Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Опис установки для дослідження вимірювання температури за допомогою термопари.

Кварцеву пробірку з водою розміщують в електричній печі. Другий кінець термопари знаходиться в дьюарі, де підтримується температура 0°С (рис.5). Термопара під’єднана до цифрового вольтметра. Покази вольтметра можуть фіксуватися персональним комп’ютером. Нагрівна піч живиться від стабілізованого джерела живлення.

Для градуювання термопари необхідно вимірювати значення ЕРС термопари для послідовності температур води, які фіксуються повіреним ртутним термометром.

Фізичний принцип роботи терморезистора

Відомо, що зміна температури приводить до зміни провідності чистих металів, сплавів і напівпровідників. Зокрема опір металів при зростанні температури зростає, оскільки рухливість носіїв заряду зменшується внаслідок зростання числа зіткнень з атомами кристалевої гратки. Навпаки, опір напівпровідників зменшується при зростанні температури. Опір металів при зміні температури на 1К змінюється приблизно на 0,4—0,6%, у напівпровідників відповідна зміна опору в 8—10 разів більше, ніж у металів.

Ця властивість металів і напівпровідників використовується для вимірювання температури. Прилади, що базується на залежності опору металів від температури, називаються термометрами опору, у разі напівпровідників — терморезисторами або термісторами. Вони є температурними датчиками, вхідною величиною яких є температура, а вихідною — опір. Термометри опору виготовляються з тонкого металевого дроту, намотаного на каркас з ізолюючого матеріалу. Вони мають лінійну характеристику . Чутливим елементом терморезистора є кристалічний напівпровідник, що має дуже малі розміри. Це робить терморезистори дуже зручними для медичних і біологічних досліджень. Внаслідок малих розмірів терморезистори володіють малою теплоємністю, що значно підвищує точність вимірювання температури. Істотним недоліком терморезистора є нелінійність його характеристики. Для вимірювання температури термометрами опору і терморезисторами їх заздалегідь градуюють, тобто будують графік залежності опору від температури t. В зв’язку з тим, що на практиці найчастіше користуються напівпровідниковими терморезисторами, із-за їх високої чутливості розглянемо детальніше фізичний принцип роботи терморезистора. Температурна залежність питомого опору напівпровідника визначається в основному зміною концентрації носіїв заряду, оскільки відносно слабкою зміною їх рухливості в більшості випадків можна нехтувати. На рис.6. приведена схема енергетичних рівнів напівпровідника. При абсолютному нулі температури всі енергетичні рівні валентної зони напівпровідника зайняті електронами. В цьому випадку валентні електрони не можуть брати участь в електричному струмі, оскільки будь-який їх рух пов'язаний із збільшенням енергії і, отже, з переходом на вищий енергетичний рівень, що неможливе в межах валентної зони. Тому при Т = 0 К напівпровідник подібний ізолятору, і його провідність рівна нулю. Для переходу електрона в зону провідності власного (бездомішкового) напівпровідника необхідно надати йому енергію, що рівна ширині забороненої зони . Таку енергію валентні електрони можуть одержати, якщо кристал нагріти до деякої температури. Завдяки наявності вільних рівнів в зоні провідності, електрони що перейшли туди зможуть рухатися під дією електричного поля (рис.6). Відмітимо, що провідність напівпровідника в даному випадку буде обумовлена не тільки наявністю електронів в зоні провідності, але і появою дірок у валентній зоні. Імовірність переходів електронів з валентної зони в зону провідності, а, отже, і число вільних електронів, що утворилися, і дірок значно (по експоненціальному закону) ш зростають із збільшенням температури: , де – концентрація вільних електронів (індекс i указує на те, що напівпровідник власний; відмітимо, що у власному напівпровіднику концентрація вільних дірок рівна концентрації вільних електронів p_i = n_i, – ширина забороненої зони, яка, власне кажучи, сама залежить від температури, Т – абсолютна температура, - стала Больцмана. Якщо в напівпровіднику є домішки, то це приводить до утворення енергетичних рівнів усередині забороненої зони. Домішкові атоми навіть при відносно низьких температурах можуть поставляти електрони в зону провідності (в цьому випадку домішка називається донорною, а напівпровідник - n-типу) або дірки у валентну зону (домішка називається акцепторною а напівпровідник - p-типу), оскільки енергія, яка необхідна для цього, значно менше ширини забороненої зони
напівпровідників.