5-лаборатория иши термоэлэктрик термометрларнинг ишлаш принципини ўрганиш

5-ЛАБОРАТОРИЯ ИШИ
ТЕРМОЭЛЭКТРИК ТЕРМОМЕТРЛАРНИНГ ИШЛАШ ПРИНЦИПИНИ ЎРГАНИШ
Ишдан мақсад. Термоэлэктрик термометрлар ясаладиган материаллар ҳақида назарий ўрганиш, улар билан қўлланиладиган иккиламчи асбоблар ва ишлаш принципи билан яқиндан танишиш.

Назарий қисм. Ҳароратни ўлчашнинг термоэлектр термометр (терможуфт) усули термо ЭЮК нинг ҳароратга боғлиқлигига асосланган. Бу асбоб — 200°С дан + 2500°С гача бўлган ҳароратларни ўлчашда техниканинг турли соҳалари ва илмий-текшириш ишларида кенг қўлланади. Термоэлектр термометрлар ёрдамида ҳароратни ўлчаш 1821 йилда Зеебек кашф этган термоэлектр ҳодисасига асосланган. Бу ҳодисанинг ҳароратларни ўлчашда қўлланиш икки хил металл симдан иборат занжирда уларнинг кавшарланган жойида ҳароратлар фарқи ҳисобига ҳосил бўладиган ЭЮК эффектига асосланган.

Ҳар хил А ва В ўтказгичлардан иборат занжирни кўриб чиқамиз (1-расм).

1–расм. Икки ўтказгичли терможуфт
Терможуфтнинг ўлчанаётган муҳитга тегиб турган жойи, кавшарланган учи 1 иссиқ уланма, ўзгармас tо ҳароратли муҳитдаги жойи 2 эса (эркин учи) совуқ уланма дейилади. А ва В ўтказгичлар термоэлектродлар дейилади. Бундай кавшарланган ўтказгичлар эса терможуфт деб аталади, уларда ҳосил бўладиган электр юритувчи куч термоэлектр юритувчи куч (ТЭЮК) дейилади. ТЭЮК ҳосил бўлишининг сабаби эркин электронлар зичлиги кўпроқ металлнинг эркин электронлар зичлиги камроқ металлга диффузияси билан изоҳланади. Шу пайтда икки хил металлнинг бирикиш жойида пайдо бўладиган электр майдон диффузияга қаршилик кўрсатади. Электронларнинг диффузион ўтиш тезлиги электр майдон таъсирида уларнинг қайта ўтиш тезлигига тенг бўлганда ҳаракатли мувозанат ҳолати қарор топади. Бу мувозанатда А ва В металлар орасида потенциаллар айирмаси пайдо бўлади. Электронлар диффузиясининг жадаллиги ўтказгичлар бириккан жойнинг ҳароратига ҳам боғлиқ бўлгани сабабли биринчи ва иккинчи уланмаларда ҳосил бўлган ЭЮК ҳам турлича бўлади.

Агар кавшарланган ўтказгичлар бир хил бўлса ва уларнинг икки учи турлича ҳароратда қиздирилса, у ҳолда ўтказгичнинг иссиқроқ қисмидан совуқроқ қисмига бўш электронларнинг диффузияланиши тескари йўналишдаги диффузиясидан жадалроқ бўлади. Потенциаллар айирмаси электронларнинг иссиқлик диффузиясига тескар йўналишда таъсир қилади, бунинг натижасида мувозанат ҳолати қарор топгунча ўтказгичнинг иссиқроқ учи мусбат ишорада зарядланадн. Бинобарин, хар хил А ва В ўтказгичлардан ташкил топган энг содда термоэлектр занжирда тўртта турлича ТЭЮК ҳосил бўлади. Яъни иккита ТЭЮК А ва В ўтказгичларнинг кавшарланган учида; битта ТЭЮК А ўтказгичнинг учида; битта ТЭЮК В ўтказгичнинг учида. Шуни назарда тутиб, 1-расмда тасвирланган занжирдаги ТЭЮК катталигини аниқлаш мумкин. Занжирни соат стрелкаси ҳаракатига тескари йўналишда кузатсак, қуйидаги натижа чиқади:

(1)
бу ерда — икала фактор таъсиридаги жамланган ТЭЮК; — A ва B ўтказгичлар учидаги потецциаллар ҳамда ҳароратлар айирмаси натижасида ҳосил бўлган ТЭЮК.

Агар кавшарланган учларнинг ҳарорати бир хил бўлса, ТЭЮК нолга тенг бўлади, чунки иккала кавшарда ҳам ҳосил бўлган ТЭЮК нинг қиймати бир-бирига тенг бўлиб, ўзаро қарама-қарши томонга йўналган бўлади. Демак, t = бўлса

(2)

(3)
(3) натижани юқоридаги (1) формулага қўйсак, қуйидагига эга бўламиз:
(4)
Бу тенгламадан кўриниб турибдики, ТЭЮК иккита ўзгарувчан t ва ҳароратнинг мураккаб функциясидан иборат экан. Уланмалардан бирининг ҳарорати ўзгармас, масалан, = соnst бўлса, унда

(5)
Охирги ифода мазкур терможуфт учун даражалаш йўли билан ТЭЮК ва ҳарорат нисбатини топиш, ҳароратни ўлчаш масаласини тескари ечиш кераклигини, яъни терможуфтнинг ТЭЮК ини ўлчаш билан ҳароратнинг қийматини аниқлаш мумкинлигини билдиради.

Термоэлектр материаллар ва термоэлектр ўзгарткичлар. Турли ўтказгичларнинг ихтиёрий жуфти термоэлектр ўзгарткични ташкил этиши мумкин, аммо ҳар бир жуфтлик ҳам амалда қўлланишга ярайвермайди. Замонавий ўлчаш техникаси термоэлектр ўтказгичлар тайёрланадиган материалларга кўпдан-кўп талаблар қўяди, аммо бу талабларни жуда кам, сонли материалларгина қондиради. Асосий талаблар қуйидагилардан иборат: юқори ҳароратлар таъсирига чидамлилик, ТЭЮК нинг вақт бўйича ўзгармаслиги, унинг иложи борича катта қийматга эга бўлиши ва ҳароратга бир қийматли боғлиқлиги, қаршилик ҳарорат коэффициентининг катта бўлмаслиги катта электр ўтказувчанлик.

Барча материаллар ва қотишмалар учун ТЭЮК нинг ҳароратга функционал боғлиқлиги мураккаб бўлиб, уни аналитик ифодалаш анча қийин.

Платинородий — платина жуфти бундан истиснодир. Бу жуфтлик учун ТЭЮК билан ҳарорат орасидаги боғланиш 300 дан 1300°С гача бўлган ораликда, совуқ уланма ҳарорати 0°С бўлганда етарлича аниқликда параболага мос келади:

(6)
бу ерда, а b ва с — сурьма (630,5 °С кумуш (950, 8°С) ва олтин (1063°С) ларнинг қотиш ҳарорати буйича аниқланадиган доимийлар.

Термоэлектр термометр эркин учлари ҳароратининг ўзгаришини компенсациялаш усуллари терможуфт совуқ уланмалари ҳарорати ўзгармас бўлгандагина тўғри ўлчаш мумкин. Аммо бу ҳароратлар ўзгармас бўлиб қола олмайди. Шунинг учун, термометрнинг совуқ уланмасини ўлчаш объектидан нарироққа ҳароратнинг ўзгармас зонасига олиш лозим. Шу максадда махсус компенсацион (узайтирувчи) симлардан фойдаланилади. Юқорида айтилганидек, терможуфт билан ҳароратни ўлчашда терможуфтнинг эркин учларидаги ҳароратнинг ўзгаришига қараб тузатиш киритилади. Саноатда автоматик равишда тузатиш киритиш учун кўприк схемалар кўлланилади (2-расм).



2 – расм. Терможуфт эркин учларининг ҳароратини автоматик компенсациялаш схемаси
Кўприк терможуфтга кетма-кет уланади. Унинг R,1 R2, R3 қаршиликлари манганиндан, R4 эса мисдан ишланади. Rg қўшимча қаршилик кўприкка берилган кучланишни етарли даражада таъминлаб бериш учун ҳизмат қилади. Энергия ўзгармас ток манбаидан олинганда унинг ўзгаришига караб, кўприкни турлича даражаланган терможуфтлар билан ишлашга ростлаш мумкин.