热电偶工作原理与热电效应

热电偶工作原理与热电效应

本文件介绍了热电偶的基本概念、结构组成以及核心工作原理——热电效应（塞贝克效应）。热电偶是一种利用热电效应进行温度测量的有源传感器，广泛应用于100°C至1300°C范围内的温度测量，具有结构简单、精度高、测温范围宽、动态响应好、输出信号便于远传等优点。

热电偶测温原理

热电效应（塞贝克效应）

两种不同的导体两端相互紧密连接组成闭合回路，当两接点温度不等时，回路中产生与导体材料及两接点温度相关的电动势，形成电流。该现象由T. J. Seebeck于1821年发现，称为热电效应或塞贝克效应。产生的电动势称为热电动势，两种不同导体的组合称为热电偶，A、B两导体称为热电极。两个接点中，工作端（热端）置于被测温度场，自由端（冷端）要求温度恒定。

接触电动势

不同导体的自由电子密度不同。当两种导体接触时，电子从密度高的导体向密度低的导体扩散，形成电位差。当扩散作用与电场阻碍作用达到动态平衡时，形成接触电动势。其大小与导体材料和接点温度有关，与导体尺寸形状无关。数学表达式为：

其中k为玻尔兹曼常数，e为电子电荷量，n为自由电子密度。

温差电动势

单一导体两端温度不同时，热端自由电子动能较大，向冷端移动，导致热端带正电、冷端带负电，形成静电场。达到动态平衡后，导体两端产生温差电动势。其大小取决于导体材料和两端温度，数学表达式为：

热电动势由接触电动势和温差电动势两部分共同构成。