Le principe de fonctionnement du thermomètre électronique

Le thermomètre thermoélectrique utilise un thermocouple comme élément de mesure de la température pour mesurer la force thermoélectromotrice correspondant à la température et la valeur de la température est affichée par le compteur. Il est largement utilisé pour mesurer la température dans la plage de -200℃ ~ 1300℃, et dans des circonstances particulières, il peut mesurer la température élevée de 2800℃ ou la basse température de 4K. Il présente les caractéristiques d'une structure simple, d'un prix bas, d'une grande précision et d'une large plage de mesure de température. Étant donné que le thermocouple convertit la température en électricité pour la détection, il est pratique de mesurer et de contrôler la température, et d'amplifier et de transformer les signaux de température. Il convient à la mesure à longue distance et au contrôle automatique. Dans la méthode de mesure de la température de contact, l'application de thermomètres thermoélectriques est la plus courante.

DS-1
(1) Principe de mesure de la température par thermocouple
Le principe de la mesure de température par thermocouple est basé sur l'effet thermoélectrique.
Connectez les conducteurs A et B de deux matériaux différents en série dans une boucle fermée. Lorsque la température des deux contacts 1 et 2 est différente, si T>T0, une force thermoélectromotrice sera générée dans la boucle, et il y aura une certaine quantité dans la boucle. Grands et petits courants, ce phénomène est appelé effet pyroélectrique. Cette force électromotrice est la bien connue « force thermoélectromotrice Seebeck », dite « force thermoélectromotrice », notée EAB, et les conducteurs A et B sont appelés thermoélectrodes. Le contact 1 est généralement soudé ensemble et il est placé dans le lieu de mesure de la température pour sentir la température mesurée pendant la mesure, il est donc appelé extrémité de mesure (ou extrémité chaude de l'extrémité de travail). La jonction 2 nécessite une température constante, c'est ce qu'on appelle la jonction de référence (ou jonction froide). Un capteur qui combine deux conducteurs et convertit la température en force thermoélectromotrice s'appelle un thermocouple.

La force thermoélectromotrice est composée du potentiel de contact de deux conducteurs (potentiel Peltier) et du potentiel de différence de température d'un seul conducteur (potentiel de Thomson). L'amplitude de la force thermoélectromotrice est liée aux propriétés des deux matériaux conducteurs et à la température de jonction.
La densité électronique à l'intérieur du conducteur est différente. Lorsque deux conducteurs A et B avec des densités électroniques différentes sont en contact, une diffusion électronique se produit sur la surface de contact et les électrons circulent du conducteur à haute densité électronique vers le conducteur à faible densité. Le taux de diffusion des électrons est lié à la densité électronique des deux conducteurs et est proportionnel à la température de la zone de contact. En supposant que les densités d'électrons libres des conducteurs A et B sont NA et NB, et NA>NB, en raison de la diffusion des électrons, le conducteur A perd des électrons et devient chargé positivement, tandis que le conducteur B gagne des électrons et devient chargé négativement, formant un champ sur la surface de contact. Ce champ électrique empêche la diffusion des électrons, et lorsque l'équilibre dynamique est atteint, une différence de potentiel stable se forme dans la zone de contact, c'est-à-dire le potentiel de contact, dont l'amplitude est

(8.2-2)

Où la constante de k–Boltzmann, k=1,38×10-23J/K ;
e–la quantité de charge électronique, e=1,6×10-19 C ;
T–La température au point de contact, K ;
NA, NB– sont les densités d'électrons libres des conducteurs A et B, respectivement.
La force électromotrice générée par la différence de température entre les deux extrémités du conducteur est appelée potentiel thermoélectrique. En raison du gradient de température, la distribution d'énergie des électrons est modifiée. Les électrons de l'extrémité haute température (T) diffuseront vers l'extrémité basse température (T0), entraînant une charge positive de l'extrémité haute température en raison de la perte d'électrons et une charge négative de l'extrémité basse température en raison des électrons. Par conséquent, une différence de potentiel est également générée aux deux extrémités d'un même conducteur et empêche les électrons de se propager de l'extrémité haute température à l'extrémité basse température. Ensuite, les électrons diffusent pour former un équilibre dynamique. La différence de potentiel établie à ce moment est appelée potentiel thermoélectrique ou potentiel de Thomson, qui est lié à la température Pour

(8.2-3)

JDB-23 (2)

Dans la formule, est le coefficient de Thomson, qui représente la valeur de la force électromotrice générée par une différence de température de 1°C, et son amplitude est liée aux propriétés du matériau et à la température aux deux extrémités.
Le circuit fermé de thermocouple composé des conducteurs A et B a deux potentiels de contact eAB(T) et eAB(T0) aux deux contacts, et parce que T>T0, il y a aussi un potentiel thermoélectrique dans chacun des conducteurs A et B. Par conséquent, la force électromotrice thermique totale EAB (T, T0) de la boucle fermée doit être la somme algébrique de la force électromotrice de contact et du potentiel électrique de différence de température, à savoir :

(8.2-4)

Pour le thermocouple sélectionné, lorsque la température de référence est constante, la force thermoélectromotrice totale devient une fonction à valeur unique de la température terminale de mesure T, c'est-à-dire EAB(T,T0)=f(T). C'est le principe de base de la mesure de la température par thermocouple.


Heure de publication : 11 juin-2021