مقدمة:

في عمليات الإنتاج الصناعي، تُعد درجة الحرارة من أهم المعايير التي يجب قياسها والتحكم فيها. تُستخدم المزدوجات الحرارية (الثرموكبل) على نطاق واسع في قياس درجة الحرارة، لما تتميز به من مزايا عديدة، مثل بساطة هيكلها، وسهولة تصنيعها، ونطاق قياسها الواسع، ودقتها العالية، وقصورها الذاتي المنخفض، وسهولة نقل إشارات الخرج عن بُعد. بالإضافة إلى ذلك، ولأن المزدوجات الحرارية مستشعرات سلبية، فإنها لا تحتاج إلى مصدر طاقة خارجي أثناء القياس، كما أنها سهلة الاستخدام للغاية، لذا تُستخدم غالبًا لقياس درجة حرارة الغازات والسوائل في الأفران والأنابيب، ودرجة حرارة سطح المواد الصلبة.

مبدأ العمل:

عندما يُشكّل موصلان أو أشباه موصلات مختلفان (A وB) حلقة، ويكون طرفاها متصلين ببعضهما البعض، طالما أن درجات الحرارة عند الوصلتين مختلفة، بحيث تكون درجة حرارة أحد الطرفين (T)، والتي تُسمى الطرف العامل أو الطرف الساخن، ودرجة حرارة الطرف الآخر (T0)، والتي تُسمى الطرف الحر (وتُسمى أيضًا الطرف المرجعي) أو الطرف البارد، ستتولد قوة دافعة كهربائية في الحلقة، ويرتبط اتجاه ومقدار القوة الدافعة الكهربائية بمادة الموصل ودرجة حرارة الوصلتين. تُسمى هذه الظاهرة "التأثير الحراري الكهربائي"، وتُسمى الحلقة المكونة من موصلين "المزدوج الحراري".

تتكون القوة الدافعة الكهربائية الحرارية من جزأين، الجزء الأول هو القوة الدافعة الكهربائية التلامسية لموصلين، والجزء الآخر هو القوة الدافعة الكهربائية الحرارية لموصل واحد.

يرتبط حجم القوة الدافعة الحرارية الكهربائية في حلقة المزدوج الحراري فقط بمادة الموصل المُكوّنة له ودرجة حرارة الوصلتين، ولا علاقة له بشكله وحجمه. عند تثبيت مادتي قطبي المزدوج الحراري، تكون القوة الدافعة الحرارية الكهربائية تساوي درجتي حرارة الوصلتين t وt0. تكون الدالة ضعيفة.