热电偶是最常用的测温元件，它是由两种不同材料的导体A和B焊接而成的。导体A、B称为热电极，合称热电偶。如图2所示，焊接的一端插入被测介质中，感受到被测温度(t)，称为热电偶的工作端(热端，t)，而另一端各自与导体连接，称为自由端(冷端，t。)。
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热电偶的测温原理基于热电现象。不同的金属具有不同的自由电子密度，当它们相接触时，会发生越过界面的电子扩散，从而在界面两侧形成接触电势差。如图3所示，其大小只与金属的种类及接触点的温度相关。当热电偶的材料固定后，热电势仅是温度的函数，而与热电偶的长短及直径无关。热端与冷端的温差(t-to)愈大，热电势就愈大。只要保持冷端温度不变，就可通过澜定热电势的大小来测量温度。
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实际应用时，热电偶的冷端暴露于空间，容易受到周围环境温度波动的影响。为保持冷端温度恒定，通常采用某种导线将冷端延伸到远离被测对象且温度又比较稳定的地方。这种用来延伸冷端的专用导线称为补偿导线。对铂佬—铂热电偶，补偿导线用铜—镍铜丝。对镍铬—镍硅热电偶，补偿导线用铜-康铜丝(康铜是含镍约45%、铜约55%的高电阻合金，其电阻随温度的变化极小，耐腐蚀性好)。补偿导线在一定的温度范围内(0℃—100℃)具有和所连接的热电偶相同的热电特性。
常用热电偶有铂镕—铂(S)、镍铬—镍硅(K)、镍铬—康钢(E)等，其特性列于表2。
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热电偶温度计一般适用于测量500℃以上的温度。当温度较低时，热电偶输出的热电势很小，对检测的要求很高的另一方面，冷端温度的变化也不易得到全补偿。所以，在中、低温区可选用电阻温度计来测量温度。
热电偶温度计的优点包括：热电偶结构简单，工作可靠，测量精度较高，测量范围根广，读数可远距离传示，也可以借助切换开关用一个电气测量仪表进行多点温度的测量。不论在实验室还是在工厂里，它都是较广泛使用的一种测量仪表。