ТермоЭДСпреобразователи (термопары)

 

Тепловые преобразователи служат для преобразования температуры в электрический сигнал. Принцип действия базируется на эффекте возникновения разности потенциалов по обе стороны от границы контакта двух проводников (полупроводников), изготовленных из различных материалов.

Механизм возникновения разности потенциалов по обе стороны от границы контактов проводников объясняется различием в плотностях электронного газа этих проводников (рис. 2.1).

Рисунок 2.1

 

Проводник 1 имеет большую плотность электронного газа, чем проводник 2.

В этом случае из проводника 1 будет осуществляться переход электронов в объем проводника 2. Проводник 2 приобретает отрицательный заряд, а проводник 1– положительный. Переход электронов из области 1 в область 2 будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле определенной напряженности не остановит процесс.

На практике обычно измеряют разницу разности потенциалов (на границе) как минимум для двух границ раздела проводников. В дальнейшем границы раздела двух проводников будем называть спаями. Любой термоЭДС-преобразователь должен иметь как минимум два спая. Спай, воспринимающий измеряемую температуру, называется горячим или рабочим спаем. Другой спай называется холодным или опорным.

Контактные разности потенциалов образуются в точках 1 и 2 (рис. 2.2). Если , то они равны между собой и, будучи противоположно направленными, взаимно уравновешиваются. Если же , то в цепи развивается результирующая ЭДС:

называемая термоэлектродвижущей силой (термоЭДС).

 

Рисунок 2.2

 

Для того, чтобы осуществить замеры ТЭДС, обычно включают измерительный прибор в разрыв цепи (рис. 2.3).

 

1-2 –спаи термопары; 3-4 –спаи, которые возникли в местах соединения линии с проводниками термопары; 5-6 – спаи, которые возникли в местах соединения линий и  клемм прибора                                                             Рисунок 2.3

 

Методика определения величины ТЭДС термоэлектрических преобразователей на основе термопар

 

Рассмотрим несколько вариантов схем.

1. Места соединения рассматриваются как спаи.

 

Рисунок 2.4

 

       Прежде чем переходить к расчету данной термопары рассмотрим вспомогательный вариант.

       Обеспечить опорную температуру можно различными способами. Один из них – поместить спай в термостат. Другой способ – использование эбулиоскопической точки – точки кипения жидкости (между паром и жидкостью) либо криоскопической точки – точки, при которой вещество находится одновременно в трех состояниях (кристалл, жидкость, пар)

 

Рисунок 2.5

 

ЭДС каждого спая принято обозначать е, ЭДС всей термопары – Е.

Общая ЭДС:

.                                            

 

Если , то , так как .

 

Применительно к рисунку 2.5 запишем:

 

.                            

 

Будем считать, что Т всех спаев равна , тогда

 

                                                  

 

       

           

       ,      

то есть данная термопара эквивалентна термопаре из двух проводников А и В. Однако в данном случае имеется возможность измерения, в первом случае такой возможности нет.

 

2. Далее рассмотрим следующий вариант схемы:

1 – рабочий спай; 2 – опорный спай; 3,4 – спаи, образованные присоединительными проводниками Рисунок 2.6

 

Общая запись ТЭДС, учитывая рассмотренные выше соотношения:

 

     ,                                                       

то есть данная цепь эквивалентна термопаре из двух спаев, температуры которых – рабочая и опорная.

 

3.Выше был рассмотрен аналогичный вариант, однако в этом случае имеем две разные температуры  и .

 

С – присоединительный провод                                                 Рисунок 2.7

 

  .

 

Если , то .

Общая запись ТЭДС, учитывая рассмотренные выше соотношения:

 

.                        

 

Равенство температур  обеспечивается, если проводники А и В находятся близко друг к другу и они помещены в малый объем.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: