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第三章 热电检测器件

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4.-热电检测器

4.-热电检测器
4）αT决定于材料。
5）由于要求放大器的输入阻抗要远大于RT，这就限 制了RT不能任意的大。
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6.最小可探测功率
限制热敏电阻最小可探测功 率的主要因素是与元件电阻 有关的约翰逊噪声和与辐射 吸收、发射有关的温度噪声。 在室温下，热敏电阻的噪声 等效功率可达10-6～109W·Hz-1/2，在致冷到液氦温 度（3K）时，可达10-13～1014W·Hz-1/2。
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辐射热电偶
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VocM12T
VLRiM 1R2LRLT(M Ri1R 2R LL a)G W 0Q
9
入射 We W0aejt VL(Ri R M L1)G 2RQ La1W 0 2T2
T
RQCQ
1 GQ
CQ
热敏材料的时间常数,RQ、CQ、GQ分别为 器件的热阻、热容和热导。
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三、热敏电阻（测辐射热计）
结构和原理
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1.热敏电阻的类型
金属热敏电阻 半导体热敏电阻
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2.热敏电阻的工作原理
半导体材料
部分电子
跃迁到导带
电阻减小 电阻温度系数是负
金属材料
自由电子浓度变化小
晶格振动的加剧
妨碍了电子的自由运动
电阻温度系数是正
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3.热敏电阻的结构
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热敏电阻同光敏电阻十分相似， 为了提高输出信噪比，必须减小 其线度。但为了不使接收辐射的 能力下降，有时也用浸没技术， 以提高探测度。
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二、参数
1.电阻温度特性

6-1热电式检测元件

6-1热电式检测元件

( ) ( ) EAC T，T0 = eAC (T )－eAC T0 ( ) ( ) EBC T，T0 = eBC (T )－eBC T0
两式相减得：
E T，T －E T，T
AC
0
BC
0
e T －e T －e T e T
AC
AC 0
BC
BC
0
e T －e T －e T －e T
AC
BC
eA(T,T0) A
eAB(T-)
T
T0
eAB(T0)
B eB(T,T0)
图1 闭合回路总的热电势
EAB T ,T0 eAB T －eAB T0 eB T ,T0 －eA T ,T0
kT ln N AT － kT0 ln N AT0
e N BT
e
N BT 0
T T0
Ｂ－ Ａ
dT
AC
0
BC
0
——（1）
若一个热电偶由A、B、C三种导体组成， 且回路中三个接点的温度都相同，则回路 总电动势必为零，即：
eAC (T ) + eCB (T ) + eBA (T ) = 0
( ) ( ) ( ) eAC T0 + eCB T0 + eBA T0 = 0
( ) ( ) ( ) 或 eAC (T )－eBC (T ) = eAB (T )
( ) ( ) ( ) eAB T0 + eBC T0 + eCA T0 = 0
即 eBC T0 eCA T0 eAB T0
则
EABC T，T0 eAB T －eAB T0 EAB T，T0
如果按右图接入第三 T0
C

光电检测考前复习资料 - 副本

光电检测考前复习资料 - 副本

考前复习要点第一章绪论1、光电检测系统的主要组成部分；辐射源，光信号处理，被测对象，光学转换，光电传感转换电路，电信号处理2、电磁波谱的范围？光电检测分析的是哪一部分？0.32-100um3、光电探测的分类按携载信息光源，按被探测光源光谱，按显示方式，按接收方法第二章光电器件的物理基础1、光的波粒二象性；2、光度量与辐射度量的区别；辐射度量适合整个电磁波谱能量计算3、辐射度量的五个基本参量；4、基本概念：辐射体，立体角，朗伯源；5、视见函数；6、光通量、发光强度、光照度、光出射度、光亮度7、半导体的基本特性；热敏性，光敏性，掺杂性8、能带理论；禁带，价带，导带9、本征半导体、N型半导体、P型半导体10、PN结的形成过程用图示表示11、外光电效应、内光电效应、光热效应材料受光照后，光子能量和晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料性质发生变化第三章光电检测器件1、光子检测器件与热电检测器件的特点响应波长有选择性，响应快2、光电检测器件的性能参数灵敏度，光谱灵敏度，频率灵敏度，量子效率，通量阈和噪声等效功率，归一化探测度3、噪声参数热噪声，散粒噪声，闪烁噪声4、外光电效应的典型器件光电管与光电倍增管的工作原理、基本特点5、光电发射材料的特点6、光电导效应器件光敏电阻的工作原理基本特点7、光生伏特效应器件光电池与光电二极管的工作原理基本特点第四章热电检测器件1、热辐射引起的热探测器的温度ΔT的求解？2、热电偶的工作原理基本特点接受入射辐射后引起温度升高，产生温差电势。

自发电型传感器，检测范围广，1800℃以上，符合国际计量委员会标准3、热敏电阻的工作原理基本特点、材料特性接受入射辐射后引起温度改变使电阻改变，导致电压变化。

灵敏度高，体积小，适宜动态测量，适于远距离测量和控制，阻值和温度非线性，稳定性和互换性差4、热敏电阻辐射热计的工作原理；5、热释电探测器的工作原理、基本结构极化随温度改变的现象为热释电现象。

第三章 热电检测器件

第三章 热电检测器件

几种温标的对比
正常体温 为37 °C ， 相当于华 氏温度多 少度？ 少度？
热力学温标（K） 热力学温标（ 热力学温标是 建立在热力学第二定 律基础上的最科学的 温标， 温标，是由开尔文 Kelvin） （Kelvin）根据热力 学定律提出来的， 学定律提出来的，因 此又称开氏温标。 此又称开氏温标。它 的符号是T 的符号是T，单位是 开尔文（ 开尔文（K） 。
威廉·汤姆逊 开尔文勋爵像 威廉 汤姆逊·开尔文勋爵像 汤姆逊
1990国际温标 ITS-90) 1990国际温标(ITS-90) 国际温标(
从1990年1月1日开始在全世界范 1990年 围内采用1990年国际温标 简称ITS围内采用1990年国际温标，简称ITS年国际温标， 90。它定义了一系列温度的固定点， 90。它定义了一系列温度的固定点， 测量和重现这些固定点的标准仪器以 及计算公式，例如水的三相点为 及计算公式， 273.16K（0.01° 273.16K（0.01°C）等。
第三节
热电偶的工作原理
热电极B 热电极B
右端称为： 右端称为：
先看一个实验——热电偶工作原理演示 先看一个实验——热电偶工作原理演示 热电极A 热电极A
左端称为： 左端称为：
热电势 A
测量端
（工作 端、热 端）
自由端
（参考 端、冷 端）
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
直接从热电偶的分度表查温度与热电 势的关系时的约束条件是：自由端（冷端） 势的关系时的约束条件是：自由端（冷端） 温度必须为0 温度必须为0°C。
如何利用热电偶的分度表
数字式温度表
温度上限设定值 温度上限设定值 温度上限值设定键 温度上限值设定键

南理工光电检测技术课程03 热电探测器

南理工光电检测技术课程03 热电探测器
第三章、热电检测器件
★工作的物理过程是，器件吸收入射辐射功率产生温 升，温升引起材料各种有赖于温度的参量的变化，监测其 中一种性能的变化，来探知辐射的存在和强弱。这一过程 比较慢，一般的响应时间多为毫秒级。
★热电探测器件是利用热敏材料吸收入射辐射的总功率产 生温升来工作的，而不是利用某一部分光子的能量，所以各种 波长的辐射对于响应都有贡献。因此，热电探测器件的突出特 点是，光谱响应范围特别宽，从紫外到红外几乎都有相同的响 应，光谱特性曲线近似为一条平线。
为了减小热电偶的响应时间，常把辐射接受面分为若干 块，每块接上一个热电偶，并把这些热电偶串接或并接起来， 这样就成了热电堆。
⑴由半导体材料制成的温差电堆，一般都很脆弱，容易破碎，使用时应避 免振动。 ⑵额定功率小，入射辐射不能很强，它允许的最大辐射通量为几十微瓦， 所以通常都用来测量微瓦以下的辐射通量。 ⑶应避免通过较大的电流，流过热电偶的电流一般在1微安以下，决不能超 过100微安，因而千万不能用万用表来检测热电偶的好坏，否则会烧坏金箔， 损坏热电偶。 ⑷保存时不要使输出端短路，以防因电火花等电磁干扰产生的感应电流烧 毁元件。 ⑸工作时环境温度不宜超过60℃。
热敏电阻按其电阻-温度特性可分为正温度系数热敏电阻 器(PTCR)及负温度系数热敏电阻器(NTCR)。
正温度系数热敏电阻器又细分两类：一类为陶瓷PTC热敏 电阻器（CPTC），在BaTiO3、V2O5、BN等材料中掺入半导化元 素后都可发现PTC效应。目前得到广泛应用的是BaTiO3系PTC热 敏电阻器；第二类是有机高分子PTC热敏电阻器（PPTC），在 聚乙烯高分子材料中掺入碳黑形成PTC效应。
因GQ与材料性质和环境有 关，所以为了使G较小，提高 灵敏度，并使工作稳定，常把 温差电偶或温差电堆放在真空 的外壳里。

光电检测器件的特性参数

光电检测器件的特性参数
虚线为拟合直线
I1
O
12
Φ
线性度是辐射功率的复杂函数，是指光电器件中的实际响应
曲线接近拟合直线的程度。通常用非线性误差 来度量，即
max
2 1
式中： max
为实际响应曲线与拟合直线之间的最大偏差； 1
、
2 分别为线性区中的最小和最大响应值。
13
10、工作温度
光电检测器工作温度不同时，工作性能将会有所变化。例如 HgCdTe（汞镉碲）检测器在低温（77K）工作时，有较高的信 噪比。而锗掺铜光电导器件在4K左右时，能有较高的信噪比。但 如果温度升高，它们的性能会逐渐变差，以致无法使用。又如 InSb（锑化铟）器件，工作温度在300K，长波限为7.5um，峰值 波长在6um；而工作温度为77K时，长波限为5.5um，峰值波长 为5um，变化很明显。对于热电检测器，由于环境检测工作温度 变化会使响应度和热噪声发生变化，所以，光电检测器工作温度 是最佳工作状态时的温度，是光电检测器重要的性能参数之一。
则S/N就大，但性能不一定就好。因此，用S/N来评价光器件有 一定的局限性。
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9、线性度（非线性误差δ）
线性度是描述光电检测器的光电特性或光照特性输出信号与 输入信号保持线性关系的程度，即在规定范围内，光电检测器的 输出电量正比于输入光量的性能。如果在某一规定的范围内光电 检测器的响应度为常数，则这一规定的范围称为线性区。
②响应慢。即吸收辐射后再产生信号所需要的时间长， 一般在几毫秒以上。
光电检测器件的物理基础： 光电效应：物质受光照射后，材料电学性质发生了变 化（发射电子、电导率的改变、产生感生电动势）现象。 外光电效应：产生电子发射。 内光电效应：内部电子能量状态发生变化。 光电检测器件应用广泛，我们通常所说的光电检测器 件指的就是这种检测器件。这种检测器件可分两大类：电真 空或光电发射型检测器件，如光电管和光电倍增管；固体或 半导体光电检测器件，如光导型（光敏电阻）和光伏型（光 电池与光电二、三极管等）检测器件。它们的特点是： ①响应波长有选择性。因为这些器件都存在某一截止波长 λ0，超过此波长，器件无响应。 ②响应快。一般为纳秒到几百微秒。

第三章热电探测器件1


热敏电阻的电压响应率
热敏电阻的电压响应率为：
Rv= iαRTη/(G2+ω2CH2)1/2 由上式可知，要使热敏电阻的电压响应率大， 电流 i、电阻温度系数α、热敏电阻RT、吸收系 数η都要大，热导G、热辐射的交变频率ω、热 容CH都要小，但这些量是受诸因素制约的，只 能折中选取，而不能任意增减。
热敏电阻的结构
热敏电阻的原理
热敏电阻的物理过程是吸收辐射，产生温升， 从而引起材料电阻的变化。
定性地解释：吸收辐射后，材料中电子的动能和 晶格的振动能都有增加。因此，其中部分电子能 够从价带跃迁到导带成为自由电子，从而使电阻 减小，电阻温度系数是负的。对于由金属材料制 成的热敏电阻，因其内部有大量的自由电子，在 能带结构上无禁带，吸收辐射产生温升后，自由 电子浓度的增加是微不足道的。相反，因晶格振 动的加剧，却妨碍了电子的自由运动，从而电阻 温度系数是正的，而且其绝对值比半导体的小。
Uoc=MΔT 式中，M为比例系数，称塞贝 克常数，也称温差电势率，单 位为V/℃；ΔT为温度增量。
温差电偶的灵敏度（响应率）
温差电偶的响应率为 ： R＝UL/Φ
UL：冷端负载上所产生的电压降。 Φ：入射于探测器的辐射通量
要使温差电偶的响应率高，应选用温差电势大的 材料，并增大吸收系数。同时，内阻要小，热导 也要小。在交变情况下，调制频率低时比调制频 率高时的响应率高。减小调制频率ω和减小时间 常数τT都有利于提高响应率，可是ω与τT是矛盾的， 所以响应率与带宽之积为一常数的结论，对于温 差电偶也成立。时间常数多为毫秒量级，带宽较 窄。多用于测量恒定的辐射或低频辐射。
在相同的入射辐射下，希望得到大的温升， 就是说，探测器与外界的热耦合和热容以及调制 频率等要小，这点是热电探测器件与普通的温度 计的重要区别。

热电器件效率测试原理-概述说明以及解释

热电器件效率测试原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热电器件是一种能够将热能和电能之间进行转换的器件，其工作原理为利用热电效应将热能转化为电能或者反过来将电能转化为热能。

热电器件广泛应用于能源转换、温度测量和能量回收等领域。

热电器件的效率测试是评估其性能优劣的重要手段之一。

通过测试热电器件的效率，可以判断其能否高效地将热能转化为电能或者反过来将电能转化为热能。

同时，效率测试还可以帮助我们了解热电器件在实际工作条件下的表现，为热电器件的设计和应用提供依据。

本文将介绍热电器件效率测试的原理和方法。

首先会详细阐述热电器件的基本原理，包括热电效应的产生机制和热电器件的工作原理。

然后会介绍热电器件效率测试的常用方法，包括直接法和间接法两种测试方法，并分析它们的优缺点和适用范围。

最后，文章将重点讨论热电器件效率测试的关键要点，包括测试样品的准备、测试系统的设计和测试数据的处理等方面。

通过本文的阅读，读者将能够了解热电器件效率测试的原理和方法，掌握测试过程中的关键要点，从而为热电器件的设计、评估和应用提供参考。

文章的剩余部分将进一步展开讨论，以全面阐述热电器件效率测试的相关内容。

文章结构部分的内容可以如下编写：1.2 文章结构本文共分为引言、正文和结论三个部分。

具体结构安排如下：引言部分主要介绍了热电器件效率测试原理的背景和意义，概述了本文的内容及结构，并明确了本文的目的。

正文部分主要包括热电器件的基本原理、热电器件效率测试方法以及热电器件效率测试的关键要点。

其中，2.1 热电器件的基本原理部分将对热电器件的基本工作原理进行详细介绍，包括热电效应的发现和原理解释。

2.2 热电器件效率测试方法部分将介绍常用的热电器件效率测试方法，包括静态测试和动态测试两种方法，并分析其原理和适用范围。

2.3 热电器件效率测试的关键要点部分将重点介绍在进行热电器件效率测试时需要注意的关键要点，包括实验条件的控制、测量仪器的选择和校准等。

热电式检测元件


接触电势 两者电子密度不同，扩散速度不同
kt N At e AB t ln e N Bt
图2.5.2 接触电势原理图
温差电势 导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温 端扩散 ，当达到动态平衡时，在导体的两端便产生一 个相应的电位差。该电位差就称为温差电势。可表示 为：
热电式检测元件
热电式检测元件是利用敏感元件将温度变化转换为 电量的变化，从而达到测量温度的目的
一、热电偶检测元件
热电效应及测温原理
T
A
T0
B
热电偶结构图
T0 T0 将热电极 A、B的两个接点分别置于温度为 T 及 （设T ＞ ）的热源中，则在该回路内 就会产生热电动势。这种现象称之为热电 效应。 温度高的接点称为热端（或工作端），温 温度低的接点称为冷端（或自由端）
A B
t
0 中间温度定律 T , Tc Tc , T0 热电偶A、B在接点温度为T， 时的热电势等于 热电偶 、,B 在接点温度为 和 的热电 E ABAT T E AB Tc , T c 0 势 和 的代数和，即：
T




E AB T , T0 E AB T , TC E AB TC , T0
热电偶的误差
分度引起的误差 冷端温度引起的误差 测量线路及仪表误差 干扰和漏电引起的误差
二、晶体管温度检测元件
PN结温度检测元件 根据半导体原理，晶体管的PN结的伏安特 性与温度有关，利用这一特性可构成温度 检测元件
下式表明了PN结的正向电压与温度的关系
kT I d Vd ln q IS
e A T , T0 A dT
T T0

3-5-2热电探测器


输入到放大器的电压为:
R V = id
(1 + 2 E2 )1 / 2 式 中 τ E ＝ RC 为 电 时 间 常 量 ， R ＝ Rd ＋ RA ， C ＝ Cd‖CA，将id子代入上式，则：
V
=
αωγAd RP0
G (1 + 2 E2 )1 / 2 (1 + 22 T
)1 / 2
4.热释电器件是目前最受重视的热探测器，其机械强度、 响应率、响应速度都很高。在使用这类器件时要特别注 意以下几点； 只能测量交变辐射，对恒定辐射无响应； 机械振动会引起振动噪声，使用时应避免振动； 热释电探测器输出阻抗高(1010—1015Ω)，在使用时必须 接以高阻抗负载和高输入阻抗的放大器。
4
小结——热探测器
1.热探测器是一类基于光辐射与物质相互作用的热效应制 成的器件。 它的光谱响应范围宽而且是平坦的。 但对于交变光信号交变频率来说，热探测器是一种窄 带响应器件，其响应速度一般较低。 速度与响应率之积为一常量，因此，选用器件时要综 合考虑。
2.由半导体材料制成的温差热电堆，响应率高，但机械强度 较差，使用时必须十分当心。它的功耗很小，测量辐射时， 应对所测的辐射强度范围有所估计，不要因电流过大烧毁热 端的黑化金箔。保存时，输出端不能短路，要防止电磁感应。 3.测辐射热计，响应率也较高，光敏面采取致冷措施后，响 应率会进一步提高，但它的机械强度也较差，易破碎。流过 它的偏置电流不能大，避免电流产生的焦耳热影响灵敏面的 温度。
四、噪声等效功率
热释电探测器在考虑到放大器的噪声时，主要有电阻的 热噪声、温度噪声和放大器噪声三个分量。 1.电阻的热噪声来自于晶体的介电损耗与探测器相关联的 电阻。 如果等效电阻为R，则电阻热噪声电流的均方值为
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在接下来的两年里时间（1822～1823）， 塞贝克将他的持续观察报告给普鲁士科学学会， 把这一发现描述为“温差导致的金属磁化”。 塞贝克发现了热电效应，但他却做出了错误的 解释：导线周围产生磁场的原因，是温度梯度 导致金属在一定方向上被磁化，而非形成了电 流。

科学学会认为，这种现象是因为温度梯度导致 了电流，继而在导线周围产生了磁场。对于这 样的解释，塞贝克十分恼火，他反驳说，科学 家们的眼睛让奥斯特（电磁学的先驱）的经验 给蒙住了，所以他们只会用“磁场由电流产生” 的理论去解释，而想不到还有别的解释。但是， 塞贝克自己却难以解释这样一个事实：如果将 电路切断，温度梯度并未在导线周围产生磁场。 所以，多数人都认可热电效应的观点，后来也 就这样被确定下来了。

由于热电偶测量的是温度差，为了确定热端的 实际温度，冷端温度必须是已知的。 冷端温度为0°C (冰点)时是一种最简单的情况， 这种情况下，热端测量电压是结点温度的直接 转换值。美国国家标准局(NBS)提供了各种类型 热电偶的电压特征数据与温度对应关系的查找 表。所有数据均基于0°C冷端温度。利用冰点 作为参考点，通过查找适当表格中的VH可以确 定热端温度。
分度表-----热电势与热端温度之间关系列成表格

热电偶回路的几个基本定律
（1）中间导体定律：在热电偶回路中接入 第三种材料的导体，只要其两端的温度相 等，该导体的接入就不会影响热电偶回路 的总热电动势。根据这一定律，如果需要 在回路中引入多种导体，只要保证引入的 导体两端温度相同，均不会影响热电偶回 路中的热电势。

高频时，频率越高，温升越小。
0 T G

例题：某热电探测器的热导 6 10 6W / K ，吸收 系数0.8，求吸收5uW辐射能量后的温升？ 答：低频时： T RQ 0 0 所以：
G
0.8 5 10 6 T 0.67 K 6 6 10

热电偶的结构有两种，普通型和铠装型。 普通性热电偶一般由热电极，绝缘管，保 护套管和接线盒等部分组成。

铠装型热电偶则是将热电偶丝，绝缘材料 和金属保护套管三者组合装配后，经过拉 伸加工而成的一种坚实的组合体。


热电偶的电信号需要一种特殊的导线来进行传 递，这种导线称为补偿导线。 不同的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作 用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离 电源，从而使参比端温度稳定。

dt
d (T ) 交流辐射时 CQ GT 0e jt dt
t=0时， T =0，所以可知热传导方程为：
T 0 T 0 jt T (t ) e e CQ (1 j T ) (1 j T )
T RQ CQ 为时间常数

t
热电偶
热电偶
赛贝克效应：
塞贝克（Seeback）效应，又称作第一热电效应， 它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异 而引起两种物质间的电压差的热电现象。如果两 种不同成分的均质导体形成回路，直接测温端叫 测量端，接线端子端叫参比端，当两端存在温差 时，就会在回路中产生电流，那么两端之间就会 存在Seebeck热电势，即塞贝克效应。
在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个 接触点的温度不同，则在回路中将出现电流， 称为热电流。塞贝克效应的实质在于两种金 属接触时会产生接触电势差，该电势差取决 于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个 基本因素。

SeeBack 1770年生于塔林，学习的是医学，但 从事物理学方面的教育和研究工作。1820年代初 期，塞贝克通过实验方法研究了电流与热的关系。 1821年，塞贝克将两种不同的金属导线连接在一 起，构成一个电流回路。他将两条导线首尾相连形 成一个结点，他突然发现，如果把其中的一个结加 热到很高的温度而另一个结保持低温的话，电路周 围存在磁场。他实在不敢相信，热量施加于两种金 属构成的一个结时会有电流产生，这只能用热磁电 流或热磁现象来解释他的发现。
热电偶的分度规格表
热电偶的型号表示

目前国际上应用的热电偶具有一个标准规 范，国际上规定热电偶分为八个不同的分 度，分别为B，R，S，K，N，E，J和T， 其测量温度的最低可测零下270摄氏度， 最高可达1800摄氏度，其中B，R，S属于 铂系列的热电偶，由于铂属于贵重金属， 所以又被称为贵金属热电偶而剩下的几个 则称为廉价金属热电偶。


0
G(1 )
1 2 2 2 T
所以可知：

热电检测器件吸收辐射能量造成的温度升高 同材料的吸收系数α成正比、同辐射功率成正 比。
热电检测器件吸收辐射能量造成的温度升高 同辐射频率有关，f越高，温升越慢。


低频率时： T RQ 0
0
G
即热电检测器件吸收交变辐射引起的温度升 高同热导G成反比，降低热导可以提高温升， 但同时会使时间常数增加，响应频率变慢。
（3）中间温度定律：热电偶在两接点温度t、 t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度 为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数 和。
E AB (T , T0 ) E AB (T , Tn ) E AB (Tn , T0 )

在热电偶测温回路中，常会遇到热电极的中间连 接问题，如果连接点的温度为tn ，连接导体A′或 B′的热电特性相同，则总的热电势等于热电偶与 连接导体的热电势的代数和。E ′（t,tn,t0）=EAB （t,tn）+EA′B′（tn,t0）根据这个定律，在实际测温 中按照现场的安装情况，可以连接热电特性相同 的导体A′或B′，起到延长热电极的作用，以适合 不同的安装要求。中间温度定律为补偿导线的使 用提供了理论依据。

在热电偶应用初期，冰点被当作热电偶的 标准参考点，但在大多数应用中获得一个 冰点参考温度不太现实。如果冷端温度不 是0°C，那么，为了确定实际热端温度必 须已知冷端温度。考虑到非零冷端温度的 电压，必需对热电偶输出电压进行补偿， 既所谓的冷端补偿。



为了实现冷端补偿，必须确定冷端温度，这可以 通过任何类型的温度检测器件实现。 在通用的温度传感器IC、电热调节器和RTD中， 不同类型的器件具有不同的优、缺点，需根据具 体应用进行选择。 对于精度要求非常高的器件，经过校准的铂RTD 能够在很宽的温度范围内保持较高精度，但其成 本很高。
T
时间足够长时，t
T
可以忽略第二
项，取第一项的实部为：
T (t )
T 0
CQ (1 )
1 2 2 2 T
sin(t )
RQ 0 (1 )
1 2 2 2 T
其幅值为：T (t )
T 0
CQ (1 )
1 2 2 2 T
热电偶

热电偶是利用SeeBack效应制成的热电检测器 件，用来测量温度。热电偶中热电势的大小只 与热电偶导体材质以及两端温差有关，与热电 偶导体的长度、直径无关。
A T B
kT NA 热端电动势： E AB (T ) e ln( N ) B kT0 NA 冷端电动势: E AB (T0 ) e ln( N ) B

（4）标准电极定律：如果导体A、B分别与第三导体 C组成热电偶，他们的测量端温度均为t，参考端 温度均为t0产生的热电势分别为EAC（t,t0）和EBC （t,t0），由导体A、B组成的热电偶产生的热电势 可以按下式计算EAB（t,t0）=EAC（t,t0）-EBC（t,t0） =EAC（t,t0）+ECB（t,t0）这里采用的导体C称为标 准电极。
1 2 2 2 T
热电偶的参数
所以热电偶的灵敏度为： 直流响应率： 交流响应率：
S 0 UL M 12 RL 0 G ( Ri RL )
S 0
UL 0
M 12 RL G( Ri RL )(1 )
1 2 2 2 T
2、响应时间，一般较慢。
例题：某器件的热容为100uF，热导为 0.2/欧，求其最高工作频率？
AB (t , t0 ) AB (t ) C
热电偶的特点




热电偶是一种常用测温器件，广泛用于汽 车、家庭等领域。 与热敏电阻、电热调节器、温度检测集成 电路(IC)相比，热电偶能够检测更宽的温 度范围，具有较高的性价比。 热电偶具有牢固、高可靠性和快速响应时 间。 线性度差。 信号电平低，常需要放大电路。


精度要求不是很高时，热敏电阻和硅温度传感器 IC能够提供较高的性价比，热敏电阻比硅IC具 有更宽的测温范围，而传感器IC具有更高的线性 度，因而性能指标更好一些。 总之，必需根据系统的实际需求选择冷端温度测 量器件，需要仔细考虑精度、温度范围、成本和 线性指标，以便得到最佳的性价比。
热电偶的参数
1、灵敏度（响应率） 开路电压同温升的关系为： U M12T M12为SeeBack常数。 设负载电阻为RL，直流辐射下： M 12 RL 0 M 12 RL UL T Ri RL G ( Ri RL ) 交流辐射下：
UL M 12 RL 0 G( Ri RL )(1 )
ABB′A

中间温度定律在热电偶测温中应用极为广泛。 根据该定律，我们可以在冷端温度为任一恒 定值时，利用热电偶分度表求出工作端的被 测温度值。
例如，用某热电偶测量炉温时，当冷端温度 T0=30℃时，测得热电势E(T,T0)=16mv，求实际 炉温。 由T0=30查分度表得E（30,0）=0.173mv，根据 中间温度定律得: E(T,0)=E(T,30)+E(30,0)=16+0.173=16.173(mv) 则查表得炉温T约为1500℃。
T0
其中：NA和NB是分别为导体A和B的自由 电子密度。