Термоэлектрические термометры

°Термоэлектрический эффект — основан на том, что в замкнутой цепи термоэлектрического преобразователя (термопары), состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает ток, если хотя бы 2 места соединения (т.е. спаи) имеют разные температуры. 

ТЭТ

 

Если nea > neb

Спай, имеющий температуру t — называется рабочим; имеющий температуру t0 — свободным.

Проводники A и B — это термоэлектроды.

 

 

Термоэлектрический эффект объясняется тем, что в металле существуют свободные электроды, концентрация которых в разных металлах различна. При температуре t электроны из термоэлектрода A диффундируют в B в большей степени, чем из B в A. Металл А заряжается положительно, а B — отрицательно. Электрическое поле, возникающее в месте сопрокосновения проводников, препятствует диффузии электронов. При усилении электрического поля увеличивается скорость диффузии электронов из B в A. В некоторый момент наступает равновесие, которое характеризуется разностью потенциалов между проводниками A и B. До сих пор остается неизученной количественная теория термоэлектрического эффекта, поэтому характеристики термопары определяются экспериментальным путем.

Для включения измерительного прибора необходимо разорвать электрическую цепь, ее разрыв производят в спае, находящемся при температуре t0.

Результатом такого разрыва цепи является то, что к разорванным концам можно подключать измерительные приборы или электронные схемы.

ТЭП (термоэлектрические преобразователи) градуируют при температуре t0 (обычно это 0°С). Характеристика ТЭП нелинейна.

В случае, если разорванный спай находится при температуре t0, отличной от 0°С, производят поправку на температуру свободных концов термопары (либо с помощью специального электронного блока, либо с помощью таблиц).

 

Материалы термопреобразователей (ТЭП)

Только лишь в парах платинородий (10%) — платина описываются зависимостью термоЭДС от температуры:

E (t) = a +bt + ct2

t — температура в градусах Цельсия;
a, b, с — константы, определяемые по температуре затвердевания Sb, Ag и Au.

Существует 5 типов термоэлектрических пар:

  1. Платинородий (90% Pt и 10% Ro) — платина, тип ТПП.
    Являются эталонными, образцовыми и могут быть рабочими. При правильной эксплуатации термопары ТПП сохраняют постоянство градуировки в течение длительного времени. Недостаток ТПП: маленькая термоЭДС.
  2. Платинородий (30% Ro) — платинородий (6% Ro), тип ТПР.
    Развивает очень маленькую термоЭДС (при 1200° примерно 6,5 мВ), поэтому не требует поправки на температуру свободных концов.
  3. Хромельалюминиевые, тип ТХА.
    94% Ni + 2% Al + 2,5% Mn + 1% Si
    Такими тэп измеряют температуру до 3200°.
  4. Хромелькапелевые, тип ТХК.
    56% Cu + 44% Ni
    Обладают наибольшей термоЭДС (для 400°С примерно 35 мВ). Применяют при измерениях температуры от 0 до 300°С.
  5. Вольфрамреневые, тип ТВР.
    5% Re в одном электроде, 10% Re — в другом.
    Измеряют температуру до 2300°С.

Могут быть изготовлены нестандартные термопары, требующие индивидуальной градуировки. Например, In-Sb, Zn-Sb.