Prinsip kerja termometer elektronik

Termometer termoelektrik menggunakan termokopel sebagai elemen pengukur suhu untuk mengukur gaya gerak termoelektrik yang sesuai dengan suhu dan nilai suhu ditampilkan oleh meter. Ini banyak digunakan untuk mengukur suhu di kisaran -200℃ ~ 1300℃, dan dalam keadaan khusus, dapat mengukur suhu tinggi 2800℃ atau suhu rendah 4K. Ini memiliki karakteristik struktur sederhana, harga rendah, akurasi tinggi, dan rentang pengukuran suhu yang luas. Karena termokopel mengubah suhu menjadi listrik untuk deteksi, akan lebih mudah untuk mengukur dan mengontrol suhu, dan untuk memperkuat dan mengubah sinyal suhu. Sangat cocok untuk pengukuran jarak jauh dan kontrol otomatis. Dalam metode pengukuran suhu kontak, penerapan termometer termoelektrik adalah yang paling umum.

DS-1
(1) Prinsip pengukuran suhu termokopel
Prinsip pengukuran suhu termokopel didasarkan pada efek termoelektrik.
Hubungkan konduktor A dan B dari dua bahan yang berbeda secara seri ke dalam loop tertutup. Ketika suhu kedua kontak 1 dan 2 berbeda, jika T>T0, gaya termoelektromotif akan dihasilkan dalam loop, dan akan ada jumlah tertentu dalam loop. Arus besar dan kecil, fenomena ini disebut efek piroelektrik. Gaya gerak listrik ini adalah "gaya gerak termoelektromotif Seebeck" yang terkenal, disebut sebagai "gaya gerak termoelektro", dilambangkan sebagai EAB, dan konduktor A dan B disebut termoelektroda. Kontak 1 biasanya dilas bersama, dan ditempatkan di tempat pengukuran suhu untuk merasakan suhu yang diukur selama pengukuran, sehingga disebut ujung pengukuran (atau ujung panas dari ujung kerja). Persimpangan 2 membutuhkan suhu konstan, yang disebut sambungan referensi (atau sambungan dingin). Sensor yang menggabungkan dua konduktor dan mengubah suhu menjadi gaya gerak listrik disebut termokopel.

Gaya thermoelectromotive terdiri dari potensial kontak dua konduktor (potensial Peltier) dan potensial perbedaan suhu dari satu konduktor (potensial Thomson). Besarnya gaya gerak termoelektromotif berhubungan dengan sifat-sifat kedua bahan konduktor dan temperatur sambungan.
Kerapatan elektron di dalam konduktor berbeda. Ketika dua konduktor A dan B dengan kerapatan elektron berbeda bersentuhan, difusi elektron terjadi pada permukaan kontak, dan elektron mengalir dari konduktor dengan kerapatan elektron tinggi ke konduktor dengan kerapatan rendah. Laju difusi elektron berhubungan dengan kerapatan elektron dari dua konduktor dan sebanding dengan suhu area kontak. Dengan asumsi bahwa kerapatan elektron bebas konduktor A dan B adalah NA dan NB, dan NA>NB, sebagai akibat dari difusi elektron, konduktor A kehilangan elektron dan menjadi bermuatan positif, sedangkan konduktor B mendapatkan elektron dan menjadi bermuatan negatif, membentuk listrik medan pada permukaan kontak. Medan listrik ini menghalangi difusi elektron, dan ketika keseimbangan dinamis tercapai, perbedaan potensial yang stabil terbentuk di bidang kontak, yaitu potensial kontak, yang besarnya adalah

(8.2-2)

Dimana konstanta k–Boltzmann, k=1,38×10-23J/K;
e–jumlah muatan elektron, e=1,6×10-19 C;
T–Suhu pada titik kontak, K;
NA, NB– masing-masing adalah kerapatan elektron bebas dari konduktor A dan B.
Gaya gerak listrik yang dihasilkan oleh perbedaan suhu antara kedua ujung konduktor disebut potensial termoelektrik. Karena gradien suhu, distribusi energi elektron berubah. Elektron ujung suhu tinggi (T) akan berdifusi ke ujung suhu rendah (T0), menyebabkan ujung suhu tinggi bermuatan positif karena kehilangan elektron, dan ujung suhu rendah bermuatan negatif karena elektron. Oleh karena itu, perbedaan potensial juga dihasilkan pada kedua ujung konduktor yang sama dan mencegah elektron menyebar dari ujung suhu tinggi ke ujung suhu rendah. Kemudian elektron berdifusi membentuk kesetimbangan dinamis. Beda potensial yang terbentuk saat ini disebut potensial termoelektrik atau potensial Thomson, yang berhubungan dengan suhu For

(8.2-3)

JDB-23 (2)

Dalam rumus, adalah koefisien Thomson, yang mewakili nilai gaya gerak listrik yang dihasilkan oleh perbedaan suhu 1°C, dan besarnya terkait dengan sifat material dan suhu di kedua ujungnya.
Rangkaian tertutup termokopel yang terdiri dari konduktor A dan B memiliki dua potensial kontak eAB(T) dan eAB(T0) pada kedua kontak tersebut, dan karena T>T0, terdapat juga potensial termoelektrik pada masing-masing konduktor A dan B. Oleh karena itu, total gaya gerak listrik termal EAB (T, T0) dari loop tertutup harus menjadi jumlah aljabar dari gaya gerak listrik kontak dan perbedaan suhu potensial listrik, yaitu:

(8.2-4)

Untuk termokopel yang dipilih, ketika suhu referensi konstan, gaya gerak listrik total menjadi fungsi bernilai tunggal dari suhu terminal pengukuran T, yaitu, EAB(T,T0)=f(T). Ini adalah prinsip dasar pengukuran suhu termokopel.


Waktu posting: 11-Jun-2021