Электрондук термометрдин иштөө принциби

Термоэлектрдик термометр температураны өлчөөчү элемент катары термоэлементти колдонуп, температурага жана температуранын маанисине шайкеш келген термоэлектромотордук күчтү өлчөйт. Температураны -200 ℃ ~ 1300 range диапазонунда өлчөө үчүн кеңири колдонулат жана өзгөчө шарттарда жогорку температураны 2800 ℃ же ылдый температураны 4К өлчөй алат. Бул жөнөкөй түзүлүш, арзан баа, жогорку тактык жана кең температураны өлчөө диапазонунун мүнөздөмөлөрүнө ээ. Термопар температураны аныктоо үчүн температураны электр кубатына айландыргандыктан, температураны өлчөө жана көзөмөлдөө, ошондой эле температура сигналдарын күчөтүү жана трансформациялоо ыңгайлуу. Бул аралыкты өлчөө жана автоматтык башкаруу үчүн ылайыктуу. Байланыш температурасын өлчөө ыкмасында термоэлектрдик термометрлерди колдонуу кеңири таралган.

DS-1
(1) Термопары температурасын өлчөө принциби
Термоэлементтик температураны өлчөө принциби термоэлектрдик эффектке негизделген.
Эки башка материалдын А жана В өткөргүчтөрүн катар-катар жабык циклге туташтырыңыз. Эки контакттын температурасы 1 жана 2 башкача болгондо, T> T0 болсо, циклде термоэлектромотордук күч пайда болот жана контурда белгилүү бир өлчөм болот. Чоң жана кичине агымдар, бул кубулуш Пироэлектрдик эффект деп аталат. Бул электр кыймылдаткыч күчү белгилүү "Зебек термоэлектромотордук күчү", "термоэлектромотордук күч" деп аталып, EAB деп белгиленет жана А жана В өткөргүчтөрү термоэлектроддор деп аталат. Байланыш 1 көбүнчө ширетилип, өлчөө учурунда өлчөнгөн температураны сезүү үчүн температураны өлчөөчү жерге коюлат, ошондуктан ал өлчөө аягы (же жумушчу учунун ысык учу) деп аталат. 2-өткөөл туруктуу температураны талап кылат, ал шилтеме өткөөл деп аталат (же муздак байланыш). Эки өткөргүчтү бириктирип, температураны термоэлектр кыймылдаткыч күчкө айландырган сенсор термопар деп аталат.

Термоэлектр кыймылдаткыч күчү эки өткөргүчтүн контакттык потенциалынан (Пельтье потенциалы) жана жалгыз өткөргүчтүн температуралык айырмачылык потенциалынан (Томсон потенциалы) турат. Термоэлектр кыймылдаткыч күчүнүн чоңдугу эки өткөргүч материалдын касиеттерине жана туташуу температурасына байланыштуу.
Өткөргүчтүн ичиндеги электрон тыгыздыгы ар башка. Ар кандай электрондук тыгыздыктагы А жана В өткөргүчтөрү байланышта болгондо, байланыш бетинде электрондордун диффузиясы пайда болот жана электрондор тыгыздыгы жогору өткөргүчтөн тыгыздыгы аз өткөргүчкө агат. Электрондордун диффузиясынын ылдамдыгы эки өткөргүчтүн электрондук тыгыздыгына байланыштуу жана байланыш аймагынын температурасына пропорционалдуу. А жана В өткөргүчтөрүнүн эркин тыгыздыгы NA жана NB, ал эми NA> NB деп эсептесек, электрон диффузиясынын натыйжасында А өткөргүч электрондорду жоготуп, оң заряддуу болот, ал эми B өткөргүчтөрү электрондорду пайда кылып, терс заряддалат. байланыш бетиндеги талаа. Бул электр талаасы электрондордун диффузиясына тоскоол болот жана динамикалык тең салмактуулукка жеткенде, байланыш аймагында туруктуу потенциалдар айырмасы пайда болот, башкача айтканда чоңдугу болгон байланыш потенциалы

(8.2-2)

K – Больцмандын туруктуусу, k = 1,38 × 10-23J / K;
e - электрон зарядынын көлөмү, e = 1,6 × 10-19 C;
T – Байланыш түйүнүндөгү температура, K;
NA, NB– тиешелүүлүгүнө жараша А жана В өткөргүчтөрүнүн эркин электрондук тыгыздыгы.
Өткөргүчтүн эки учунун температура айырмасынан келип чыккан электр кыймылдаткыч күчү термоэлектрдик потенциал деп аталат. Температура градиентине байланыштуу электрондордун энергия бөлүштүрүлүшү өзгөрөт. Жогорку температура аягы (T) электрондору төмөнкү температурага чейин (T0) чачырап кетишет, натыйжада электрондордун жоголушунан улам жогорку температура аягы оң заряддалат, ал эми төмөнкү температура аягы терс заряддарды алат. Демек, бир өткөргүчтүн эки учунда дагы потенциалдар айырмасы пайда болот жана электрондордун жогорку температура чегинен төмөнкү температура учуна чейин жайылышына жол бербейт. Андан кийин электрондор таркап, динамикалык тең салмактуулукту түзөт. Ушул мезгилде орнотулган потенциалдар айырмасы For температурасы менен байланышкан термоэлектрикалык потенциал же Томсон потенциалы деп аталат

(8.2-3)

JDB-23 (2)

Формулада σ - Томсон коэффициенти, ал температуранын 1 ° C айырмачылыгы менен пайда болгон электр кыймылдаткыч күчүнүн маанисин билдирет жана анын чоңдугу материалдык касиеттерге жана эки четиндеги температурага байланыштуу.
А жана В өткөргүчтөрүнөн турган термопара жабык схемасы эки контактта eAB (T) жана eAB (T0) эки байланыш потенциалына ээ, жана T> T0 болгондуктан, А жана В өткөргүчтөрдүн ар биринде термоэлектрдик потенциал бар. Ошондуктан, жабык циклдин жалпы жылуулук электр кыймылдаткыч күчү EAB (T, T0) контакттык электр кыймылдаткыч күчүнүн жана температуралык айырма электр потенциалынын алгебралык суммасы болушу керек, атап айтканда:

(8.2-4)

Тандалган термопара үчүн, эталондук температура туруктуу болгондо, жалпы термоэлектромотордук күч T өлчөө температурасынын бирдиктүү функциясы болуп калат, башкача айтканда, EAB (T, T0) = f (T). Бул температураны өлчөөчү термопардын негизги принциби.


Билдирүү убактысы: Июнь-11-2021