热电偶的工作原理核心是 塞贝克效应（Seebeck Effect）—— 两种不同材质的导体（或半导体）组成闭合回路时，若两个接点处于不同温度环境（一端为测量端 “热端”，一端为参考端 “冷端”），回路中会产生稳定的直流电动势（热电势），通过测量该电势可反向推算热端温度。
一、核心原理：塞贝克效应的本质
要理解塞贝克效应，需从 “电子的热运动差异” 入手，分 3 个关键步骤拆解：
- 电子的热扩散特性所有导体中都有自由电子，电子的热运动强度与温度正相关：温度越高，电子运动越剧烈，扩散能力越强。当两种不同材质的导体（如 K 型热电偶的镍铬合金 + 镍硅合金）连接时，由于它们的电子密度、逸出功不同，电子在接触面会发生 “扩散不平衡”—— 比如导体 A 的电子扩散速率比导体 B 快，导致 A 侧失去电子带正电，B 侧获得电子带负电，形成一个微小的 “接触电势”（也叫珀尔帖电势）。
- 温度差引发的电势差当回路的两个接点（热端 T、冷端 T₀）存在温度差（T≠T₀）时，两个接点的接触电势会出现差异：
- 热端（T）：温度高，电子扩散更剧烈，接触电势更大；
- 冷端（T₀）：温度低，电子扩散平缓，接触电势更小。这种 “两个接触电势的差值” 就是 热电势（E），其大小仅与两种导体的材质、热端与冷端的温度差有关，公式可简化为：E = Sₐᵦ × (T - T₀)其中：Sₐᵦ是两种导体的 “塞贝克系数”（材质固有属性，不同热电偶类型如 K、S、J 型的 Sₐᵦ不同），T 是热端温度，T₀是冷端温度。
- 闭合回路的电流形成（测量核心）由于两个接点的电势差无法抵消（因温度不同），闭合回路中会形成持续的热电势，若接入测量仪表（如热电偶温度计、PLC），就能检测到该毫伏级信号（通常每 1℃对应几十微伏）。只要已知冷端温度 T₀和导体的塞贝克系数，就能通过热电势 E 反向计算出热端温度 T—— 这就是热电偶测温的核心逻辑。
二、关键补充：3 个容易混淆的点
- “两种不同导体” 是前提若用同一种材质的导体组成回路，即使两端温度不同，也不会产生热电势（因为两个接点的接触电势完全相等，相互抵消）。因此热电偶必须由 “两种差异材质” 配对（如铂铑 10 - 铂、镍铬 - 铜镍等）。
- 冷端温度的重要性热电势 E 是 “温度差的函数”，而非热端温度 T 的单值函数。若冷端温度 T₀波动（比如环境温度变化），会直接导致热电势误差。实际应用中必须进行 冷端补偿（如将冷端置于恒温环境、用电子电路补偿、软件修正），本质是固定 T₀（通常设为 0℃），确保测量结果仅由热端温度 T 决定。
- 热电势的量级热电偶的热电势非常微弱：比如 K 型热电偶在 0~1000℃范围内，每 1℃约产生 41μV（微伏），1000℃时总热电势约 41mV（毫伏）。因此测量时需避免电磁干扰，且二次仪表需具备高灵敏度。
三、通俗类比：用 “水流” 理解塞贝克效应
可以把导体中的电子比作 “水流”，两种导体的电子扩散差异比作 “两个不同高度的水源”：
- 热端（高温）：水源水位高，水流（电子）扩散动力强（接触电势大）；
- 冷端（低温）：水源水位低，水流（电子）扩散动力弱（接触电势小）；
- 回路中的热电势：相当于 “两个水源的水位差”，水位差越大（温度差越大），水流（电流 / 电势）越强；
- 不同材质导体：相当于 “不同粗细的水管”（电子扩散难度不同），决定了 “水位差与水流的对应关系”（即塞贝克系数）。
总结
热电偶的工作原理可简化为：不同材质导体→闭合回路→两端温度差→塞贝克效应→产生热电势→测量电势→推算热端温度
