Термоэлектрические средства измерений температуры

Работа термоэлектрического преобразователя (ТЭП) основана на использовании термоэлектрического эффекта, который проявляется в том, что при нагревании спая из двух электродов, изготовленных из различных металлов или полупроводников, на свободных концах этих электродов возникает электродвижущая сила, которую называ­ют термоэлектродвижущей силой (ТЭДС), или при замыкании сво­бодных концов электродов по образовавшемуся контуру протекает электрический ток.

В измерительной технике в настоящее время используют ТЭП с металлическими электродами. Их также называют термоэлектриче­скими термометрами или термопарами.

Рабочий спай t

Свободный спай а

HV

ИУ

ИУ

Рис. 5.3. Схемы и статическая характеристика термоэлектрических преобразова­телей:

а — простейший ТЭП; б — статическая характеристика ТЭП; в, г — схемы подключения измеритель- | юго устройства к ТЭП; д — схема подключения ТЭП к измерительному устройству с помощью удли- I ні ющих термокомпенсационных проводников; е — схема дифференциального ТЭП; ж — схема бата­реи ТЭП; 7 —рабочий спай ТЭП; 2,3— свободные спаи ТЭП; 4, 5—дополнительные спаиТЭП

Схема простейшего ТЭП показана на рис. 5.3, а. Он состоит из электродов Ли5и двух спаев, температура которых в общем случае различна.

Возникновение ТЭДС или электрического тока в металлических ТЭП объясняется тем, что в различных металлах имеется различная концентрация свободных электродов, поэтому при соприкосновении двух различных металлов возникает контактная разность потенциа­лов, значение которой изменяется при изменении температуры. При этом электрод из металла с большей концентрацией свободных элек­тронов считается положительным (или термоположительным), а электрод с меньшей концентрацией свободных электронов — отри­цательным (или термоотрицательным). Кроме контактной разности потенциалов при различных температурах спаев ТЭП за счет увеличе­ния концентрации электронов в концах электродов, находящихся в нагретом спае, происходит их диффузия вдоль электродов от горячих концов спаев к холодным. В результате возникает разность потенциа­лов между концами этих проводников.

Результирующая ТЭДС в контуре ТЭП (см. рис. 5.3, а) описывает­ся выражением

Еав(Мо) ⁼ e_AB(t) — e_AB(t₀), (5.1)

где e_AB{t) и e_AB(t₀) — ТЭДС, возникающие соответственно в рабочем и свободном спаях ТЭП.

При записи выражения (5.1) принято, что электрод А является термоположительным, поэтому во всех индексах для ТЭДС он напи­сан первым. Уравнение (5.1) называют основным уравнением сигна­ла ТЭП. Из данного уравнения следует, что возникающая в контуре ТЭДС зависит от двух температур, а если поддерживать одну из этих температур, например t₀, постоянной, то возникающая ТЭДС E_AB(t) является функцией только одной температуры:

E_AB(t) ⁼ є_АВ(ї) — е