Načelo rada elektroničkog termometra

Termoelektrični termometar koristi termoelement kao element za mjerenje temperature za mjerenje termoelektromotorne sile koja odgovara temperaturi, a mjerač prikazuje temperaturnu vrijednost. Široko se koristi za mjerenje temperature u rasponu od -200 ℃ ~ 1300 ℃, a pod posebnim okolnostima može izmjeriti visoku temperaturu od 2800 ℃ ili nisku temperaturu od 4K. Ima karakteristike jednostavne strukture, niske cijene, visoke točnosti i širokog raspona mjerenja temperature. Budući da termoelement pretvara temperaturu u električnu za otkrivanje, prikladno je izmjeriti i kontrolirati temperaturu te pojačati i transformirati temperaturne signale. Pogodan je za mjerenje na velike udaljenosti i automatsku kontrolu. U metodi kontaktnog mjerenja temperature najčešća je primjena termoelektričnih termometara.

DS-1
(1) Princip mjerenja temperature termoelementa
Princip mjerenja temperature termoelementa temelji se na termoelektričnom efektu.
Spojite vodiče A i B od dva različita materijala u seriju u zatvorenu petlju. Kada se temperatura dva kontakta 1 i 2 razlikuju, ako je T> T0, u petlji će se stvoriti termoelektromotorna sila, a u petlji će biti određena količina. Velike i male struje, ovaj se fenomen naziva piroelektrični efekt. Ova elektromotorna sila je dobro poznata "Seebeckova termoelektromotorna sila", koja se naziva "termoelektromotorna sila", označena kao EAB, a vodiči A i B nazivaju se termoelektrodama. Kontakt 1 obično je zavaren i stavlja se na mjesto za mjerenje temperature kako bi se tijekom mjerenja osjetila izmjerena temperatura, pa se naziva mjerni kraj (ili vrući kraj radnog kraja). Spoj 2 zahtijeva stalnu temperaturu, koja se naziva referentni spoj (ili hladni spoj). Senzor koji kombinira dva vodiča i pretvara temperaturu u termoelektromotornu silu naziva se termoelement.

Termoelektromotorna sila sastoji se od kontaktnog potencijala dva vodiča (Peltierov potencijal) i potencijala temperaturne razlike pojedinog vodiča (Thomson potencijal). Veličina termoelektromotorne sile povezana je sa svojstvima dvaju vodičkih materijala i temperaturom spoja.
Gustoća elektrona unutar vodiča je različita. Kada su dva vodiča A i B s različitim gustoćama elektrona u kontaktu, na kontaktnoj površini dolazi do difuzije elektrona, a elektroni teku iz vodiča s velikom gustoćom elektrona u vodič s niskom gustoćom. Brzina difuzije elektrona povezana je s elektronskom gustoćom dvaju vodiča i proporcionalna je temperaturi kontaktnog područja. Pod pretpostavkom da su gustoće slobodnih elektrona vodiča A i B NA i NB, a NA> NB, kao rezultat difuzije elektrona, vodič A gubi elektrone i postaje pozitivno nabijen, dok vodič B dobiva elektrone i postaje negativno nabijen, tvoreći električni polje na kontaktnoj površini. Ovo električno polje koči difuziju elektrona, a kada se postigne dinamička ravnoteža, u kontaktnom području nastaje stabilna razlika potencijala, odnosno kontaktnog potencijala čija je veličina

(8,2-2)

Gdje je k – Boltzmannova konstanta, k = 1,38 × 10-23J / K;
e – količina naboja elektrona, e = 1,6 × 10-19 C;
T – Temperatura na dodirnoj točki, K;
NA, NB– su gustoća slobodnih elektrona vodiča A, odnosno B.
Elektromotorna sila generirana temperaturnom razlikom između dva kraja vodiča naziva se termoelektrični potencijal. Zbog gradijenta temperature mijenja se raspodjela energije elektrona. Visokotemperaturni (T) elektroni će se difundirati na niskotemperaturni kraj (T0), zbog čega će kraj visoke temperature biti pozitivno nabijen zbog gubitka elektrona, a kraj niske temperature negativno nabijen zbog elektrona. Stoga se razlika potencijala također generira na dva kraja istog vodiča i sprječava širenje elektrona s kraja visoke temperature na kraj niske temperature. Tada se elektroni difundiraju stvarajući dinamičku ravnotežu. Trenutno utvrđena razlika potencijala naziva se termoelektrični potencijal ili Thomson potencijal, koji je povezan s temperaturom For

(8,2-3)

JDB-23 (2)

U formuli je σ Thomson-ov koeficijent, koji predstavlja vrijednost elektromotorne sile generirane temperaturnom razlikom od 1 ° C, a njegova je veličina povezana sa svojstvima materijala i temperaturom na oba kraja.
Zatvoreni krug termoelementa sastavljen od vodiča A i B ima dva kontaktna potencijala eAB (T) i eAB (T0) na dva kontakta, a budući da je T> T0, u svakom od vodiča A i B. postoji i termoelektrični potencijal ukupna toplinska elektromotorna sila EAB (T, T0) zatvorene petlje trebala bi biti algebarski zbroj kontaktne elektromotorne sile i temperaturne razlike električnog potencijala, i to:

(8,2-4)

Za odabrani termoelement, kada je referentna temperatura konstantna, ukupna termoelektromotorna sila postaje jednoznačna funkcija temperature mjernog terminala T, odnosno EAB (T, T0) = f (T). To je osnovni princip mjerenja temperature termoelementom.


Vrijeme objavljivanja: lipanj-11-2021