Qu'est-ce qu'un thermocouple et comment ça marche

Les thermocouples existent en raison d'un phénomène tel que la différence de potentiel de contact. Si deux conducteurs solides ou semi-conducteurs différents sont mis en contact étroit l'un avec l'autre, des charges électriques séparées se forment au voisinage du lieu de leur contact. Dans ce cas, aux extrémités externes de ces conducteurs, une différence de potentiel se produit. Cette différence de potentiel sera égale à la différence de la fonction de travail pour chaque métal divisée par la charge d'électrons

Il est clair que si vous fermez une telle paire dans un anneau, alors le champ électromagnétique résultant sera nul, mais si, d'une part, il est toujours laissé ouvert, alors il y aura un véritable champ électromagnétique, allant des dixièmes de volt aux unités de volts, selon ce que c'est pour les matériaux.

Bien sûr, il n'est pas possible de mesurer la différence de potentiel de contact avec un voltmètre, cependant, il se manifestera sur la caractéristique courant-tension, par exemple, il se manifeste dans un transistor et dans la diode sur la jonction p-n.

L'essentiel, c'est que lorsque, par exemple, deux métaux entrent en contact, le système se déséquilibre parce que les potentiels chimiques de ces deux métaux ne sont pas égaux, de sorte que les électrons diffusent dans le sens de la diminution de leur énergie, ce qui entraîne à son tour un changement de charge et potentiel électrique des métaux en contact. Ainsi, dans la région de quasi-contact, la croissance du champ électrique commence et, par conséquent, nous avons ce que nous avons.

Si maintenant nous considérons à nouveau ces deux conducteurs de métaux différents, uniquement fermés dans un anneau, lorsque la FEM totale dans le circuit fermé devient nulle, alors nous obtenons deux emplacements de contact. Nous appellerons ces lieux des jonctions.

Il y a donc deux jonctions de deux conducteurs différents. Et si vous essayez de réchauffer l'une des jonctions et de laisser la seconde à température ambiante? De toute évidence, étant donné que les métaux connectés sont différents et qu'il existe une différence de potentiel de contact dans chaque joint, les jonctions subiront différentes déviations EMF à différentes températures.

L'expérience prouve que la différence de potentiel entre les jonctions sera proportionnelle à la différence de leurs températures, de sorte que vous pouvez entrer le coefficient de proportionnalité, qui est appelé thermo-EMF. Pour différents thermocouples, le thermo-EMF sera différent.

Si la tension est mesurée dans le cadre d'un tel anneau, alors dans une certaine plage de température, elle sera presque strictement proportionnelle à la différence de température des jonctions. Et même si vous ne laissez qu'une seule jonction (comme sur la figure), que vous la chauffez et que vous mesurez la tension entre deux extrémités situées à la même température ambiante, vous pouvez toujours trouver une dépendance très claire de l'EMF à la température de jonction actuelle. C'est ainsi que fonctionnent les thermocouples.

Le phénomène décrit se réfère à la thermoélectrique, et l'effet lui-même, sur la base duquel fonctionnent tous les thermocouples, est appelé Effet Seebeck, en l'honneur de son découvreur - Thomas Seebeck. Aujourd'hui, vous pouvez trouver des thermocouples industriels dans lesquels, en fonction de la plage de température mesurée requise, les électrodes sont fabriquées à partir d'alliages spécialement sélectionnés.

Par exemple, les thermocouples en alliages chromel et alumel ont un coefficient thermo-électromagnétique de 40 microvolts par ° C et sont conçus pour mesurer des températures comprises entre 0 et + 1100 ° C. Une paire de cuivre-constantan, si populaire comme outil de démonstration, vous permet de mesurer des températures de -185 à + 300 ° C.

Son thermo-EMF dépend fortement de la différence de température spécifique.Par conséquent, pour évaluer ses paramètres, il est pratique d'utiliser le tableau, par exemple, à une température de jonction froide de 0 ° C, à une différence de température de 100 degrés, la différence de potentiel de la paire cuivre-constantan sera d'environ 4,25 mV.