Принцип действия

Принцип действия.

В термоэлектрических термометрах для измерения температуры используется открытое в 1921 г. Зеебеком явление термоэлектричества (эффект Зеебека). Если два проводника из разных металлических материалов А и В соединены концами в замкнутый контур (рис.1. а) и места соединений находятся при разных температурах t1 и t2, то в контуре возникает электрический ток. Оба электропроводника, называемые термоэлектродами, образуют термопару.

Одно из мест соединения, помещаемое в среду с измеряемой температурой, является рабочим концом термопары, второе, находящееся при постоянной температуре, является свободным концом термопары. Термоэлектродвижущая сила (т.э.д.с.) Е термопары с термоэлектродами А и В может быть рассчитана из алгебраической суммы эффекта Пельтье для мест контактирования А и В и эффекта Томпсона для обоих термоэлектродов А и В, если пренебречь такими необратимыми явлениями, как джоулевы потери и потери на теплопроводность.

Если в контуре, составленном из термоэлектродов А и В (см. рис. 1 б), течет ток, то при переходе электронов из одного термоэлектрода в другой они должны или затрачивать, или приобретать энергию. При этом кинетическая энергия электронов увеличивается или уменьшается, а место контакта охлаждается или нагревается. Тепловые потоки, возникающие в обоих местах контактирования термоэлектродов А и В, изменяются пропорционально току I. Тепловой поток равен, где Р – коэффициент Пельтье, зависящий от материала обоих термоэлектродов и температур t1 и t2 мест контактирования; Р имеет размерность ВТ/A=В. При прохождении тока I в контуре вследствие небольшого по величине эффекта Томпсона термоэлектроды или нагреваются, или охлаждаются, если в них есть перепад температур по сравнению, например, с наиболее высокой температурой контакта Т2. Этот тепловой поток также пропорционален току I и градиенту температур в обоих термоэлектродах и равен, где - коэффициент Томпсона, зависящий от материала электродов и от температуры Т и имеющий размерность Вт/А•К = В/К. Если рабочий конец термопары находится при температуре, а свободный – при Т, то т.э.д.с. . Она равна сумме эффектов Пельтье и Томпсона, т.е. (1а) или Отсюда следует (1б) После некоторых преобразований из (1б) можно вывести связь т.э.д.с. Е и коэффициентами Р и : (2а) (2б) Из фундаментального уравнения (2б) можно получить все термоэлектрические свойства термопары, например нелинейную зависимость температура – т.э.д.с.: Интегрированием уравнения (2б) получаем (2г) 1.1.2.2.