热电偶传感器在温度测量中应用极为广泛，因为它结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传。

一.热电效应及其工作定律

1.热电效应

    将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，如图7.4所示。若节点(1)、(2)处于不同的温度(T≠T₀)时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。其电势由接触电势(珀尔帖电势)和温差电势(汤姆逊电势)两部分组成。                             图7.4 热电效应示意图

Ⅰ接触电势 当两种金属接触在一起时，由于不同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子迁移扩散。失去自由电子的金属呈正电位，得到自由电子的金属呈负电位。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成电势，称为接触电势。其大小除与两种金属的性质有关外，还与结点温度有关。

在温度为T时的接触电势：

                                      (7-7)

式中 e_AB（T）——A、B两种金属在温度T时的接触电势；

k——波尔兹曼常数，k=1.38×10^-23(J/K)；

e——电子电荷，e=1.6×10^-19(C)；

N_A、N_B——金属A、B的自由电子密度；

T——结点处的绝对温度。

Ⅱ温差电势 对于单一金属，如果两端的温度不同，则温度高端的自由电子向低端迁移，使单一金属两端产生不同的电位，形成电势，称为温差电势。其大小与金属材料的性质和两端的温差有关，可表示为:

                                         (7-8)

式中 e_A(T,T₀)——金属A两端温度分别为T与T₀时的温差电势；

σ_A——温差系数；

T、T₀——高、低温端的绝对温度。

    对于图7-4所示A、B两种导体构成的闭合回路，总的温差电势为:

                          (7-9)

   于是，回路的总热电势为:

                  (7-10)

由此可以得出如下结论：

(1) 如果热电偶两电极的材料相同，即N_A=N_B，σ_A＝σ_B，虽然两端温度不同，但闭合回路的总热电势仍为零。因此，热电偶必须用两种不同材料作热电极。

(2) 如果热电偶两电极材料不同，而热电偶两端的温度相同，即T＝T₀，闭合回路中也不产生热电势。

2.工作定律

(1)中间导体定律 设在图7.8的T₀处断开，接入第三种导体C，如图7.9所示。若三个结点温度均为T₀，则回路中 的总热电势为:

       (7-11)

若A、B结点温度为T，其余结点温度为T₀，而且T＞T₀，则回路中的总热电势为:        

    (7-12)  

由式(7-11)可得:                                     图7.5 三导体热电回路 

                                (7-13)

    将式(7-13)代入式(7-12)可得:

                       (7-14)