Короткі теоретичні відомості. Первинним перетворювачем термоелектричного термометра служить термопара, яка складається з двох різнорідних провідників (рис.2.1).

Первинним перетворювачем термоелектричного термометра служить термопара, яка складається з двох різнорідних провідників (рис.2.1).

Рис.2.1 – Термоелектричне коло з двох різнорідних провідників

Принцип дії термопари заснований на термоелектричному ефекті, який заключається в тому, що в замкнутому колі з двох чи декількох різнорідних провідників виникає електричний струм, якщо хоча б два місця з’єднання (спаю) провідників мають різну температуру.

Спай з температурою t називається гарячим чи робочим, а спай з постійною температурою t₀ – холодним чи вільним. Провідники А і В називаються термоелектродами. Термоелектричний ефект пояснюється наявністю в металі вільних електронів, число яких в одиниці об’єму різне для різних металів. Припустимо, що в спаї з температурою t електрони з металу А дифундують в метал В в більшій кількості, ніж в зворотньому напрямку. Тоді метал А заряджається додатньо, а метал В – від’ємно.

Електричне поле, що виникає в місці дотику провідників, перешкоджає цій дифузії, і, коли швидкість дифузії електронів стане рівна швидкості їх зворотнього переходу під впливом встановленого електричного поля, настає стан рухливої рівноваги. При такому стані між провідниками А і В виникає деяка різниця потенціалів.

Якщо спаяні однорідні провідники В і В (рис.2.2), кінці яких нагріті до різних температур, то вільні електрони дифундують з більш нагрітих частин провідника в менш нагріті з більшою інтенсивністю, ніж в зворотньому напрямку. Більш нагріті кінці првідників заряджаються додатньо до тих пір, поки не настане стан рівноваги через різницю потенціалів, що утворилася, яка діє в напрямку, зворотньому до напрямку теплової дифузії електронів.

Електронна теорія дає лиш фізичне (якісне) пояснення термоелектричного ефекта. Кількісне визначення ТЕРС на основі цієї теорії неможливо, так як число вільних електронів на одиницю об’єму не піддається кількісному обліку і невідомий закон їх зміни із зміною температури.

Рис.2.2 – Термоелектричне коло з однорідних провідників

З вищесказаного слідує, що в простому термоелектричному колі, що складається з двох різнорідних провідників А і В (див. рис.2.1), виникають чотири різних ТЕРС: дві ТЕРС в місцях спаїв провідників А і В; ТЕРС на кінці провідника А і ТЕРС на кінці провідника В.

Враховуючи обидва фактора, які визначають сумарну ТЕРС замкнутого кола, яке складається з двох провідників А і В, спаї яких нагріті до температур t i t₀ (див. рис.2.1), і обходячи коло проти годинникової стрілки, одержимо

(2.1)

де E_AB(tt₀) – сумарна ТЕРС, яка визначається дією обох факторів;

e_AB(t),e_BA(t₀) – ТЕРС, які обумовлені контактною різницею потенціалів і різницею температур кінців провідників А і В.

Якщо температура спаїв однакова, то ТЕРС в колі рівна нулю, так як в обидвох випадках виникають ТЕРС, рівні по величині і направлені назустріч одна одній. Відповідно, при t= t₀

;

.

Підставляючи останній вираз в рівняння (2.1), одержимо

(2.2)

З рівняння (2.2) випливає, що ТЕРС являє собою складну функцію двох змінних величин t i t₀, тобто температур обох спаїв.

Підтримуючи температуру одного з спаїв постійною, наприклад, припускаючи , одержимо

. (2.3)

Якщо для даної термопари експериментально, тобто шляхом градуювання, знайдена залежність (2.3), то вимірювання температури зводиться до визначення ТЕРС термопари.