Терминология: Датчик - термопара и законы термоэлектричества

Принцип действия термопары основан на эффекте, открытым немецким физиком  Зеебеком в начале 19-го века.

Эффект Зеебека заключается в возникновении тока в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, при наличии разности температур между их спаями (рис.1).

Вторая интерпретация эффекта Зеебека – это явление возникновения термоЭДС в разомкнутой электрической цепи (рис.2), состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Эта схема уже практически применяется как одна из практически  возможных схем измерения температуры, в которой термоЭДС = F (∆t), где  ∆t – это разность температур между горячим и холодным спаями, а F() – это градуировочная функция для известной пары металлов.  

Приведём далее основные законы термоэлектричества, которые следует учитывать при работе с термопарными цепями измерения.

Закон внутренних температур

Наличие температурного градиента в однородном проводнике не приводит к возникновению электрического тока (рис.3).

Закон промежуточных проводников

Проводник из любого металла, последовательно включенный в термопарную цепь и находящийся под одной температурой, не оказывает влияния на измеряемую термоЭДС. Этот закон позволяет удлинять провода от термопары однородным металлом методом пайки (рис.4).

Закон промежуточных температур

Если величина термоЭДС1 обусловлена разностью температур t1 – t2, а  величина термоЭДС2 обусловлена разностью температур t2 – t3, то при разности температур  t1 – t3 величина термоЭДС будет равна термоЭДС1 + термоЭДС2 (рис.5). Это означает, что градуировочные функции можно использовать и при температуре опорного контакта (холодного спая), не равной 0°С

Закон аддитивности термоЭДС

Если известны термоЭДС металлов X и Y в паре с металлом Z, то термоЭДС пары X и Y будет равна их сумме (рис.6). Это означает,
что можно создавать нестандартные комбинации термопар и по-прежнему пользоваться для них градуировочными таблицами.

Наряду с вышеприведённой на рис.2 схемой измерений, практически полезной является схема рис.7, в которой участвует третий металл, не оказывающий влияния на измерение ЭДС.  

Градуировочные функции на термопары описаны в ГОСТ Р 8.585-2001 ГСИ.

Термопара по своим электрическим свойствам относится к низкоомным датчикам с выходом по напряжению милливольтового диапазона сигнала. Выходное сопротивление термопары равно сопротивлению её проводов (которое несложно измерить обычным мультиметром). Типичная область применения термопар – датчик для измерения температур выше нуля ^oС. 

Термопара, в зависимости от способа её крепления и расположения, может быть изолированной или заземлённой.

По данной теме смотрите: 

• Пример реализации измерительной системы на основе термопар и терморезистора для измерения температуры холодного спая – в статье: Термопары — К какому АЦП подключать?
• Раздел сайта Производители датчиков