Elektroniskā termometra darbības princips

Termoelektriskais termometrs izmanto termopāri kā temperatūras mērīšanas elementu, lai izmērītu temperatūrai atbilstošu termoelektromotoru un temperatūras vērtību parāda mērītājs. To plaši izmanto temperatūras mērīšanai diapazonā no -200 ℃ ~ 1300 ℃, un īpašos apstākļos tas var izmērīt augsto temperatūru 2800 ℃ vai zemo 4K temperatūru. Tam ir vienkāršas struktūras, zemas cenas, augstas precizitātes un plaša temperatūras mērīšanas diapazona īpašības. Tā kā termoelements pārvērš temperatūru elektrībā, lai to noteiktu, ir ērti izmērīt un kontrolēt temperatūru, kā arī pastiprināt un pārveidot temperatūras signālus. Tas ir piemērots tālsatiksmes mērīšanai un automātiskai kontrolei. Kontakta temperatūras mērīšanas metodē termoelektrisko termometru pielietošana ir visizplatītākā.

DS-1
(1) Termopāra temperatūras mērīšanas princips
Termopāra temperatūras mērīšanas princips ir balstīts uz termoelektrisko efektu.
Savienojiet divu dažādu materiālu virknes A un B slēgtā kontūrā. Kad abu kontaktu 1 un 2 temperatūra ir atšķirīga, ja T> T0, cilpā tiks ģenerēts termoelektromotors, un cilpā būs noteikts daudzums. Lielas un mazas strāvas, šo parādību sauc par piroelektrisko efektu. Šis elektromotora spēks ir plaši pazīstamais “Seebeck termoelektromotora spēks”, kas apzīmēts kā “termoelektromotora spēks”, apzīmēts kā EAB, un vadītājus A un B sauc par termoelektrodiem. Kontakts 1 parasti tiek sametināts kopā, un tas tiek ievietots temperatūras mērīšanas vietā, lai mērīšanas laikā sajustu izmērīto temperatūru, tāpēc to sauc par mērīšanas galu (vai darba gala karsto galu). 2. krustojumam ir nepieciešama nemainīga temperatūra, ko sauc par atskaites krustojumu (vai auksto krustojumu). Sensoru, kas apvieno divus vadītājus un pārveido temperatūru par termoelektromotoru, sauc par termopāri.

Termoelektromotora spēku veido divu vadītāju kontakta potenciāls (Peltjē potenciāls) un viena vadītāja temperatūras starpības potenciāls (Tomsona potenciāls). Termoelektromotora spēka lielums ir saistīts ar divu vadītāju materiālu īpašībām un savienojuma temperatūru.
Elektrona blīvums vadītāja iekšienē ir atšķirīgs. Kad saskaras divi vadītāji A un B ar dažādu elektronu blīvumu, uz kontakta virsmas notiek elektronu difūzija, un elektroni plūst no vadītāja ar lielu elektronu blīvumu uz vadītāju ar mazu blīvumu. Elektronu difūzijas ātrums ir saistīts ar divu vadītāju elektronu blīvumu un ir proporcionāls kontakta laukuma temperatūrai. Pieņemot, ka vadītāju A un B brīvie elektronu blīvumi ir NA un NB, un NA> NB, elektronu difūzijas rezultātā vadītājs A zaudē elektronus un kļūst pozitīvi uzlādēts, savukārt vadītājs B iegūst elektronus un negatīvi lādējas, veidojot elektrisko lauks uz kontakta virsmas. Šis elektriskais lauks kavē elektronu difūziju, un, sasniedzot dinamisko līdzsvaru, kontakta zonā veidojas stabila potenciāla starpība, tas ir, kontakta potenciāls, kura lielums ir

(8.2–2)

Kur k – Boltzmana konstante, k = 1,38 × 10-23J / K;
e – elektronu lādiņa daudzums, e = 1,6 × 10-19 C;
T – temperatūra kontaktpunktā, K;
NA, NB– ir attiecīgi vadītāju A un B brīvo elektronu blīvums.
Elektromotora spēku, ko rada temperatūras starpība starp diviem vadītāja galiem, sauc par termoelektrisko potenciālu. Temperatūras gradienta dēļ tiek mainīts elektronu enerģijas sadalījums. Augstas temperatūras gala (T) elektroni difundē līdz zemās temperatūras galam (T0), izraisot augstās temperatūras gala pozitīvu uzlādi elektronu zuduma dēļ, un zemās temperatūras galu negatīvu uzlādi elektronu ietekmē. Tāpēc potenciāla starpība tiek ģenerēta arī viena un tā paša vadītāja divos galos un novērš elektronu izplatīšanos no augstas temperatūras gala līdz zemas temperatūras galam. Tad elektroni izkliedējas, veidojot dinamisku līdzsvaru. Šajā laikā izveidoto potenciālo starpību sauc par termoelektrisko potenciālu vai Tomsona potenciālu, kas ir saistīts ar temperatūru For

(8.2-3)

JDB-23 (2)

Formulā σ ir Tomsona koeficients, kas atspoguļo elektromotora spēka vērtību, ko rada temperatūras starpība 1 ° C, un tā lielums ir saistīts ar materiāla īpašībām un temperatūru abos galos.
Termopāra slēgtajai ķēdei, kas sastāv no vadītājiem A un B, ir divi kontakta potenciālie eAB (T) un eAB (T0) pie diviem kontaktiem, un tāpēc, ka T> T0, katrā no A un B vadītājiem ir arī termoelektriskais potenciāls. kopējam slēgtās cilpas siltuma elektromotora spēkam EAB (T, T0) jābūt kontaktelektromotora spēka un temperatūras starpības elektriskā potenciāla algebriskajai summai, proti:

(8.2–4)

Atlasītajai termopārai, kad atskaites temperatūra ir nemainīga, kopējais termoelektromotora spēks kļūst par vienvērtīgu mērīšanas termināla temperatūras T funkciju, tas ir, EAB (T, T0) = f (T). Tas ir termopāra temperatūras mērīšanas pamatprincips.


Izlikšanas laiks: jūnijs-11-2021