Характеристики термопар

Чувствительный элемент термоэлектрического термометра (термопара) состоит из двух разнородных электродов А и В, сое­диненных между собой путем спайки, сварки или сплавления (рис. 7.8, а).

Действие термопары основано на зависимости контактной раз­ности потенциалов, возникающей между проводниками А и В, от температуры места соединения и свободных концов.

Контактная разность потенциалов возникает как между про­водниками, изготовленными из металлов, так и между полупро­водниками.

Принцип действия термопары можно объяснить следующим образом: энергия свободных электронов не одинакова в различ­ных проводниках и по-разному возрастает с повышением темпе­ратуры. Если вдоль проводника существует перепад температуры, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном. В результате этого возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшее падение потен­циала не создает встречный поток электронов, равный первич­ному потоку, вызванному различием тепловых скоростей. Раз­ность таких падений потенциала в двух проводниках, образую­щих термопару, и обусловливает возникновение термо-э. д. с.

Зависимость контактной разности потенциалов от температу­ры не связана с формой и геометрическими размерами электро­дов, а определяется только материалами, из которых они изго­товлены.

Если замкнуть свободные концы термоэлектродов А и В, то образуется замкнутая цепь (см. рис. 7.8, б) с двумя контактными соединениями.

Если температуры мест соединений одинаковы (), то суммарная э. д. с. в контуре равна нулю и электрический ток в замкнутом контуре отсутствует.

Если температуры мест соединений неодинаковы, например , то в цепи возникнет термоэлектродвижущая сила и по ней потечет электрический ток.

Место соединения проводников с более высокой температурой () называется рабочим спаем, а с более низкой () —свобод­ным спаем (в практике измерений их называют также горячим и холодным спаями).

Таким образом, термоэлектродвижущая сила зависит от тем­ператур горячего и холодного спаев. Существует аналитическая зависимость е (), полученная методами квантовой физики. Однако эта зависимость является весьма приближенной и на практике пользуются данными, полученными экспериментально для различных металлов и сплавов. Они приводятся в виде таб­лиц в справочниках физических величин. Для сокращения объема справочных данных значения термо-э. д. с. обычно приводятся для различных металлов и сплавов, соединенных в паре с нор­мальным термоэлектродом, в качестве которого выбрана плати­на, причем температура холодного спая принимается рав­ной 0°С.