点是：结构简单，其主体实际上是由两种不同性质的导体或半导体互相绝缘并将一端焊接在一起而成的；具有较高的准确度；测量范围宽，常用的热电偶，低温可测到-50℃，高温可达到1600℃左右；具有良好的敏感度；使用方便等。 1.热电效应
热电偶测温利用的原理是热电效应。所谓热电效应，是指两种不同材料的导体或半导体A、B串接长一个闭合回路，如下图所示：
图2-6
并使节点1和节点2处于不同的温度T1和T2下那么回路中就会存在热电势，因而就有电流产生，这一现象称为热点效应或塞贝克效应。相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。回路中产生的电流称为热电流，导体A、B称为热电极。测温时节点1置于被测的温度场中，称为测量端（工作端、热端）；节点2一般处于某一恒定温度，称为参考端（自由端、冷端）。由这两种导体组合并将温度转换成热电势的传感器称为热电偶。
热电偶产生的热电势EAB(T,T0)是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的。
（1）两种导体的接触电势
它是由于互相接触的两种金属导体内自由电子的密度不同造成的。当两种不同的金属A、B接触在一起时，在金属A、B的接触处会发生电子扩散，电子扩散的速率和自由电子的密度及金属所在处的温度成正比。设金属A、B的自由电子密度分别为NA和NB，并且NA>NB，在单位时间内由金属A扩散到金属B中的电子数要比从金属B扩散到金属A中的电子数多。这样，金属A失去电子而带正电，金属B得到电子而带负电。于是在接触处便形成了电位差，即接触电势。这个接触电势将阻碍电子由金属A进一步向金属B扩散，一直打到动态平衡为止。接触电势可有式子表示为
EAB?T??kTelnNANB (2-30）
式中 k—波尔兹曼常数，为1.38?10?16； T—接触处的绝对温度； e—电子电荷数；
NA、NB—金属A、B的自由电子密度。
（2）单一导体的温差电势
在一根匀质的金属导体中，如果两端温度不同，则在导体的内部也会产生电势，这种电势称为温差电势（或汤姆逊电势）。温差电势的形成是由于导体内高温端自由电子的动能比低温端自由电子的动能大，这样高温端自由电子的扩散速率比低温端自由电子的扩散速率大，因此对于导体的某一薄层来说，温度较高的一边失去电子而带正电，温度较低的一边得到电子而带负电。从而形成了电位差。当导体两端温度分别为T、T0时，温差电势可由下式表示
EA(T,T0)?式中 ?A—A导体的汤姆逊系数。
?TT0?AdT (2-31)
对于两种金属A、B组成的热电偶回路，汤姆逊电势等于它们的代数和，即
EA(T,T0)??TT0(?A??B)dT （2-32）
上式表明，热电偶回路的汤姆逊电势只与热电极的材料A、B和两节点的温度有关，二与热电极的几何尺寸无关，如果两节点的温度相同，那么汤姆逊电势的代数和将等于零。
综上所述，对于匀质导体A、B组成的热电偶，其总电势为接触电势与温差电势之和。用式子可表示为
EA(T,T0)?EAB?T??EAB?T0??由式2-33可以得出以下结论：
?TT0(?A??B)dT (2-33)
①如果热电偶两极材料相同，则虽两端温度不同。但输出电势仍为零。因此必须由两种不同的材料才能构成热电偶。
②如果热电偶两节点温度相同，则回路中的总电势必然等于零。
由上述分析可知，热电势的大小与材料和节点温度有关，与热电偶的尺寸、形状及沿电极温度分布无关。应注意，如果热电极本身性质为非均匀的，由于温度梯度的存在，
将会有附加电势产生。
2.热电偶基本定律 （1）中间导体定律
中间导体定律是指，在热电偶回路中，只要中间导体两端温度相同，那么接入中间导体后，对热电偶回路的总热电势无影响。这解决了在实际应用热电偶测量温度时，必须在热电偶回路中引入连接到线和显示仪表会不会引入附加电势的问题。
将上述定律推而广之，在回路中接入多种导体后，只要每种导体的两端温度相同，那么对回路的总热电势无影响。例如显示仪表和连接导线的接入就可看做是中间导体接入的情况，因而对回路总电势没有影响。
（2）标准电极定律
若两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶，并且其热电势已知，那么由导体A和B组成的热电偶，其热电势可用标准电极定律来确定。标准电极定律是指：如果将导体C（热电极，一般为纯铂丝）作为标准电极，并已知标准电极与任意导体配对时的热电势，那么在相同节点温度(T,T0)下，任意两导体A和B组成的热电偶，其热电势可由下式求得
EAB?T,T0??EAC?T,T0??EBC?T,T0? (2-34)
式中 EAB?T,T0?—节点温度为(T,T0)，由导体A和B组成热电偶时产生的热电势； EAC?T,T0?,EBC?T,T0?—节点温度仍为(T,T0)时由导体A和B分别与标准电极C组成热电偶时产生的热电势。
由于纯铂丝的物理化学性质稳定，熔点较高容易提纯，所以目前常用纯铂丝作为标准电极，该定律大大简化了热电偶的选配工作。只要我们获得有关热电极与标准电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成的热电偶的热电势便可按式2-34求得，而不需要逐个确定。
（3）连接导体定律和中间温度定律
连接导体定律指出，在热电偶回路中，如果热电极A和B分别与连接导线C和D相连接，节点温度分别为T，Tn，T0，那么回路的热电势将等于热电偶的热电势EAB?T,Tn?与连接导线C、D在温度Tn、T0时热电势ECD?Tn,T0?的代数和，即
EABCD?T,Tn,T0??EAB?T,Tn??ECD?Tn,T0? （2-35）
当A与C，B与D材料分别相同且温度与上述温度一致时，根据导体连接定律可得到该回路的热电势
EAB?T,Tn,T0??EAB?T,Tn??EAB?Tn,T0? （2-36）
式2-36表明，热电偶在节点温度为T、T0时的热电势值EAB?T,T0?，等于热电偶在?T,Tn?，
?Tn,T0?时相应的热电势EAB?T,Tn?和EAB?Tn,T0?的代数和，这就是中间温度定律，其中Tn称为中间温度。
同一种热电偶，当两节点温度T、Tn不同，其产生的热电势也不同。要将对应各种
?T,T0?温度的热电势—温度关系都列成图表是不现实的。中间温度定律为热电偶制定分
度表提供了理论依据。根据这一定律，只要列出温度为0℃时的热电势—温度关系，那么参考温度不等于零的热电势都可按照式2-36求出。
3.热电偶材料及常用热电偶
虽然任意两种导体（或半导体）都可以配置成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求是多方面的，并不是所有的材料都适于制作热电偶。对热电偶材料的主要要求是：配制成的热电偶应具有较大的热电势，并希望热电势与温度之间成线性关系或接近线性关系；能再较宽的温度范围内使用，并且在长期工作后物理化学性能与热电性能都比较稳定；电导率要求高，电阻温度系数要小；易于复制，工艺简单，价格便宜。
实际生产中很难找到一种能完全符合上述要求的材料。一般讲，纯金属的热电极容易复制，但其热电势小；非金属热电极的热电势大，熔点高，但复制性和稳定性都较差；合金热电极的热电性能和工艺性能介于两者之间。选择热电极材料时，应根据具体情况和测温条件决定。
4.热电偶测温线路
用热电偶测温时，与其配用的仪表有动圈式仪表、自动电子电位差计、直流电位差计、示波器及数字式测温仪表。把热电偶与相应的仪表连接起来，就构成不同的测温线路。常用的测温线路一般有：热电偶直接与指示仪表配用；桥式电位差计线路。
5.热电偶参考端温度
热电偶的分度表及根据分度表刻制的直读式仪表，都以热电偶参考段温度等于0为条件，所以使用时应遵守该条件，如果参考端温度不是零，尽管被测量温度不变，热电势将随参考端温度变化而变化。一般工程测量中参考端处于室温或波动的温区，此时要
测得真实温度就必须进行修正或采取补偿等措施。
（1）零度恒温法
把冰屑和清洁的水相混合，放在保温瓶中，并使水面略低于冰屑面，然后把热电偶的参考端置于其中，在一个大气压的条件下，即可使冰水保持在0℃，这时热电偶输出的热电势与分度值一致。
（2）热电偶参考端温度为tn时的补正方法
包括热电势补正法，温度补正法，调整仪表起始点法，热电偶补偿法，电桥补偿法等。
（3）冷端延长线法
所谓冷端延长线法实际上是把一定温度范围内与热电偶具有相同热电特性的两种较长的金属线与热电偶配接。它的作用是将热电偶冷端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地点，从而消除冷端温度变化带来的影响，即该补偿导线所产生的热电势等于工作热电偶在此温度范围内产生的热电势。
此方法只是相当于冷端直接延伸到了温度为T0处，但并不消除冷端温度不为0℃时产生的影响，因此还应该用前面介绍的补正方法把冷端修正到0℃。