Princip fungování elektronického teploměru

Termoelektrický teploměr používá termočlánek jako prvek pro měření teploty k měření termoelektromotorické síly odpovídající teplotě a hodnota teploty je zobrazena měřičem. Je široce používán k měření teploty v rozsahu -200 ℃ ~ 1300 ℃ a za zvláštních okolností může měřit vysokou teplotu 2800 ℃ nebo nízkou teplotu 4K. Má vlastnosti jednoduché struktury, nízké ceny, vysoké přesnosti a širokého rozsahu měření teploty. Protože termočlánek pro detekci převádí teplotu na elektřinu, je vhodné měřit a regulovat teplotu a zesilovat a transformovat teplotní signály. Je vhodný pro měření na dlouhé vzdálenosti a automatické ovládání. V metodě kontaktního měření teploty je aplikace termoelektrických teploměrů nejběžnější.

DS-1
(1) Princip měření teploty termočlánku
Princip měření teploty termočlánku je založen na termoelektrickém jevu.
Připojte vodiče A a B ze dvou různých materiálů do série do uzavřené smyčky. Když se teplota dvou kontaktů 1 a 2 liší, je-li T> T0, bude ve smyčce generována termoelektromotorická síla a ve smyčce bude určité množství. Velké a malé proudy, tento jev se nazývá pyroelektrický jev. Tato elektromotorická síla je známá „Seebeckova termoelektromotorická síla“, označovaná jako „termoelektromotorická síla“, označovaná jako EAB, a vodiče A a B se nazývají termoelektrody. Kontakt 1 je obvykle svařen dohromady a je umístěn na místě měření teploty, aby během měření cítil měřenou teplotu, takže se nazývá měřicí konec (nebo horký konec pracovního konce). Spoj 2 vyžaduje konstantní teplotu, která se nazývá referenční spoj (nebo studený spoj). Senzor, který kombinuje dva vodiče a převádí teplotu na termoelektromotorickou sílu, se nazývá termočlánek.

Termoelektromotorická síla se skládá z kontaktního potenciálu dvou vodičů (Peltierův potenciál) a potenciálu teplotního rozdílu jednoho vodiče (Thomsonův potenciál). Velikost termoelektromotorické síly souvisí s vlastnostmi dvou vodičových materiálů a teplotou spojení.
Hustota elektronů uvnitř vodiče je jiná. Když jsou dva vodiče A a B s různými hustotami elektronů v kontaktu, dochází k difuzi elektronů na kontaktní ploše a elektrony proudí z vodiče s vysokou hustotou elektronů do vodiče s nízkou hustotou. Rychlost difúze elektronů souvisí s hustotou elektronů dvou vodičů a je úměrná teplotě kontaktní oblasti. Za předpokladu, že hustoty volných elektronů vodičů A a B jsou NA a NB a NA> NB, v důsledku difúze elektronů ztratí vodič A elektrony a stane se kladně nabitým, zatímco vodič B získá elektrony a stane se záporně nabitým a vytvoří elektrický pole na kontaktní ploše. Toto elektrické pole brání difúzi elektronů a při dosažení dynamické rovnováhy se v kontaktní oblasti vytvoří stabilní potenciální rozdíl, tj. Kontaktní potenciál, jehož velikost je

(8.2-2)

Kde k – Boltzmannova konstanta, k = 1,38 × 10-23 J / K;
e - množství elektronového náboje, e = 1,6 × 10-19 C;
T – Teplota v kontaktním bodě, K;
NA, NB– jsou volné hustoty elektronů vodičů A a B.
Elektromotorická síla generovaná teplotním rozdílem mezi dvěma konci vodiče se nazývá termoelektrický potenciál. Díky teplotnímu gradientu se mění distribuce energie elektronů. Elektrony s vysokou teplotou (T) budou difundovat na konec s nízkou teplotou (T0), což způsobí, že konec s vysokou teplotou bude kladně nabit v důsledku ztráty elektronů a konec s nízkou teplotou bude záporně nabit v důsledku elektronů. Proto se na obou koncích stejného vodiče vytváří také potenciální rozdíl, který zabraňuje šíření elektronů z konce s vysokou teplotou na konec s nízkou teplotou. Poté elektrony difundují a vytvářejí dynamickou rovnováhu. Potenciální rozdíl zjištěný v této době se nazývá termoelektrický potenciál nebo Thomsonův potenciál, který souvisí s teplotou For

(8,2-3)

JDB-23 (2)

Ve vzorci je σ Thomsonův koeficient, který představuje hodnotu elektromotorické síly generovanou teplotním rozdílem 1 ° C a jeho velikost souvisí s vlastnostmi materiálu a teplotou na obou koncích.
Uzavřený obvod termočlánku složený z vodičů A a B má na obou kontaktech dva kontaktní potenciály eAB (T) a eAB (T0), a protože T> T0, existuje také termoelektrický potenciál v každém z vodičů A a B. celková tepelná elektromotorická síla EAB (T, T0) uzavřené smyčky by měla být algebraickým součtem kontaktní elektromotorické síly a teplotního rozdílu elektrického potenciálu, a to:

(8,2-4)

U vybraného termočlánku, když je referenční teplota konstantní, se celková termoelektromotorická síla stane funkcí jedné hodnoty teploty měřicí svorky T, tj. EAB (T, T0) = f (T). Toto je základní princip měření teploty termočlánkem.


Čas zveřejnění: červen-11-2021