Прынцып працы электроннага тэрмометра

Тэрмаэлектрычны тэрмометр выкарыстоўвае тэрмапару ў якасці элемента вымярэння тэмпературы для вымярэння тэрмаэлектрарухаючай сілы, якая адпавядае тэмпературы, і значэнне тэмпературы адлюстроўваецца лічыльнікам. Ён шырока выкарыстоўваецца для вымярэння тэмпературы ў дыяпазоне ад -200 ℃ ~ 1300 ℃, і пры асаблівых абставінах ён можа вымяраць высокую тэмпературу 2800 ℃ ці нізкую тэмпературу 4K. Ён мае характарыстыкі простай структуры, нізкай цаны, высокай дакладнасці і шырокага дыяпазону вымярэння тэмпературы. Паколькі тэрмапара пераўтварае тэмпературу ў электрычнасць для выяўлення, зручна вымяраць і кантраляваць тэмпературу, а таксама ўзмацняць і трансфармаваць тэмпературныя сігналы. Ён падыходзіць для вымярэння на вялікія адлегласці і аўтаматычнага кіравання. Пры кантактным метадзе вымярэння тэмпературы прымяненне тэрмаэлектрычных тэрмометраў з'яўляецца найбольш распаўсюджаным.

DS-1
(1) Прынцып вымярэння тэмпературы тэрмапары
Прынцып вымярэння тэмпературы тэрмапары заснаваны на тэрмаэлектрычным эфекце.
Злучыце праваднікі А і В двух розных матэрыялаў паслядоўна ў замкнёны контур. Калі тэмпература двух кантактаў 1 і 2 розная, калі T> T0, у цыкле будзе стварацца тэрмаэлектрарухаючая сіла, і ў цыкле будзе пэўная колькасць. Вялікія і малыя токі, гэта з'ява называецца піраэлектрычным эфектам. Гэта электрарухаючая сіла - добра вядомая "тэрмаэлектрычная сіла Зеебека", якую называюць "тэрмаэлектрычнай рухаючай сілай", якая пазначаецца як EAB, а праваднікі А і В называюцца тэрмаэлектродамі. Кантакт 1 звычайна зварваюць паміж сабой, і ён змяшчаецца ў месца вымярэння тэмпературы, каб адчуваць вымераную тэмпературу падчас вымярэння, таму ён называецца канцом вымярэння (альбо гарачым канцом працоўнага канца). Для злучэння 2 патрабуецца пастаянная тэмпература, якая называецца апорнай (або халоднай). Датчык, які аб'ядноўвае два праваднікі і пераўтварае тэмпературу ў тэрмаэлектрарухаючую сілу, называецца тэрмапарай.

Тэрмаэлектрарухаючая сіла складаецца з кантактнага патэнцыялу двух правадыроў (патэнцыял Пельтье) і патэнцыялу перападу тэмператур аднаго правадыра (патэнцыял Томсана). Велічыня тэрмаэлектрарухаючай сілы звязана са ўласцівасцямі двух матэрыялаў правадыра і тэмпературай злучэння.
Шчыльнасць электронаў у правадніку розная. Калі два праваднікі А і В з рознай электроннай шчыльнасцю знаходзяцца ў кантакце, на паверхні кантакту адбываецца дыфузія электронаў, і электроны паступаюць з правадыра з вялікай электроннай шчыльнасцю ў правадыр з нізкай шчыльнасцю. Хуткасць дыфузіі электронаў звязана з электроннай шчыльнасцю двух правадыроў і прапарцыйная тэмпературы вобласці кантакту. Мяркуючы, што свабодныя электронныя шчыльнасці праваднікоў A і B - NA і NB, а NA> NB у выніку дыфузіі электронаў праваднік A губляе электроны і станоўча зараджаецца, а праваднік B атрымлівае электроны і зараджаецца адмоўна, утвараючы электрычны поле на паверхні кантакту. Гэта электрычнае поле перашкаджае дыфузіі электронаў, і пры дасягненні дынамічнага раўнавагі ў вобласці кантакту ўтвараецца стабільная розніца патэнцыялаў, гэта значыць кантактны патэнцыял, велічыня якога роўная

(8,2-2)

Дзе k – канстанта Больцмана, k = 1,38 × 10-23J / K;
e – колькасць зарада электрона, e = 1,6 × 10-19 C;
Т – Тэмпература ў месцы кантакту, К;
NA, NB - гэта шчыльнасць свабодных электронаў правадыроў A і B, адпаведна.
Электрарухаючая сіла, якая ствараецца розніцай тэмператур паміж двума канцамі правадыра, называецца тэрмаэлектрычным патэнцыялам. З-за градыенту тэмпературы змяняецца размеркаванне энергіі электронаў. Высокатэмпературныя (Т) электроны будуць дыфузаваць да нізкатэмпературнага канца (Т0), у выніку чаго высокатэмпературны канец будзе станоўча зараджаны з-за страты электронаў, а нізкатэмпературны канец будзе адмоўна зараджаны з-за электронаў. Такім чынам, розніца патэнцыялаў таксама ствараецца на двух канцах аднаго і таго ж правадыра і перашкаджае распаўсюджванню электронаў ад канца высокай тэмпературы да канца нізкай тэмпературы. Тады электроны дыфузуюцца, утвараючы дынамічную раўнавагу. Разніца патэнцыялаў, устаноўленая ў гэты час, называецца тэрмаэлектрычным патэнцыялам альбо патэнцыялам Томсана, які звязаны з тэмпературай For

(8,2-3)

JDB-23 (2)

У формуле σ - каэфіцыент Томсана, які ўяўляе значэнне электрарухаючай сілы, якое ствараецца розніцай тэмператур у 1 ° C, і яе велічыня залежыць ад уласцівасцяў матэрыялу і тэмпературы на абодвух канцах.
Замкнуты контур тэрмапары, які складаецца з праваднікоў A і B, мае два патэнцыялы кантакту eAB (T) і eAB (T0) на двух кантактах, і паколькі T> T0, у кожным з правадыроў A і B. таксама ёсць тэрмаэлектрычны патэнцыял. сумарная цеплавая электрарухальная сіла EAB (T, T0) замкнёнага контуру павінна быць алгебраічнай сумай кантактнай электрарухаючай сілы і розніцы тэмператур электрычнага патэнцыялу, а менавіта:

(8,2-4)

Для абранай тэрмапары, калі апорная тэмпература пастаянная, агульная тэрмаэлектрарухаючая сіла становіцца адназначнай функцыяй вымяральнай канцавой тэмпературы T, гэта значыць EAB (T, T0) = f (T). Гэта асноўны прынцып вымярэння тэмпературы тэрмапарай.


Час публікацыі: 11-20-20 чэрвеня