Elektronik termometrenin çalışma prensibi

Termoelektrik termometre, sıcaklığa karşılık gelen termoelektromotor kuvveti ölçmek için sıcaklık ölçüm elemanı olarak bir termokupl kullanır ve sıcaklık değeri sayaç tarafından görüntülenir. -200 ℃ ~ 1300 ℃ aralığında sıcaklığı ölçmek için yaygın olarak kullanılır ve özel koşullar altında 2800 ℃ yüksek sıcaklığı veya 4K düşük sıcaklığı ölçebilir. Basit yapı, düşük fiyat, yüksek doğruluk ve geniş sıcaklık ölçüm aralığı özelliklerine sahiptir. Termokupl, algılama için sıcaklığı elektriğe dönüştürdüğünden, sıcaklığı ölçmek ve kontrol etmek ve sıcaklık sinyallerini yükseltmek ve dönüştürmek için uygundur. Uzun mesafe ölçümü ve otomatik kontrol için uygundur. Temaslı sıcaklık ölçüm yönteminde termoelektrik termometrelerin uygulanması en yaygın olanıdır.

DS-1
(1) Termokupl sıcaklık ölçüm prensibi
Termokupl sıcaklık ölçümü prensibi termoelektrik etkiye dayanmaktadır.
İki farklı malzemenin A ve B iletkenlerini seri olarak kapalı bir döngüye bağlayın. İki kontak 1 ve 2'nin sıcaklığı farklı olduğunda, T>T0 ise, döngüde bir termoelektromotor kuvvet oluşacak ve döngüde belirli bir miktar olacaktır. Büyük ve küçük akımlar, bu fenomene piroelektrik etki denir. Bu elektromotor kuvvet, EAB olarak adlandırılan "termoelektromotor kuvvet" olarak adlandırılan ve iyi bilinen "Seebeck termoelektromotor kuvveti"dir ve A ve B iletkenlerine termoelektrotlar denir. Kontak 1 genellikle birbirine kaynaklanır ve ölçüm sırasında ölçülen sıcaklığı hissetmek için sıcaklık ölçüm yerine yerleştirilir, bu nedenle ölçüm ucu (veya çalışma ucunun sıcak ucu) olarak adlandırılır. Bağlantı 2, referans bağlantı (veya soğuk bağlantı) olarak adlandırılan sabit bir sıcaklık gerektirir. İki iletkeni birleştiren ve sıcaklığı termoelektromotor kuvvete dönüştüren sensöre termokupl denir.

Termoelektromotor kuvvet, iki iletkenin temas potansiyelinden (Peltier potansiyeli) ve tek bir iletkenin sıcaklık farkı potansiyelinden (Thomson potansiyeli) oluşur. Termoelektromotor kuvvetin büyüklüğü, iki iletken malzemenin özellikleri ve bağlantı sıcaklığı ile ilgilidir.
İletken içindeki elektron yoğunluğu farklıdır. Farklı elektron yoğunluklarına sahip iki iletken A ve B temas ettiğinde, temas yüzeyinde elektron difüzyonu meydana gelir ve elektronlar, elektron yoğunluğu yüksek olan iletkenden düşük yoğunluklu iletkene doğru akar. Elektron difüzyon hızı, iki iletkenin elektron yoğunluğu ile ilişkilidir ve temas alanının sıcaklığı ile orantılıdır. A ve B iletkenlerinin serbest elektron yoğunluklarının NA ve NB ve NA>NB olduğunu varsayarsak, elektron difüzyonu sonucunda A iletkeni elektron kaybederek pozitif yüklü hale gelirken, B iletkeni elektron kazanarak negatif yüklü hale gelerek bir elektrik oluşturur. Temas yüzeyindeki alan. Bu elektrik alanı elektronların difüzyonunu engeller ve dinamik dengeye ulaşıldığında, kontak alanında, yani büyüklüğü olan kontak potansiyelinde kararlı bir potansiyel farkı oluşur.

(8.2-2)

Burada k–Boltzmann sabiti, k=1.38×10-23J/K;
e– elektron yükü miktarı, e=1,6×10-19 C;
T–Temas noktasındaki sıcaklık, K;
NA, NB– sırasıyla A ve B iletkenlerinin serbest elektron yoğunluklarıdır.
İletkenin iki ucu arasındaki sıcaklık farkı tarafından üretilen elektromotor kuvvete termoelektrik potansiyel denir. Sıcaklık gradyanı nedeniyle elektronların enerji dağılımı değişir. Yüksek sıcaklık ucu (T) elektronları, düşük sıcaklık ucuna (T0) yayılarak, elektron kaybı nedeniyle yüksek sıcaklık ucunun pozitif, elektronlar nedeniyle düşük sıcaklık ucunun negatif olarak yüklenmesine neden olur. Bu nedenle, aynı iletkenin iki ucunda da bir potansiyel farkı oluşur ve elektronların yüksek sıcaklık ucundan düşük sıcaklık ucuna yayılmasını önler. Daha sonra elektronlar dinamik bir denge oluşturmak için difüze olur. Bu anda oluşan potansiyel farka termoelektrik potansiyel veya sıcaklığa bağlı olan Thomson potansiyeli denir.

(8.2-3)

JDB-23 (2)

Formülde σ, 1°C'lik bir sıcaklık farkı tarafından üretilen elektromotor kuvvet değerini temsil eden Thomson katsayısıdır ve büyüklüğü malzeme özellikleri ve her iki uçtaki sıcaklıkla ilgilidir.
A ve B iletkenlerinden oluşan termokupl kapalı devresinin iki kontakta iki kontak potansiyeli eAB(T) ve eAB(T0) vardır ve T>T0 olduğu için A ve B iletkenlerinin her birinde bir termoelektrik potansiyel vardır. Bu nedenle, kapalı döngünün toplam termal elektromotor kuvveti EAB (T, T0), temas elektromotor kuvvetinin cebirsel toplamı ve sıcaklık farkı elektrik potansiyeli olmalıdır, yani:

(8.2-4)

Seçilen termokupl için, referans sıcaklık sabit olduğunda, toplam termoelektromotor kuvvet, ölçüm terminal sıcaklığı T'nin tek değerli bir fonksiyonu olur, yani EAB(T,T0)=f(T). Bu, termokupl ölçüm sıcaklığının temel prensibidir.


Gönderim zamanı: Haziran-11-2021