热电传感器（1）——原理和定律

根据元件分为热电偶，热电阻和热敏电阻
热电偶是将温度变化转化为电动势变化的测温元件
热电阻和热敏电阻是将温度变化转换为电阻变化的测温元件
各种热电传感器中，以将温度转化为电动势或电阻的方法最为普遍（还有一类集成温度传感器直接将温度转换成电压或电流输出）

一.热电偶测温原理
1.热电效应：两种不同的导体两端相连组成闭合回路。当两接点温度不等时，回路中就会产生大小和方向与导体材料及两接点的温度有关的电动势，从而形成电流。
该电动势称为热电动势，两种不同导体的组合称为热电偶，两个接点，一个为工作端或热端（测温时将它置于被测温度场中），另一个为自由端或冷端（一般要求它恒定在某一温度）

热电动势实际上来源于两个方面，一部分由两种导体的接触电动势构成，另一部分是单一导体的温差电动势。

（1）两种导体的接触电动势
我总结来讲：因为不同导体的自由电子密度不同，所以当两个不同的导体A,B 连接在一起的时候，接触处会发生电子的扩散，且扩散速度会不同。

假设

Pa>Pb (a的自由电子密度大于b的自由电子密度)

则

Va>Vb (单位时间内，a扩散到b的电子数大于b扩散到a的电子数）

此时a因为失去电子而带正电，b因为得到电子而带负电，于是在接触处形成电位差，即电动势.

电动势的方向（从负极指向正极,由低电位指向高电位）与扩散进行的方向相反，这里就是电动势方向是b到a，而扩散运动的总体趋势是a到b。

于是这将引起反方向的电子转移，阻碍电子由导体a向导体b的进一步扩散。

当电子的扩散作用和上述电场的阻碍扩散作用相等时，就是在电场作用下自导体a扩散到导体b的自由电子数与自导体b扩散到导体a的自由电子数相等，接触处的自由电子扩散达到动态平衡，此时就有稳定的电动势。

这种在其接触处形成的电动势称为接触电动势。接触电动势的大小与导体材料，接点的温度有关，而与导体的纸巾，长度，几何形状等无关。

以下是计算公式，看起来可能会有些累
（2）单一导体的温度电动势
单一金属导体，将导体两端分别置于不同的温度场（T1，T2），在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，将向冷端移动。

导致热端失去电子带正电，冷端得到电子带负电。

这样产生一个冷端指向冷端的静电场。该电场阻止电子从热端继续向冷端移动，并使电子反方向移动，最终将达到动态平衡状态。

这样在导体两端产生电位差称为温差电势差

温差电势差的大小取决于导体材料和两端的温度

依旧放出其公式

2.热电偶回路的总电动势

热电偶回路总共存在四个电动势：两个接触电动势，两个温差电动势。

热电偶回路中所产生的热电动势主要是由接触电动势引起的，温差电动势所占比例较小，可以忽略不计。

会了上面两个就大概懂这个我就直接放结论和公式了

二.热电偶的基本定律

1.中间导体定律

这里思考一个问题：利用热电偶测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，加入导线和仪表后会不会影响回路中的热电动势呢？

中间导体定律：在热电偶测温回路内接入第三种导体，只要其两端温度相同，则对回路的总热电动势没有影响。（此时回路中的热电动势等于各接点的接触电动势之和）

同理，当加入第四种，第五种或更多导体后，如果保证加入的导体两端的温度相等，同样不影响回路中的总电动势。

定律的意义：在实际的热电偶测温应用中，测量仪表和连接导线可以作为第三种导体对待。

2.中间温度定律

中间温度定律为补偿导线的使用提供理论依据。如果热电偶的两个电极通过连接两根导线的方式来延长，只要接入的两根导线的热电特性与被延长的两个电极的热电特性一致，且它们之间连接的两点间温度相同，则回路的热电动势只与延长后的两端温度有关，与连接点温度无关.

Eab(t，t0) = Eab（t，t1) + Eab（t1，t0）
即连接点 t1 温度是无关的，只和 t，t0 有关。

3.标准电极定律

如果两种导体a，b分别于第三种导体 c 组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这个导体a，b组成的热电偶产生的热电动势可写成

Eab(t，to) = Eac(t，to) - Ebc(t，to)

标准电极定律的意义：测量金属间组成热电偶的热电动势是一件工作量极大的事情，因为金属种类繁多，而合金的种类更多。所以通过定律可知，只要测得它与各种金属组成的电热偶的电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的电动势就可以根据此定律计算出来

4.均质导体定律

如果组成热电偶的两个热电极的材料相同，无论两接点的温度是否相同，热电偶回路中的总热电动势均为0。

此定律有助于检验两个热电极材料成分是否相同及热电极材料的均匀性。