قانون ترموکوپل فلزات واسطه : درک این نکته ضروری است که پدیده یک “اتصال مرجع” یک اثر اجتناب ناپذیر از بستن حلقه مدار الکتریکی در مدار ساخته شده از فلزات متفاوت است. این بدون در نظر گرفتن تعداد فلزات درگیر صحیح است. در مثال آخر ، فقط دو فلز درگیر بودند: آهن و مس. این یک اتصال آهن و مس (J1) در انتهای اندازه گیری و یک اتصال آهن و مس (J2) در انتهای نشانگر تشکیل شده است. به یاد بیاورید که اتصال مس-مس J3 هیچ نتیجه ای ندارد زیرا ترکیب فلزی یکسان آن هیچ ولتاژ حرارتی ایجاد نمی کند:
اما در مورد مدارهای ترموکوپل پیچیده تر ، که شامل بیش از دو نوع سیم است ، چه می گویم؟ چگونه می توانیم تعریف کنیم که “اتصال مرجع” چیست یا چگونه رفتار می کند ، هنگامی که بیش از دو اتصال فلزی متفاوتی در همان مدار داریم؟ به عنوان مثال از این نمونه از ترموکوپل نوع J استفاده کنید:
در اینجا سه محل اتصال ولتاژ داریم:
J1 آهن و ثابت ، J2 آهن و مس و J3 مس و ثابت.
پس از بازرسی اول ، به نظر می رسد وضعیت بسیار پیچیده تری نسبت به دو فلز (آهن و مس) داشتیم ، اما خوشبختانه وضعیت به همان سادگی است که قبلاً انجام شده بود به شرط آنکه دمای J2 و J3 برابر باشد ، که اگر این دو اتصال بسیار نزدیک یکدیگر (در ولت متر) واقع باشند صادق است. توجه: اتصالی از مس و کنستانتان به طور عادی اتصال ترموکوپل نوع T است. یک اصل مدارهای حرارتی الکتریکی به نام قانون فلزات میانی به ما کمک می کند تا این موضوع را به وضوح ببینیم مطابق این قانون ، فلزات میانی در یک سری اتصالات هیچ تاثیری در ولتاژ کلی (خالص) ندارند تا زمانی که آن اتصالات میانی همه در دمای یکسان باشند. به نمایندگی از این ، اثر خالص داشتن چهار فلز مختلف (A ، B ، C و D) به صورت سری به هم می پیوندد همان است که فقط داشتن اولین و آخرین فلز در آن سری (A و D) با یک اتصال متصل شوید ، اگر همه اتصالات میانی در همان درجه حرارت قرار دارند:
اثبات ساده قانون فلزات واسطه ممکن است بر اساس قانون حفظ انرژی انجام شود ، که یکی از اساسی ترین اصول در کل فیزیک است. در نظر بگیرید چه اتفاقی می افتد اگر بخواهیم به یک سری از سیم های فلزی متفاوت که در بالا به یک حلقه پیوسته نشان داده می شود بپیوندیم:
در این نمودار می بینیم که سیم ساخته شده از فلز “A” به یک رشته اتصالات فلزی تشکیل شده توسط فلزات “B” ، “C” و “D” متصل می شود. اگر همه این اتصالات فلزی متفاوتی در دمای یکسان قرار داشته باشند ، هیچ تفاوتی در دما در هیچ کجای مدار برای هدایت جریان وجود نخواهد داشت ، بنابراین ما انتظار داریم جریان موجود در این مدار صفر باشد. این مطابق قانون حفاظت از انرژی است که عبور جریان الکتریکی را از طریق سیم مقاومت ممنوع می کند بدون اینکه منبع محرکی آن را هدایت کند. بنابراین ، بر اساس این پیش فرض که باید انرژی صرفه جویی شود (یعنی اینکه یک جریان الکتریکی نمی تواند از هر مقاومت و بدون منبع جریان عبور کند) ، باید نتیجه بگیریم که اثر خالص تمام اتصالات فلزی متصل به سری در همان دما باید صفر باشد . به عبارت دیگر اتصالات AB ، BC ، CD و DA همه در دمای یکسان قرار دارند و به صورت سری متصل هستند باید ولتاژ صفر تولید کنند ، گویی این اتصالات همه به یک اتصال AA واحد کاهش می یابند که البته نمی تواند هیچ نیروی الکتریکی (ولتاژ) تولید کند. زیرا از فلزات متفاوت نیست. اگر قانون فلزات واسطه نادرست بود ، بدین معنی است که اتصالات ABCD برابر با محل اتصال تنها AD نیست ، به این معنی که آنها یک ولتاژ متفاوت از اتصال DA در انتهای سمت راست این مدار تولید می کنند (در حالی که در همین دما) ، و بنابراین این مدار مقداری ولتاژ خالص را ایجاد می کند تا یک جریان را بطور مداوم از طریق سیم مقاومتی به دلیل نقض قانون حفظ انرژی هدایت کند. از آنجا که ما می دانیم قانون حفاظت از انرژی پایه گذاری شده است (و ما نیز می توانیم چنین مدارهای حلقه فلزی متفاوت را بسازیم و از نظر تجربی جریان آنها را صفر تشخیص دهیم) ، ممکن است اطمینان داشته باشیم که قانون فلزات واسطه صحیح است. در مدار ترموکوپل نوع J ما که آهن و ثابت در هر دو ماده به مس متصل هستند ، مس را به عنوان یک فلز واسطه بین اتصالات J2 و J3 می بینیم. قرار گرفتن در کنار یکدیگر در دستگاه نشانگر ، دمای یکسان یک فرض معقول برای J2 و J3 است ، بنابراین ممکن است ما از قانون متال های متوسط استفاده کنیم و به سادگی اتصالات J2 و J3 را به عنوان یک اتصال مرجع آهن آهنی ثابت استفاده کنیم. به عبارت دیگر ، قانون فلزات واسطه به ما می گوید که می توانیم دو مدار زیر را به طور یکسان درمان کنیم:
اهمیت عملی این قانون این است که ما همیشه می توانیم اتصالات (های) مرجع را به عنوان یک اتصال واحد ساخته شده از همان دو نوع فلز به عنوان محل اتصال اندازه گیری کرد ، تا زمانی که تمام اتصالات فلزی متفاوت در محل مرجع در یک دما قرار بگیرند. این واقعیت در عصر مدارهای نیمه هادی بسیار مهم است ، جایی که اتصال یک ترموکوپل به یک تقویت کننده الکترونیکی شامل یک سری طولانی از اتصالات مواد متفاوت است. در اینجا ما تعداد زیادی اتصالات مرجع را مشاهده می کنیم ، که توسط اتصالات لازم از سیم ترموکوپل به بستر سیلیکون درون تراشه تقویت کننده تشکیل شده است:
در اینجا فلزات سیم ترموکوپل (نوع J – آهن و ثابت) را می بینیم که به یک جفت پیچ ترمینال برنجی متصل می شوند ، که به نوبه خود به صفحات مسی بر روی صفحه مدار چاپی می پیوندند ، که به سیم لحیم سرب / قلع می پیوندند ، که به آن وصل می شوند. سیمهای نازک ساخته شده از کوار ، که در ردپای طلا روی تراشه سیلیکونی خاتمه می یابند ، که به خود سیلیکون وصل می شوند. بدیهی است که هر یک از جفت های اتصالی تکمیل کننده در این حلقه سری ، یکدیگر را فسخ می کنند اگر هر جفت در دمای یکسان قرار داشته باشند (به عنوان مثال اتصال طلا-سیلیکون J12 کنسل را با اتصال سیلیکون-طلا J13 کنسل می کند زیرا آنها دقیقاً همان ولتاژ را با قطبهای مخالف تولید می کنند) ؛ اتصال Kovar-طلا J10 با همین دلیل لغو اتصال طلا-کووار J11 را لغو می کند. و غیره.). قانون فلزات میانی یک قدم جلوتر می رود با گفتن اتصالات J2 تا J13 که به صورت سری با هم جمع شده اند همان تأثیر یک اتصال مرجع آهنی و ثابت است. جبران اتصال مرجع به آسانی است به عنوان ضد ولتاژ ضد فشار که در این اتصالات آهن معادل آهن ثابت در هر اتصالی دما J2 از طریق J13 اتفاق می افتد.
