Принцип действия. Термопара представляет собой цепь, состоящую из двух соединен- ных между собой разнородных проводников Аи В(рис.2.7)

Термопара представляет собой цепь, состоящую из двух соединен- ных между собой разнородных проводников А и В (рис.2.7). Эти провод- ники называются термоэлектродами, места соединения термоэлектродов

– спаями. Спай с температурой t, погружаемый в измеряемую среду, на-

t 0 зывается рабочим (измерительным) спаем термопары, второй спай с температурой t0 но- сит название свободного (соединительного).

Зеебеком было установлено, что если температуры t0 и t не равны, то в такой цепи

_

A В будет протекать электрический ток It. Направ-

+

ление тока зависит от разности температур

It спаев. При размыкании такой цепи на концах может быть измерена термо-ЭДС. Этот эф- фект обладает и обратным действием, т.е. ес-

t ли через такую цепь пропустить электриче-

 

Рис. 2.7. Схема контура термопары

ский ток, то в зависимости от направления то-

ка один из спаев будет нагреваться, а другой охлаждаться (эффект Пельтье).

Возникновение термотоков объясняется следующим: при соедине- нии одинаково нагретых концов двух проводников из разнородных мате- риалов, из которых в первом количество свободных электронов в единице объема больше, чем во втором, последние будут диффундировать из пер- вого проводника во второй в большем числе, чем обратно. Таким образом, первый проводник станет заряжаться положительно, а второй – отрица- тельно. Образующееся при этом в месте соединения проводников электри- ческое поле будет противодействовать этой диффузии, в результате чего наступит состояние подвижного равновесия, при котором между свобод- ными концами указанных проводников появится некоторая разность по- тенциалов (термо-ЭДС). С увеличением температуры проводников значе- ние этой термо-ЭДС также увеличивается. Кроме того, термо-ЭДС возни- кает и между концами однородного проводника, имеющими разные темпе- ратуры. В этом случае до наступления состояния подвижного равновесия положительно заряжается более нагретый конец проводника как обладаю- щий большей концентрацией свободных электронов по сравнению с кон- цом, менее нагретым. Возрастание разности температур между концами проводника приводит к увеличению возникающей в нем термо-ЭДС.

Так два этих фактора – контактная разность потенциалов и диффузия электронов – являются слагаемыми результирующей термо-ЭДС цепи, значение которой зависит от природы термоэлектродов и разности темпе- ратур спаев ТЭП.

В замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, при равенстве температур спаев (t = t0) термоток It равен нулю. Таким образом, если спаи имеют одну и ту же температуру (t0), то контактные ЭДС в каж- дом спае равны между собой и направлены навстречу друг другу. Резуль- тирующая термо-ЭДС контура в этом случае будет равна:

ЕАВ(t0,t0) = eАВ(t0) – eАВ(t0) = 0

или с учетом того, что еАВ(t0) = – eВА(t0),

ЕАВ(t0,t0) = eАВ(t0) + eВА(t0) = 0,

т.е. результирующая термо-ЭДС контура равна арифметической сумме контактных термо-ЭДС (очередность записи термоэлектродов соответст- вует направлению обхода контура).

Для замкнутой цепи

ЕАВ(t,t0)=eАВ(t) + eВА(t0), или ЕАВ(t,t0) = eАВ(t) – eАВ(t0). (2.13)

Уравнение (2.13) называют основным уравнением ТЭП. Из него сле- дует, что возникающая в контуре термо-ЭДС зависит от разности функций температур t и t0. Если сделать температуру свободных концов постоянной

t0 = const, то

eАВ(t0)=С=const и EАВ(t,t0)=eAВ(t) – С=f(t).

При известной зависимости E(t,t0)=f(t) путем измерения термо-ЭДС

может быть найдена температура t, если t0=const.

В настоящее время нет приемлемой теории, способной предсказать зависимость E(t,t0)=f(t) в явном виде, что затрудняет градуировку ТЭП. При измерении температуры t для различных ТЭП эта зависимость опре- деляется экспериментально путем градуировки и построения зависимости термо-ЭДС от измеряемой температуры. При градуировке температура t0=const. Ее значение в РФ стандартизировано, t0 = 00С. На практике для различных ТЭП обычно используют стандартные градуировочные таблицы (см. Приложение 3).