Принцип роботи електронного термометра

Термоелектричний термометр використовує термопару як елемент вимірювання температури для вимірювання термоелектричної сили, що відповідає температурі, і значення температури відображається лічильником. Він широко використовується для вимірювання температури в діапазоні -200 ℃ ~ 1300 ℃, і за особливих обставин він може вимірювати високу температуру 2800 ℃ або низьку температуру 4K. Він має характеристики простої структури, низької ціни, високої точності та широкого діапазону вимірювання температури. Оскільки термопара перетворює температуру в електрику для виявлення, зручно вимірювати і контролювати температуру, а також підсилювати і перетворювати температурні сигнали. Він підходить для вимірювання на великі відстані та автоматичного контролю. У контактному методі вимірювання температури найпоширенішим є застосування термоелектричних термометрів.

DS-1
(1) Принцип вимірювання температури термопари
Принцип вимірювання температури термоелемента заснований на термоелектричному ефекті.
З’єднайте послідовно провідники А і В з двох різних матеріалів у замкнутий контур. Коли температура двох контактів 1 і 2 буде різною, якщо T> T0, в контурі буде генеруватися термоелектрична сила, і в контурі буде певна кількість. Великих і малих струмів це явище називають піроелектричним ефектом. Ця електрорушійна сила - це добре відома «термоелектрорушійна сила Зеебека», яку називають «термоелектричною силою», що позначається як ЕАВ, а провідники А і В називаються термоелектродами. Контакт 1 зазвичай зварений між собою, і його поміщають у місце вимірювання температури, щоб відчути виміряну температуру під час вимірювання, тому він називається кінцем вимірювання (або гарячим кінцем робочого кінця). Для переходу 2 потрібна постійна температура, яка називається опорним (або холодним). Датчик, який поєднує два провідники і перетворює температуру в термоелектричну силу, називається термопарою.

Термоелектрорушійна сила складається з контактного потенціалу двох провідників (потенціал Пельтьє) та потенціалу різниці температур одного провідника (потенціал Томсона). Величина термоелектрорушійної сили пов'язана з властивостями двох матеріалів провідника та температурою переходу.
Електронна густина всередині провідника різна. Коли два провідники А і В з різною густиною електронів контактують, на поверхні контакту відбувається дифузія електронів, і електрони перетікають з провідника з високою електронною щільністю в провідник з низькою щільністю. Швидкість дифузії електронів пов'язана з електронною густиною двох провідників і пропорційна температурі площі контакту. Припускаючи, що вільні електронні густини провідників A і B становлять NA і NB, а NA> NB, внаслідок дифузії електронів провідник A втрачає електрони і стає позитивно зарядженим, тоді як провідник B отримує електрони і стає негативно зарядженим, утворюючи електричний поле на контактній поверхні. Це електричне поле заважає дифузії електронів, і при досягненні динамічної рівноваги в зоні контакту утворюється стабільна різниця потенціалів, тобто контактний потенціал, величина якого

(8,2-2)

Де k – константа Больцмана, k = 1,38 × 10-23J / K;
e – величина заряду електрона, e = 1,6 × 10-19 С;
Т – Температура в точці контакту, К;
NA, NB– - це густина вільних електронів провідників A та B відповідно.
Електрорушійна сила, що генерується різницею температур між двома кінцями провідника, називається термоелектричним потенціалом. Через градієнт температури змінюється розподіл енергії електронів. Високотемпературні (T) електрони будуть дифундувати до низькотемпературного кінця (T0), в результаті чого високотемпературний кінець буде позитивно зарядженим через втрату електронів, а низькотемпературний кінець буде негативно зарядженим через електрони. Отже, різниця потенціалів також створюється на двох кінцях одного провідника і перешкоджає поширенню електронів з кінця високої температури на кінець низької температури. Потім електрони дифузуються, утворюючи динамічну рівновагу. Встановлена ​​в цей час різниця потенціалів називається термоелектричним потенціалом або потенціалом Томсона, який пов'язаний з температурою For

(8,2-3)

JDB-23 (2)

У формулі σ - коефіцієнт Томсона, який представляє значення електрорушійної сили, що генерується різницею температур в 1 ° C, і її величина пов'язана з властивостями матеріалу та температурою на обох кінцях.
Замкнений контур термопари, що складається з провідників A і B, має два контактних потенціали eAB (T) і eAB (T0) на двох контактах, і оскільки T> T0, в кожному з провідників A і B. також є термоелектричний потенціал. сумарна теплова електрорушійна сила EAB (T, T0) замкнутого циклу повинна бути алгебраїчною сумою контактної електрорушійної сили та різниці температур електричного потенціалу, а саме:

(8,2-4)

Для вибраної термопари, коли еталонна температура постійна, загальна термоелектрорушійна сила стає однозначною функцією температури вимірювального терміналу T, тобто EAB (T, T0) = f (T). Це основний принцип вимірювання температури термопарами.


Час публікації: 11-11-2021