суббота, 25 марта 2017 г.

Термопара и эффект Зеебека

Термопара - это устройство для измерения температуры. Термопара состоит из двух проволок соединённых на одном конце. Эти проволоки состоят из разных материалов. При нагревании места соединения этих проволок на других их концах образуется разность электрических потенциалов т.е. напряжение (можно сказать на одной проволоке плюс на другой минус). Такой эффект называется эффектом Зеебека. Т.е. термопара преобразует разность температур (температуры в месте соединения проволок и температуры "холодных" частей проволок) в напряжение. Это напряжение очень небольшое и поэтому для того чтобы использовать его, для измерения температуры, это напряжение необходимо усилить. Для усиления этого напряжения хорошо подходит неинвертирующий усилитель на операционном усилителе:
Рисунок 1 - Усилитель для термопары
Рисунок 2 - Усилитель для термопары (более наглядная схема для изготовления)


Термопару к усилителю надо подключать обязательно так как показано на рисунке т.е. положительным выводом ко входу усилителя а отрицательным на землю. Резистором R4 можно изменять коэффициент усиления усилителя и настраивать усилитель. Усилитель можно настроить так что напряжение на его выходе будет примерно равно разности температур между нагретым местом соединения проволок и их "холодными местами" делёной на 100. В таком случае, для определения этой разности температур достаточно будет просто умножить напряжение на 100. Теперь рассмотрим одну из причин возникновения эффекта Зеебека. В упрощённом виде:
Рисунок 3 - Эффект Зеебека

При нагревании металла электроны в нём начинают быстро и хаотично двигаться. Если взять длинный кусок металла и один его конец нагревать а другой охлаждать то на одном его конце электроны начнут двигаться быстрее чем на другом - из за этого они начнут перемещаться в сторону холодного конца куска металла что приведёт к тому что на холодном конце этих электронов будет больше и таким образом между холодным и горячим концом появиться напряжение. Такое возможно благодаря подвижности электронов в металле. У разных металлов разная подвижность электронов и следовательно при одних и тех же разностях температур будут разные напряжения. Для измерения температуры лучше использовать металл с самой большой подвижностью электронов, с подходящей температурой плавления. Получив это напряжение его необходимо снять с куска металла но как? Если подсоединить проводник на горячей стороне куска металла то в том проводнике который был подсоединён будет возникать такой же эффект который будет мешать и если проводник будет из того же металла что и основной кусок то на выходе напряжение получить не получиться, поэтому для снятия напряжения используют другой металл у которого эффект создающий напряжение, при нагревании его с одной стороны и охлаждении с другой, будет слабее. В таком случае на выходе получаем разность напряжений которую можно усилить схемой приведённой выше и измерить.
Для расчёта коэффициента усиления неинвертирующего усилителя на операционном усилителе можно воспользоваться программой на странице http://electe.blogspot.ru/2012/06/blog-post_19.html
Посмотреть как работает готовый усилитель и как его сделать можно на видео:
Термопара http://ali.pub/18s8uv
Точный операционный усилитель lm358 http://ali.pub/18s9ew

КАРТА БЛОГА (содержание)

2 комментария:

  1. Анонимный22 июня 2017 г., 1:44

    "При нагревании металла электроны в нём начинают быстро и хаотично двигаться." ??? Вы знакомы с основами квантовой механики, знаете что такое температура Ферми?

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Пользовался википедией https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%97%D0%B5%D0%B5%D0%B1%D0%B5%D0%BA%D0%B0. Тут описал только одну причину ("Теперь рассмотрим одну из причин возникновения эффекта Зеебека"). Ну и конечно при комнатной температуре электроны тоже двигаются. Допустил неточность, извините.

      Удалить