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实验证明:热电动势与热电偶两端的温度差成比例。
按结构形式不同，热电偶通常分为普通热电偶、铠装式热电偶和薄膜热电偶3类。
（1）普通热电偶
普通热电偶应用于工业上测量液体、气体等介质的温度。它一般由热电偶丝、绝缘套管、保护套管和接线盒组成，实验室使用时可以不用保护套管，以减小热惯性。
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（2）铠装式热电偶
铠装式热电偶是由热电偶丝、绝缘材料、金属套管三者组合成一体的具有特殊结构的热电偶。它可以做得很细很长，可以弯曲。根据热端形状的不同，它又可分为多种结构形式，不同的结构形式，响应时间和应用场合及特点不同。这类热电偶的突出优点是可小型化、使用方便、使用寿命长、热惯性小。此外，这类传感器还具有强度高、耐压、耐振动和耐冲击等优点，并可根据需要制成不同长度，最长可达100m。
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（3）薄膜热电偶
薄膜热电偶是用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上，上面再蒸镀一层二氧化硅作为绝缘和保护层，形成薄膜状热电偶，其热接点极薄（0.01～0.1µm），因此特别适用于快速测量物体壁面的温度。安装时用黏合剂将它黏结在被测物体壁面上即可。
集成温度传感器
它是把感温元件（多为PN结）与有关的电子线路集成在很小的硅片上封装而成的。由于PN结不能耐高温，所以集成温度传感器通常只能测量 150℃以下的温度，典型的工作温度范围是−50～150℃。集成温度传感器具有体积小、线性好、反应灵敏等优点，所以应用十分广泛。
集成温度传感器按输出电量不同可分为电压型、电流型和频率型几类。电压型传感器的优点是直接输出电压，且输出阻抗低，易于与信号处理电路相连接。电流型传感器的输出阻抗极高，因此可以简单地使用双股绞线传输数百米远，而不必考虑传输导线的电阻，特别适合于远距离精密温度遥感和遥测。频率输出型传感器除了具有与电流输出型传感器相似的优点外，还便于与微型计算机连接。