Термоэлектрические термометры

Зеебек установил, что если электрическая цепь состоит из двух различных металлов или сплавов и точки их соединения (спаи) находятся при различных температурах, то в цепи должен протекать ток, рис.4. При

^{металл А металл А}

t ₁ t₀ t₁ t₀

_{металл B металл B}

Р ис.4. Термоэлектрический эффект Зеебека.

размыкании цепи на ее концах можно измерить разность потенциалов - так называемую термоэлектродвижущую силу (т.э.д.с.), которая будет мерой разности между измеряемой температурой Т₁ и контрольной температурой Т₀ холодного спая.

Зависимость между т.э.д.с. и разностью температур в общем случае нелинейная и может быть выражена уравнением третьей степени. Однако при небольших изменениях температур характеристики многих термопар могут быть линеаризованы без большого ущерба для точности:

Е = кТ [мВ], (4)

где к – коэффициент т.э.д.с., зависящий также и от уровня температуры, мВ/К.

Используя уравнение для т.э.д.с., можно для каждой комбинации материалов термопары построить график зависимости т.э.д.с. термопары от измеряемой температуры Т₁, полагая, что температура ее другого спая Т₀ = 0 ⁰С. Если контрольная температура Т₀  0 ⁰С, а поддерживается постоянной или даже вообще непостоянна, то в измеренное значение т.э.д.с. Е_и нужно внести поправку Е_к, которая соответствует отклонению контрольной температуры от Т₀ = 0 ⁰С:

Е = Е_и + Е_к.

В приборах для измерения температуры при помощи термопар температура спая Т₀ может измеряться с помощью терморезистора, а значение т.э.д.с. автоматически исправляется по этой формуле при обработке результатов измерения микропроцессором или ПЭВМ.

Порядок выполнения задания

1. Тумблером «сеть» включить напряжение питания прибора.

При этом многоканальный измерительный прибор автоматически устанавливается на измерение температуры в первом канале, т.е. температуры образцового термометра.

2. Тумблером «нагрев» включить нагрев стальной пластины, в которую вставлены электрические термометры. При достижении определенной температуры нагрев пластины автоматически прекратится, показания температуры образцового термометра перестанут увеличиваться.

3. Нажать два раза на сенсор «» измерительного прибора, чтобы включить «Циклический вывод» - смена каналов измерений начнет осуществляется автоматически по циклу.

НЕ НАЖИМАТЬ ДРУГИХ СЕНСОРОВ!!!!!

4. Подождать несколько минут пока не установится тепловое равновесие пластины. Записать в таблицу результаты измерений остывания стальной пластины для всех 5 термометров.

5. Построить графики зависимости сопротивления и т.э.д.с. от температуры образцового термометра для 4, 5, 6 и 7 термометров.

6. По формулам (2), (3) и (4) определить постоянные величины , b и к для соответствующих термометров.

7. Оценить относительную погрешность измерения температуры изучаемыми термометрами.

На основании проделанных измерений сформулировать цель работы и сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое “термометрическое тело и термометрическая величина”?

2. Какие температурные шкалы и единицы измерения используются для определения температуры?

3. Как объяснить зависимость сопротивления от температуры для полупроводникового и металлического термометров?

4. Какой физический смысл линейного температурного коэффициента сопротивления? От чего он зависит?

5. Какай физический смысл коэффициента т.э.д.с.? От чего зависит этот коэффициент?

ЛИТЕРАТУРА:

1. Измерения в промышленности. Справочник, Т.2.,1990. М., Металлургия.

2. Сосновский А.Г., Столярова Н.И. Измерения температур, 1970. М.

3. Датчики физических величин. Дж. Аш и соавторы. Перевод с французского. Т. 1, 1990, М.

Приложение:

Номер канала	Тип термодатчика	Единицы измерения	Формула
t1	Образцовый термометр	^0C
t2	Полупроводниковый термометр сопротивления	Ом	R2 = R1exp b(1/T2 – 1/T1),
t3	Платиновый термометр сопротивления	Ом	Rt = R0(1 + t),
t4	Металлический термометр сопротивления	Ом	Rt = R0(1 + t),
t5	Термопара (хромель-алюмель)	мВ	Е = кТ
t6	Термопара (хромель-капель)	мВ	Е = кТ