電子体温計の動作原理

熱電温度計は、温度測定要素として熱電対を使用して、温度に対応する熱起電力を測定し、温度値がメーターに表示されます。-200℃〜1300℃の範囲の温度測定に広く使用されており、特殊な状況下では、2800℃の高温または4Kの低温を測定できます。シンプルな構造、低価格、高精度、広い温度測定範囲が特徴です。熱電対は温度を電気に変換して検出するため、温度の測定と制御、および温度信号の増幅と変換に便利です。長距離測定や自動制御に適しています。接触温度測定法では、熱電温度計の適用が最も一般的です。

DS-1
(1)熱電対温度測定原理
熱電対温度測定の原理は、熱電効果に基づいています。
2つの異なる材料の導体AとBを直列に閉じたループに接続します。2つの接点1と2の温度が異なる場合、T> T0の場合、ループ内に熱起電力が発生し、ループ内に一定量が発生します。大電流と小電流で、この現象は焦電効果と呼ばれます。この起電力は、EABと呼ばれる「熱起電力」と呼ばれるよく知られた「シーベック熱起電力」であり、導体AとBは熱電極と呼ばれます。接点1は通常溶接されており、測定時に測定温度を感じるために温度測定場所に配置されるため、測定端(または作業端の高温端)と呼ばれます。ジャンクション2には、基準ジャンクション(またはコールドジャンクション)と呼ばれる一定の温度が必要です。2つの導体を組み合わせて温度を熱電対に変換するセンサーを熱電対と呼びます。

熱起電力は、2つの導体の接触電位(ペルチェ電位)と1つの導体の温度差電位(トムソン電位)で構成されます。熱起電力の大きさは、2つの導体材料の特性と接合部温度に関係しています。
導体内部の電子密度が異なります。電子密度の異なる2つの導体AとBが接触すると、接触面で電子拡散が起こり、電子密度の高い導体から密度の低い導体に電子が流れます。電子の拡散速度は、2つの導体の電子密度に関連し、接触領域の温度に比例します。導体AとBの自由電子密度がNAとNBであり、NA> NBであるとすると、電子拡散の結果、導体Aは電子を失って正に帯電し、導体Bは電子を獲得して負に帯電し、電気を形成します。接触面のフィールド。この電界は電子の拡散を妨げ、動的平衡に達すると、接触領域、つまり大きさが次の接触電位に安定した電位差が形成されます。

(8.2-2)

ここで、k–ボルツマン定数、k = 1.38×10-23J / K;
e-電子電荷の量、e = 1.6×10-19C;
T-接触点の温度K;
NA、NB–は、それぞれ導体AとBの自由電子密度です。
導体の両端の温度差によって発生する起電力を熱電電位と呼びます。温度勾配により、電子のエネルギー分布が変化します。高温端(T)の電子は低温端(T0)に拡散し、電子の損失により高温端が正に帯電し、電子により低温端が負に帯電します。したがって、同じ導体の両端にも電位差が生じ、電子が高温端から低温端に広がるのを防ぎます。次に、電子が拡散して動的平衡を形成します。この時点で確立された電位差は、熱電電位またはトムソン電位と呼ばれ、温度に関連しています。

(8.2-3)

JDB-23 (2)

式中、σはトムソン係数であり、1°Cの温度差によって生成される起電力値を表し、その大きさは材料特性と両端の温度に関連しています。
導体AとBで構成される熱電対閉回路は、2つの接点に2つの接点電位eAB(T)とeAB(T0)があり、T> T0であるため、導体AとBのそれぞれにも熱電電位があります。閉ループの総熱起電力EAB(T、T0)は、接触起電力と温度差電位の代数和である必要があります。

(8.2-4)

選択した熱電対では、基準温度が一定の場合、総熱起電力は測定端子温度Tの単一値関数になります。つまり、EAB(T、T0)= f(T)です。これが熱電対の温度測定の基本原理です。


投稿時間:2021年6月11日