熱電偶四大基本定律及證明

熱電偶的基本定律包括均質(zhì)導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律以及參考電極定律，熱電偶的這四大基本定律對熱電偶的應(yīng)用有及其重要的作用。

一、均質(zhì)導(dǎo)體定律

定義：由同一種均質(zhì)材料(導(dǎo)體或半導(dǎo)體)兩端焊接組成閉合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。

可見，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產(chǎn)生附加熱電勢。

證明：熱電偶的電勢由兩個接觸電勢和兩個溫差電勢構(gòu)成。即：

由于材料相同，沒有接觸電勢;而溫差電勢為大小相同，方向相反的兩個電勢，相互抵消，也為零。

應(yīng)用：根據(jù)這個定律，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否相同(稱為同名極檢驗法)，也可以檢查熱電極材料的均勻性。

二、中間導(dǎo)體定律

定義：在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體(第三導(dǎo)體)，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響。

證明：證明過程參考熱電偶中間定律的證明

應(yīng)用：依據(jù)中間導(dǎo)體定律，在熱電偶實際測溫應(yīng)用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經(jīng)連接導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測溫系統(tǒng)。例如，用銅導(dǎo)線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導(dǎo)線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢是不會對測量產(chǎn)生附加誤差。再比如可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進(jìn)行溫度測量。

三、中間溫度定律

定義：熱電偶回路兩接點(溫度為t，t0)間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為t、tn時的熱電勢與在溫度為tn、t0時的熱電勢的代數(shù)和。tn稱中間溫度。

證明：

應(yīng)用：由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系,當(dāng)冷端溫度不為0攝氏度時，不能利用已知回路實際熱電勢E(t，t0)直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實際熱電勢E(t，t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。初學(xué)者經(jīng)常不按中間溫度定律來修正!

四、參考電極定律

定義：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就已知。

證明：

導(dǎo)體A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，即

那么，導(dǎo)體A與B組成的熱電偶，其熱電動勢為

應(yīng)用：標(biāo)準(zhǔn)電極定律是一個極為實用的定律。純金屬的種類很多，而合金類型更多。因此，要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動勢，其工作量是極大的。由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點高，易提純，所以，我們通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢就可以得到。

例如：熱端為100℃，冷端為0℃時，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為2.95mV，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為-4.0mV，則鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢則為 2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV。