势大，线性，重复性好
纯金属热电极 20μv/ 0C，半导体为 103μv/ 0C
保护套管 接线盒
引线
2、结构,
凯装热电偶
3、常用热电偶,
铂铑铂（ S/R/B）
范围最广,3000C以上精度最高
铜康铜（ T）
在 -160～ 2500C精度最高
镍铬镍硅 /铝（ K）
在廉金属中上限温度最高
五、热电偶冷端的温度补偿
1、当冷端不为 时，分度表的使用
C00
),(),(),( 0101 ttEttEttE nABnABAB ??
例如,E型
300度时有, mvttE AB 033.21),( 01 ?
当冷端 为 仪表显示? C030
nt
查,mvttE
AB 8 0 1.1),( 03 ?
则,
mvttE AB 232.19801.1033.21),( 01 ???
Ct 01 2 8 0?
热电偶分度表
2、补偿导线的引入
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A
B
1t
2t
2t
0t
0t
'A
'B
不论 如何变化，只要 不变
则 即不变
2t 01,tt
),( 01 ttE AB
但两种材料的热电特性一定要相同
3,热电偶在工业测量中的冷端补偿
1） 提供冷端
2）冷端不变时，查表补偿
3）冷端变化时，加补偿导线
4）加冷端补偿电路
补偿电桥，用集成温度传感器进行补偿。
集成温度传感器,
80年代出，线性好，灵敏，精度适中
电流型,1μA/0K ；电压型,1μV/0K
LM134,电流型 1μA/0K -55～ 1250C
作业,
1、试比较热电阻、热敏电阻、热电偶三
种测温传感器的特点及其对测温电路的
要求。
2.粮仓测温,测温传感器的选择,
热电偶传感器
电子信息及电气工程系
?本章的学习要点,
?1,掌握热电偶测温的 基本原理
?2,掌握热电偶回路的 三大定律 (中间温
度定律,中间导体定律,标准电极定律 )
?3.了解工业热电偶的分类和两个重要的
概念 (分度号和分度表 )
?4.了解热电偶冷端的温度补偿的 4种方法
,
7.1 热电偶效应及相关定律
热电偶属电量传感器 (将非电量转换为
电量 T—— mV),有源传感器。
一,热电偶效应
将两种电子密度不同的导体如图连
接成闭合回路,如果两端所处的温
度不同时，在该回路内就会产生热
电动势和温差电动势。
t
0t
热电偶工作原理
热电效应（西拜克效应,1821年）
（ 1）接触热电势
BT
AT
N
N
e
KT
AB TE ln)( ?
?A ?B
两种材料电子
密度不同。如
NA>NB,在热端从
A扩散 到 B的电子数
目多，使冷端 AB之
间形成电位差。其
大小取决于 A,B的
性质及接触点的温
度，而与其形状尺
寸无关。
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K
E
A
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)(1),(
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（ 2） 温差电动势
是在同一导体的两端因其温度不同
而产生的一种电动势,高温侧电子受热能
运动加剧,高温侧失去电子而带正电,低
温侧得到电子带负电即形成一个静电场,
使两端出现电位差（汤姆森电势）。
回路总电势,
),()(),()(),( 0000 TTETETTETETTE AABBABAB ????
)( 0TE AB)(TE
AB
),( 0TTE A
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忽略温差电势后有,
CTfTTE AB ?? )(),( 0
固定 T0后有,
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A
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二,热电偶的几点结论,
1、若组成热电偶回路的两种导体相同（均质
导体）,则无论两接点温度如何,热电偶回
路内的总电动势为零。
2、如热电偶两接点温度相同,即 T=T0,尽管导
体 A,B的材料不同，热电偶回路内的总热
电动势为零。
3、热电偶 AB的热电动势与 A,B材料的中间温
度无关，只与接触点温度有关。
三、热电偶的重要定律,
1.中间温度定律,
1t
2t 3t
1t 3t
),(),(),( 322131 ttEttEttE ABABAB ??
热电偶 AB在
接点温度为 T1、
T3 时的热电动
势，等于热电偶
在接点温度为 T1、
T2和 T2,T3时的
热电动势总和。
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2.中间导体定律,
? 在热电偶回路中接入第三种材料的
导线，只要这第三种材料的导体两端温度相
同，第三种材料导线的引入不会影响热电偶
的热电动势，这一性质称为中间温度定律。
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B
C
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A
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3.标准电极定律,
当温度为 T1,T2时，用导体 A,B组成的热
电偶的热电动势等于 AC热电偶和 CB热电偶的热
电动势的代数和。
EAB（ T1,T2） =EAC（ T1,T2 ） +ECB（ T1,T2）
导体 C称为标准电极（一般由铂组成），
故把这一性质称为标准电极定律。
T1 T1 T1
T2 T2 T2
A A B B C C
四、工业用热电偶
1、材料要求：稳定，温度系数 ↓,电导率 ↑,
热电势大，线性，重复性好
纯金属热电极 20μv/ 0C，半导体为 103μv/ 0C
保护套管 接线盒
引线
2、结构,
凯装热电偶
3、常用热电偶,
铂铑铂（ S/R/B）
范围最广,3000C以上精度最高
铜康铜（ T）
在 -160～ 2500C精度最高
镍铬镍硅 /铝（ K）
在廉金属中上限温度最高
五、热电偶冷端的温度补偿
1、当冷端不为 时，分度表的使用
C00
),(),(),( 0101 ttEttEttE nABnABAB ??
例如,E型
300度时有, mvttE AB 033.21),( 01 ?
当冷端 为 仪表显示? C030
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查,mvttE
AB 8 0 1.1),( 03 ?
则,
mvttE AB 232.19801.1033.21),( 01 ???
Ct 01 2 8 0?
热电偶分度表
2、补偿导线的引入
)()(),( 0101 tEtEttE ABABAB ??
A
B
1t
2t
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0t
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'A
'B
不论 如何变化，只要 不变
则 即不变
2t 01,tt
),( 01 ttE AB
但两种材料的热电特性一定要相同
3,热电偶在工业测量中的冷端补偿
1） 提供冷端
2）冷端不变时，查表补偿
3）冷端变化时，加补偿导线
4）加冷端补偿电路
补偿电桥，用集成温度传感器进行补偿。
集成温度传感器,
80年代出，线性好，灵敏，精度适中
电流型,1μA/0K ；电压型,1μV/0K
LM134,电流型 1μA/0K -55～ 1250C
作业,
1、试比较热电阻、热敏电阻、热电偶三
种测温传感器的特点及其对测温电路的
要求。
2.粮仓测温,测温传感器的选择,
