§ 85. Измерение температуры с помощью термоэлементов.

Самым важным применением металлических термоэлементов является их использование для измерения температуры. Если один из спаев термоэлемента поддерживать при неизменной температуре, например при комнатной или, в случае более точных измерений, при температуре тающего льда, то термо-э.д.с. элемента будет зависеть исключительно от температуры второго спая. Если такой термоэлемент проградуировать, т. е. определить точную зависимость термо-э.д.с. от разности температур спаев, то, измеряя термо-э.д.с., развивающуюся в элементе, можно точно определить температуру тела, которого касается второй спай. На рис. 138 показано устройство технического термоэлемента (термопары).

Рис. 138. Техническая термопара, употребляемая для измерения температуры топочных газов. Спай из платиновой проволоки и проволоки из платинородия помещается в зону высокой температуры («горячий спай»). Для предотвращения химического действия горячих газов на термопару спай защищен фарфоровой трубкой 1. Свободные концы проволок подведены к зажимам 2 и 3, которые присоединяются к гальванометру, проградуированному в градусах Цельсия

Термопары для измерения температуры обладают перед обычными термометрами большими преимуществами. При помощи термопар можно измерить весьма высокие температуры (до 2000°С и даже выше), при которых применение жидкостных термометров невозможно. Точно так же термопары можно с успехом применять и для очень низких температур, при которых все известные термометрические жидкости замерзают. С термопарами можно получить весьма высокую точность измерения температур, определяемую точностью измерения термо-э.д.с. и намного превышающую точность жидкостных термометров.

Очень существенно то, что термопары гораздо быстрее реагируют на изменения температуры. Громадное значение в технических установках имеет и то обстоятельство, что термопары дают возможность измерения температур на значительных расстояниях. Гальванометр может быть установлен даже на расстоянии нескольких километров от термоэлемента. Поэтому термопары весьма часто применяются в технических контрольно-измерительных приборах и автоматах (самопишущих термометрах, пожарных сигнализаторах и т. п.), а также и при научных исследованиях. Особый научный интерес представляет применение термопар при измерении очень малых разностей температур. Применяя чувствительные устройства для измерения малой разности потенциалов, мы можем с помощью термопар измерить разности температур вплоть до миллионных долей кельвина.

Благодаря этой высокой чувствительности такие устройства могут быть использованы для измерения интенсивности различных видов видимого или невидимого излучения по производимому им тепловому действию (нагреванию). Направляя излучение на один из спаев термопары, мы вызовем его нагревание, тем большее, чем интенсивнее излучение. Измеряя возникающую разность температур, мы можем сделать заключение об интенсивности излучения.

Как мы уже указывали (табл. 6), термо-э.д.с., развивающаяся в отдельном термоэлементе, очень мала. Поэтому для получения более значительных термо-э.д.с. отдельные термоэлементы часто соединяют в термобатареи. Схема устройства термобатареи изображена на рис. 139. Стержни или проволоки из двух различных металлов заштрихованы различно. Все спаи  поддерживаются при одной температуре, а все спаи  – при другой. Отдельные термоэлементы оказываются соединенными последовательно, и поэтому термо-э.д.с. батареи из  элементов в  раз больше, чем у одного термоэлемента.

Рис. 139. Схема термобатареи

Такие термобатареи применяются главным образом для измерения интенсивности какого-нибудь видимого или невидимого излучения по производимому им нагреванию. Употребляющиеся для этого термоэлектрические радиометры или термостолбики содержат маленькую термобатарейку, часть спаев которой, например все четные спаи, обращена в сторону излучения, а все нечетные находятся с задней стороны прибора и не подвергаются действию излучения. Падающее на открытые спаи излучение нагревает их, и температура защищенных и незащищенных спаев оказывается различной, отчего в гальванометре, присоединенном к термостолбику, возникает термоток. Чувствительность таких приборов может быть сделана весьма высокой, например можно обнаружить тепловое излучение человеческого тела (рис. 140).

Рис. 140. Термоэлектрический радиометр. Тепловое излучение (от руки) падает на термобатарейку 1; возникающий термоток отклоняет зеркальце чувствительного гальванометра 2 и зайчик от лампы 3, отраженный зеркальцем на шкалу 4, изменяет свое положение

Таким образом, чувствительные термопары могут служить для обнаружения даже не очень сильно нагретых тел, находящихся на некотором – иногда довольно значительном – расстоянии от наблюдателя. Такие приборы имеют не только очень важные чисто научные применения, но и лежат в основе применяющихся на практике методов так называемой термопеленгации, т. е. обнаружения на расстоянии (например, с самолетов) городов, заводов, пароходов и т. п. по их тепловому излучению.

85.1. Один из спаев котельной термопары (платина-платинородий) помещен в печь, а другой спай находится при температуре 0° С. Гальванометр, соединенный с термопарой, показывает ток  А. Какова температура печи, если сопротивление термопары равно 10 Ом, а сопротивление гальванометра, включая соединительные провода, равно 90 Ом? Воспользуйтесь табл. 6.