Принцип действия термоэлектрических датчиков

Для успешного использования термопар необходимо понимать основы их работы. Рассмотрим схемы на рис. 9.9.

Рисунок 9.9 – Основы работы термопары

Если соединить два разнородных металла при температуре выше абсолютного нуля, то между ними появится разность потенциалов (термо-э.д.с. или контактная разность потенциалов), которая является функцией температуры спая (соединения) (рис. 9.9, а). Для того чтобы сформировать два спая (рис. 9.9, б) соединим между собой два термопарных провода с обоих концов. Если оба спая находятся при различных температурах, то в цепи появится результирующая э.д.с. и потечет ток, определяемый величиной э.д.с. и полным сопротивлением цепи (рис. 9.9, б). Если разорвать один из проводов, то напряжение в точках разрыва будет равно величине результирующей термо-э.д.с. в цепи, и если измерить это напряжение, то можно использовать его для расчета разности температур двух спаев (рис. 9.9, г). Всегда необходимо помнить, что термопара измеряет разницу температур двух спаев, а не абсолютную температуру одного из спаев. Можно измерять температуру на измерительном спае только тогда, когда известна температура другого спая (называемого часто опорным или холодным спаем).

Измерение напряжения созданного термопарой представляет определенную трудность. Предположим, что мы подключили вольтметр к цепи на рис. 9.9, г. Провода, подключенные к вольтметру, также образуют спаи термопар в местах их подключения. Если оба этих дополнительных спая находятся при одной и той же температуре (несущественно какой величины), тогда они не внесут ничего в общую э.д.с. системы. Если же спаи находятся при разных температурах, то они будут вносить ошибки. Так как каждая пара разнородных металлов находящихся в контакте друг с другом генерируют термоэлектрическую э.д.с. (включая пары: медь/припой, ковар/медь (ковар – сплав, используемый для выводов ИС) и алюминий/ковар (соединения внутри микросхемы).

Очевидно, что для реальных схем проблема еще более сложна, и необходимо обратить особое внимание на то, чтобы все пары контактов в цепи, содержащей термопару, исключая собственно измерительный и опорный спаи, находились при одной и той же температуре.