Рассмотрим электрическую цепь, приведенную на рис.2. I), состоящую из проводников А и В (например, меди и платины). При подогреве спая 1 в цепи появляется электрический ток, который направлен от платины В к меди А, а в

холодном спае 2 - от меди к платине. При подогреве спая 2 ток меняет свое направление. При этом электродвижущая сила обусловлена неодинаковостью температур в спаях 1 и 2.

Механизм возникновения термо-э.д.с. основан на учении о наличии свободных электронов в металлах. Так как в различных металлах плотность свободных электронов неодинакова, то электроны из области с большей плотностью будут проникать в область с меньшей плотностью. Вследствие этого в местах соприкосновения двух разнородных металлов электроны, например, в спае 1 будут диффундировать из проводника А в проводник В в большем количестве, чем обратно из металла В в металл А. Поэтому проводник А будет заряжаться положительно, а металл В - отрицательно. При таком состоянии между проводниками А и В возникает некоторая разность потенциалов (динамическое равновесие).

Кроме того, термоэлектрический ток возникает и в замкнутом однородном проводнике, если имеется температурный градиент, т.к. в любом, даже разомкнутом, проводнике, концы которого имеют различную температуру, появляется разность потенциалов.

Принимая во внимание оба этих фактора, выражение для результирующей термо-э.д.с в рассматриваемой

электрической цепи может быть записано на основании второго закона Кирхгоффа следующим образом:

ЕмК<Л)-*л«(1)+«вл(и), (2.11) где   е -э.дс. в соответствующих точках контакта проводников.

При перемене порядка индексов А и В в точках контактов, знак перед символом е должен быть изменен на противоположный. Тогда, уравнение (2.11) может быть представлено в следующем виде:

Е_лВ(ио)=гли(1)-*Ав(а (2.12) Таким образом, термо-э.дх., получаемую в цепи из двух разнородных

проводников при разных температурах спаев, можно определить как разность

э.д.с, развиваемую на этих спаях.

Поддерживая температуру спая 2 постоянной, полагая 1$* сопкт, то

значение вдвОо) = С, а уравнение (2.12) может быть записано в следующем

виде:

Е_АВ(Ш=е_Ав(1)-С=ф(1). (2.13)

Выражение (2.13) носит название градуиров очной зависимости термопары и получается на основе экспериментальных данных. Обычно при градуировке термопар значение х^= О °С.

Термо-э.дс, развиваемая термопарами для различных материалов невелика и составляет 0,01-0.07 мВ/град. и измеряется при помощи милливольтметров и потенциометров. Различные схемы подключения термопары к измерительному прибору представлены на рис. 2.12.

В первом случае (рис.2.12, а) у термоэлектрического термометра будет три конца: рабочий 1, погружаемый в измерительную среду, и свободные 2 и 3, температура которых стабилизируется и к которым подключается измерительный прибор. Во втором случае (рис.2.12. б) у термометра будет четыре конца: рабочий 1, свободный 2 и нейтральные 3 и 4, которые могут иметь любую, но одинаковую температуру I,.

Для увеличения чувствительности термоэлектрического термометра термопары включаются последовательно в батарею (рис.2.12, в), при этом свободные концы 2 термопар должны иметь одинаковую температуру, а результирующий сигнал батареи будет равен сумме отдельных сигналов.

Для измерения разности температур при помощи термоэлектрического термометра применяется дифференциальная схема включения термопар (рис.212, г), при котором две термопары включаются встречно и измеряют различные температуры 11 и х_2у а их свободные концы 3, 4 и 5 должны иметь также одинаковую температуру.

При измерении температуры в практических условиях температура свободных концов термометра в большинстве случаев не равна 0 °С, которая используется при градуировке, что требует введения поправки в измерения на температуру свободных концов.

Пользуясь уравнением (2.12), определим величину поправки ДЩ1, г'₀):

ДВ«, 1*₀) - Е_АВ(1,1о) - Е_ЛВ(М'₀) = е_АВП) - елвОо) - е_АЪ(1) + с_АВ(Г₀) = е_А&'*> *аш(Ь)> После проведения преобразований с учетом поправки уравнение (2.12) примет

вид:

ЕавОЛ) " Еав(М'о) + ЕавСП» Л)- (2.14) Здесь |*| - температура свободных концов термопары.

Из этого уравнения следует, что увеличение температуры свободных концов термопары уменьшает его выходную термо-э.д.с. на значение, равное Елн(*'о ,Ы, ^т-^е- сигнала от такой же термопары с температурами рабочего и свободного концов, равных соответственно 1'_в и То.