电子油门踏板在线检测装置的研制

　　在进行某结构热试验时，应用 K 型 ( 镍铬 - 镍硅) 热电偶温度传感器在同一位置两个温度测量点进行温度监测，通过控制热流密度变化进行热环境控制，发现两个温度测量值有差异，同时温度测量数值的变化趋势相 似。在排除数据采集仪器出现故障并确认传感器完好且安装正确后，最终发现两个温度传感器的冷端补偿未在同一温场中，造成温度测量值出现异常。本文针对 K 型 ( 镍铬 - 镍硅) 接触式温度传感器的冷端补偿问题进行分析及研究。

　　1 热电偶及其测温系统原理

　　1. 1 热电偶测温原理

　　在结构热试验中，温度是代表结构热响应的基本参数，测试温度时，使用的将温度转换为电势大小的热电式传感器即为热电偶。由两种不同材料的导体组 成闭合回路，如图 1 所示，当接点 1，2 感受的温度不同时，在回路中产生与两接点温差大小对应的电动势，这种现象叫做热电效应。

　　热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成的。接触电势产生的原因是由于所有金属都具有自由电子，而且在不同的金属中自由电子的浓 度不同，因此当两种不同金属 A 和 B 接触时，在接触处便发生电子的扩散。若金属 A 的自由电子浓度大于金属 B 的自由电子浓度，则在同一瞬间金属 A 扩散到金属 B 中去的电子比由金属 B 扩散到 A 中去的电子多，因而金属 A 因失去电子而带正电荷，金属 B 获得电子而带负电荷。由于正负电荷的存在，在接触点上便产生电场。电场会阻碍扩散作用的进一步发生，同时引起反方向的电子转移运动，直至扩散作用与相反的 扩散作用达到平衡，A 和 B 两金属间便产生一定的接触电势，该电势的定义式为

式中: k0为波尔兹曼常数，1. 38 ×10- 23J / K; T 为绝对温度; nA，nB为材料 A，B 的自由电子密度; e 为电子电荷电量，1. 6 ×10- 10C。

　　温差电势是由于任何一种金属的两端温度不同时，两端的自由电子浓度因不同而产生电势差而出现的。温度高的一端自由电子浓度大，并具有较高的动 能; 温度低的一端自由电子浓度小，动能也小。因此高温端的自由电子要向低温端扩散，发生类似接触电势相同的扩散与相反扩散到达平衡的过程，从而使金属高、低温 两端形成温差电势。金属 A 两端放在高温、低温区 ( 设 T > To) ，产生的电势为

式中: T 为高温区温度; T0为低温区温度。

　　因此在闭合回路中，总的热电势 EAB( T，T0) 可表示为

　　在实际情况中，金属中自由电子数目很多，以致温度不能显著地改变同种金属中自由电子浓度，所以同一种金属内的温差电势极小，可以忽略。因此可以 得出结论，在一个热电偶回路中起决定作用的是两个接点处产生的接触电势，因而热电偶的闭合回路电势EAB( T，T0) 可由式 ( 3) 精简表示o为