ellspacing=0>
Рис.1. Ефект Зеєбека (а) і Пельтьє (б): а - термоконтур з термоелектродов А і В;
би - термоконтур з джерелом струму;
t 1 і t 2 - температури спаїв В В В В В t 1 2
Тепловий потік дорівнює, де Р - коефіцієнт Пельтьє, що залежить
від матеріалу обох термоелектродов і температур t 1 і t 2 місць контактування; Р має розмірність ВТ/A = В.
При проходженні струму I в контурі внаслідок невеликого за величиною ефекту Томпсона термоелектроди або нагріваються, або охолоджуються, якщо в них есть перепад температур у порівнянні, наприклад, з найбільш високою
температурою контакту Т 2 . Цей тепловий потік також пропорційний струму I і градієнту температур в обох термоелектродах і дорівнює, де - коефіцієнт Томпсона, залежить від матеріалу електродів і від температури Т і має розмірність Вт/А В· К = В/К.
Якщо робочий кінець термопари знаходиться при температурі, а вільний - при Т, то т.е.д.с. . Вона дорівнює сумі ефектів Пельтьє і Томпсона, тобто
(1а)
або
Звідси випливає
(1б)
Після деяких перетворень з (1б) можна вивести зв'язок т.е.д.с. Е і коефіцієнтами Р і:
(2а)
(2б)
З фундаментального рівняння (2б) можна отримати всі термоелектричні властивості термопари, наприклад нелінійну залежність температура - т.е.д.с.:
Інтегруванням рівняння (2б) отримуємо
(2г)
1.1.2.2. Загальні вимоги до матеріалів для термоелектричних термометрів
Для зручності вимірювань температури за допомогою термопар бажано, щоб т.е.д.с. була досить великий і щоб електроопір термопари було не надто високим. У цьому випадку можна вимірювати температуру без особливих додаткових пристроїв, таких як підсилювач, а також на досить великій відстані між термопарою і вимірювальним пристроєм. Крім того, характеристика термопари повинна бути лінійною, а діапазон застосування термопари можливо більш широким.
Матеріали для термопар повинні мати можливо більш високу точку плавлення, має бути можливим виготовлення їх в достатній кількості і стабільної якості, термопари повинні легко оброблятися для отримання потрібної форми (лента. дріт). У матеріалі термоелектродов в робочому діапазоні температур не має відбуватися алотропічних перетворень, що викликають стрибкоподібні зміни т.е.д.с. Термоелектродах повинні володіти достатньою корозійної стійкістю і бути стійкими проти окисного і відновлювального дії середовища; в процесі окалинообразования або охрупчивания не повинні змінюватися їх термоелектричні властивості. Легуючі елементи, що входять до склад сплаву, не повинні дифундувати назовні в результаті селективного окислення або випаровуватися при високій температурі. Якщо ці умови виконуються протягом тривалого терміну експлуатації, то отримують рівномірну і стабільну залежність т.е.д.с. від температури. При цьому значення т.е.д.с. термопар під всьому робочому діапазоні лежать в межах допустимих похибок.
Крім того, необхідно звертати увагу на те, щоб т.е.д.с. можливо менше змінювалася при механічному навантаженні термопари, такому як розтягнення, вигин, зминання. На властивість термоелектродов особливо сильно впливає холодна деформація. Тому для досягнення сталості т.е.д.с. термоелектроди або термопари часто стабілізують електронагрівом при досить високій температурі.
При тривалих високотемпературних вимірюваннях температури робочого кінця і прилеглих частин термоелектродов приблизно рівні. Відбуваються в цих зонах зміни хімічного складу термоелектродов не позначаються на т.е.д.с. Точно також зміни складу сплавів на робочому кінці термопари через пайки або зварювання термоелектродов не впливає на вимірювання (закон проміжного провідника).
1.1.2.3. Принципи виміру температури за допомогою термоелектричного термометра
1. За законом гомогенного контуру в замкнутому контурі, що складається
з одного гомогенного провідника, струм відсутній, навіть якщо окремі перерізу провідника мають різні температури. Звідси випливає: в контурі з двох різних термоелектродов, місця контактування яких мають різну температуру, т.е.д.с. не залежить від розподілу температури вздовж термоелектродов.
2. За законом проміжного провідника сума напружень в
контурі, що складається з великого числа різних термоелектродов, дорівнює нулю, якщо всі термоелектроди мають однакову температуру. Виходячи з цього закону, можна розімкнути термоелектричний контур у будь-якому місці і включити в нього один або кілька однакових або різнорідних провідників. Якщо їх місця з'єднань знаходяться при однаковій температурі, то не виникне ніяких паразитних т.е.д.с. можна розімкнути контур у місці контактування, наприклад на вільному Наприкінці т...
