Hiệu ứng Nhiệt điện - Giáo Trình Kỹ Thuật Cảm Biến

Phương phỏp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trờn cơ sở hiệu ứng nhiệt điện. Người ta nhận thấy rằng khi hai dõy dẫn chế tạo từ vật liệu cú bản chất hoỏ học khỏc nhau được nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kớn và nhiệt độ hai mối hàn là t và t0 khỏc nhau thỡ trong mạch xuất hiện một dũng điện. Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện động nhiệt điện. Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, cũn đầu thứ hai để hở thỡ giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế. Hiện tượng trờn cú thể giải thớch như sau:

Trong kim loại luụn luụn tồn tại một nồng độ điện tử tự do nhất định phụ thuộc bản chất kim loại và nhiệt độ. Thụng thường khi nhiệt độ tăng, nồng độ điện tử tăng. Giả sử ở nhiệt độ T0 nồng độ điện trở

trong A là NĂt0), trong B là NB(t0) và nhiệt độ T nồng độ điện trở trong A là NĂt),

trong B là NB(t), n u NĂt0) > NB(t0) thỡ núi chung NĂt) > NB(t).

Xột đầu làm việc (nhiệt độ t ), do NĂt)T1 > NB(t) nờn cú sự khuyếch tỏn điện tử từ A→ B và ở chỗ tiếp xỳc xuất hiện một hiệu điện thế eAB(t) cú tỏc dụng hạn chế sự khuyếch

Tương tự tại mặt tiếp xỳc ở đầu tự do (nhiệt độ t ) cũng xuất hiện một hiệu

Hỡnh 3.5 sơ đồ nguyờn lý cặp nhiệt

ngẫu t0 t A B 1 2

Giữa hai đầu của một dõy dẫn cũng cú chờnh lệch nồng độ điện tử tự do, do đú cũng cú sự khuếch tỏn điện tử và hỡnh thành hiệu điện thế tương ứng trong A là eĂt,t0) và trong B là eB(t,t0).

Sức điện động tổng sinh ra do hiệu ứng nhiệt điện xỏc định bởi cụng thức sau: Phương trỡnh gọi là phương trỡnh cơ bản của cặp nhiệt ngẫụ Từ phương trỡnh nhận thấy nếu giữ nhiệt độ t0 = const thỡ

Chọn nhiệt độ ở một mối hàn t0 = const biết trước làm nhiệt độ so sỏnh và đo sức điện động sinh ra trong mạch ta cú thể xỏc định được nhiệt độ t ở mối hàn thứ haị

Sức điện động của cặp nhiệt khụng thay đổi nếu chỳng ta nối thờm vào mạch một dõy dẫn thứ ba (hỡnh 1.26) nếu nhiệt độ hai đầu nối của dõy thứ ba giống nhaụ

Thật vậy: Trong trường hợp a: E ABC (t, t 0 ) = e AB (t) + e BC (t 0 ) + e CA (t 0 ) Vỡ: Nờn: e AB (t 0 ) + e BC (t 0 ) + e CA (t 0 ) = 0 E ABC (t, t 0 ) = e AB (t) − e AB (t 0 )

Hỡnh 3.6 Sơ đồ nối cặp nhiệt với dõy dẫn thứ 3

Trường hợp b:

E ABC (t, t 1 , t 0 ) = e AB (t) − e AB (t 0 ) + e BC (t 1 ) + e CB (t 1 ) e BC (t 1 ) = −e CB (t 1 )

E ABC (t, t 0 ) = e AB (t) − e AB (t 0 )

Nếu nhiệt độ hai đầu nối khỏc nhau sẽ làm xuất hiện sức điện động ký sinh.