3. 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 Аметалл А}

t₁ t₀ t₁ t₀

_{металл B металл B}

Рис.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 Т₁и контрольной температурой Т₀холодного спая.

Зависимость между т.э.д.с. и разностью температур в общем случае нелинейна 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= 0⁰С. Если контрольная температура Т₀0⁰С, а поддерживается постоянной или даже вообще непостоянна, то в измеренное значение т.э.д.с.Е_инужно внести поправкуЕ_к, которая соответствует отклонению контрольной температуры от Т₀= 0⁰С:

Е = Е_и+Е_к.

В приборах для измерения температуры при помощи термопар температура спая Т₀может 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 воды в стакане, в который вставлены электрические термометры. При достижении определенной температуры нагрев прекратить, 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 воды 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 ,bикдля соответствующих термометров.

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. Какой 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.

Экспериментальная установка состоит из прозрачного пластмассового стакана 2, в который налита вода и вставлены пять электрических термометров: образцовый термометр 3, металлический термометр сопротивления 4, полупроводниковый термометр сопротивления 5, термопары типа ТХА 6 и ТХК 7, измеряемые сигналы которых поступают в измерительный прибор (измеритель-регулятор «Сосна-002») 8. Нагреватель 1 находится на дне стакана и нагревает воду, температура которой измеряется пятью различными термометрами. Стакан с нагревателем закреплены на платформе. Измерительный прибор инициирует последовательно результаты измеренных сигналов от каждого термометра (верхнее табло) и номер термометра (нижнее табло). Цикл измерения длится 1 минуту. Единицы измерения образцового термометра – [⁰С], термометров сопротивления – [Ом], термопар - [мВ].