Principiul de funcționare al termometrului electronic

Termometrul termoelectric folosește un termocuplu ca element de măsurare a temperaturii pentru a măsura forța termoelectromotivă corespunzătoare temperaturii și valoarea temperaturii este afișată de contor. Este utilizat pe scară largă pentru a măsura temperatura în intervalul de -200 ℃ ~ 1300 ℃ și, în circumstanțe speciale, poate măsura temperatura ridicată de 2800 ℃ sau temperatura scăzută de 4K. Are caracteristicile unei structuri simple, preț scăzut, precizie ridicată și o gamă largă de măsurare a temperaturii. Deoarece termocuplul convertește temperatura în energie electrică pentru detectare, este convenabil să măsurați și să controlați temperatura și să amplificați și să transformați semnalele de temperatură. Este potrivit pentru măsurarea pe distanțe lungi și control automat. În metoda de măsurare a temperaturii de contact, aplicarea termometrelor termoelectrice este cea mai frecventă.

DS-1
(1) Principiul de măsurare a temperaturii termocuplului
Principiul măsurării temperaturii termocuplului se bazează pe efectul termoelectric.
Conectați conductorii A și B din două materiale diferite în serie într-o buclă închisă. Când temperatura celor două contacte 1 și 2 sunt diferite, dacă T> T0, va fi generată o forță termoelectromotivă în buclă și va exista o anumită cantitate în buclă. Curenți mari și mici, acest fenomen se numește efect piroelectric. Această forță electromotivă este binecunoscuta „forță termoelectromotivă Seebeck”, denumită „forță termoelectromotivă”, denumită EAB, iar conductorii A și B sunt numiți termoelectrozi. Contactul 1 este de obicei sudat împreună și este plasat în locul de măsurare a temperaturii pentru a simți temperatura măsurată în timpul măsurării, deci se numește capătul de măsurare (sau capătul fierbinte al capătului de lucru). Joncțiunea 2 necesită o temperatură constantă, care se numește joncțiune de referință (sau joncțiune rece). Un senzor care combină doi conductori și convertește temperatura în forță termoelectromotivă se numește termocuplu.

Forța termoelectromotivă este compusă din potențialul de contact a doi conductori (potențialul Peltier) și diferența de temperatură a potențialului unui singur conductor (potențialul Thomson). Mărimea forței termoelectromotive este legată de proprietățile celor două materiale conductoare și de temperatura de joncțiune.
Densitatea electronilor din interiorul conductorului este diferită. Când doi conductori A și B cu densități de electroni diferite sunt în contact, difuzia de electroni are loc pe suprafața de contact, iar electronii curg din conductorul cu densitate mare de electroni în conductorul cu densitate mică. Rata de difuzie a electronilor este legată de densitatea electronică a celor doi conductori și este proporțională cu temperatura zonei de contact. Presupunând că densitățile de electroni liberi ale conductorilor A și B sunt NA și NB, iar NA> NB, ca rezultat al difuziei electronice, conductorul A pierde electroni și devine încărcat pozitiv, în timp ce conductorul B câștigă electroni și devine încărcat negativ, formând un electric câmp pe suprafața de contact. Acest câmp electric împiedică difuzia electronilor și, atunci când se atinge echilibrul dinamic, se formează o diferență de potențial stabilă în zona de contact, adică potențialul de contact, a cărui magnitudine este

(8.2-2)

Unde constanta lui k – Boltzmann, k = 1,38 × 10-23J / K;
e – cantitatea de încărcare a electronilor, e = 1,6 × 10-19 C;
T – Temperatura la punctul de contact, K;
NA, NB– sunt densitățile de electroni liberi ale conductorilor A și respectiv B.
Forța electromotivă generată de diferența de temperatură dintre cele două capete ale conductorului se numește potențial termoelectric. Datorită gradientului de temperatură, distribuția energiei electronilor este modificată. Electronii cu capăt de temperatură ridicată (T) vor difuza la capătul de temperatură scăzută (T0), determinând încărcarea pozitivă a capătului de temperatură ridicată din cauza pierderii de electroni, iar capătul de temperatură scăzută să fie încărcat negativ din cauza electronii. Prin urmare, o diferență de potențial este generată și la cele două capete ale aceluiași conductor și împiedică răspândirea electronilor de la capătul de temperatură ridicată la capătul de temperatură scăzută. Apoi electronii difuzează pentru a forma un echilibru dinamic. Diferența de potențial stabilită în acest moment se numește potențial termoelectric sau potențial Thomson, care este legat de temperatura For

(8.2-3)

JDB-23 (2)

În formulă, σ este coeficientul Thomson, care reprezintă valoarea forței electromotoare generate de o diferență de temperatură de 1 ° C, iar magnitudinea sa este legată de proprietățile materialului și de temperatura de la ambele capete.
Circuitul închis al termocuplului compus din conductori A și B are două potențiale de contact eAB (T) și eAB (T0) la cele două contacte și, deoarece T> T0, există, de asemenea, un potențial termoelectric în fiecare dintre conductorii A și B. Prin urmare, forța electromotivă termică totală EAB (T, T0) a buclei închise ar trebui să fie suma algebrică a forței electromotoare de contact și diferența de temperatură a potențialului electric, și anume:

(8.2-4)

Pentru termocuplul selectat, când temperatura de referință este constantă, forța termoelectromotivă totală devine o funcție cu o singură valoare a temperaturii terminale de măsurare T, adică EAB (T, T0) = f (T). Acesta este principiul de bază al termocuplului de măsurare a temperaturii.


Ora postării: 11 iunie - 2121