Теория термоэлектрических термометров. Основное уравнение ТЭП

Измерение температуры термоэлектрическими термометрами – термоэлектрическими преобразователями (ТЭП) - основано на использовании открытого в 1821 году Зеебеком термоэлектрического эффекта.

Термоэлектрический преобразователь – цепь, состоящая из двух или нескольких соединенных между собой разнородных проводников (рис. 3.1).

А, В – термоэлектроды; 1, 2 – спаи.

Рисунок 3.1- ТЭП

Эффект Зеебека: если взять два разнородных проводника, соединенных вместе, и нагреть спаи так, что t ≠ t_o, то в замкнутой цепи будет протекать электрический ток.

Если t > t_o то направление тока - такое как на рисунке 3.1 (в спае 1 от В к А).

При размыкании такой цепи на ее концах появится термоЭДС.

Спай, погружаемый в объект измерения температуры t, называют рабочим спаем, а спай - вне объекта называют свободным спаем.

Введем обозначения:

е_АВ(t) – термоЭДС в спае 1 между термоэлектродами А и В при t=t;

е_АВ(t_о) - термоЭДС в спае 2 между термоэлектродами А и В при ;

Е_АВ(t, t_о) – термоЭДС контура, состоящего из термоэлектродов А и В при температуре рабочего спая t и температуре свободного спая .

Примем, что е_АВ(t) = - е_ВА(t); е_АВ(t_о) = - е_ВА(t_о). Тогда для замкнутой цепи (см. рисунок 3.1) Е_АВ(t, t_о) = е_АВ(t) + е_ВА(t_о) или

Е_АВ(t, t_о) = е_АВ(t) - е_АВ(t_о) - основное уравнение ТЭП.

Если спаи 1 и 2 имеют одинаковые температуры (t = t_о), то контактные термоЭДС в каждом спае равны друг другу и направлены навстречу, значит термоЭДС такого контура Е_АВ(t_о, t_о) равна 0.

Е_АВ(t_о, t_о) = е_АВ(t_о) - е_АВ(t_о) = 0. Если t_о = const, то е_АВ(t_о) = С = const, тогда

. (3.2)

Если известна зависимость f(t), то путем измерения термоЭДС в контуре можно найти t в объекте измерения. Зависимость f(t) в явном виде пока не может быть получена с достаточной точностью, она устанавливается экспериментальным путем и называется градуировкой ТЭП: построение графика зависимости термоЭДС от температуры. В процессе градуировки температура свободных концов t_о = const, обычно t_о = 0 ^оС.