![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Термоелектричні термометри
Принцип дії термоелектричних термометрів (термопар) грунтується на ефекті виникнення електрорушійної сили (ЕРС) в замкнутому ланцюгу, який складається із різнорідних провідників А і В (рис. 4.12), при умові, що місця їхніх з’єднань мають різну температуру. Ефект був відкритий російським вченим Епінусом та німцем Зеебеком і пояснюється тим, що виникнення ЕРС (або її ще називають контактною різницею потенціалів) пов’язане з вільними електронами в металах, які переміщуються з металу, де їх концентрація більша, в метал, у якого концентрація електронів менша. Значення цієї ЕРС, яку називають термоелектрорушійною силою (ТЕРС) і зображують як Е(tx, t0), залежить: - від матеріалу провідників, що з’єднані; - від різниці температур місць з’єднань провідників (дротів): tx – температура робочого (гарячого) спаю, який розміщується в об’єкті, температуру якого вимірюють, та t0 – температури холодного спаю (вільних кінців), що виведені ззовні з об’єкту і знаходиться в місці з постійною температурою. Для виготовлення термопар можуть використовуватись будь-які метали, при умові наявності різної концентрації вільних електронів в них, але на практиці використовують матеріали, які забезпечують найбільш можливе значення ТЕРС. Значення такої ТЕРС можна виміряти, наприклад, мілівольтметром постійного струму з достатньою чутливістю, який ввімкнений в розрив проводу В, або в розрив холодного спаю ланцюга. Найбільше розповсюджені наступні типи стандартних термопар (першим в запису вказується електрод з надлишком електронів і який, після їхнього переміщення до другого електроду термо- пари, має позитивний заряд): 1) Платинородій (склад: 10% родію та 90% платини) – платинові. Позначення термопари ТПП, а її градуювальної характеристики ПП (S – міжнародне). Діапазон вимірювання: –20...+1600°С. Розділяються на еталонні, зразкові робочі. Надійно працюють в нейтральному та окислюваному середовищі. На платину шкідливо діють пари металів та вуглецю. Є кращими за комплексною оцінкою до 1600°С. Виготовляються із проводу діаметром 0, 5...1мм. Розвивають ТЕРС – 0, 1...13, 13мВ. 2) Платинородій (30% родію) – платинородієві ( 6% родію ). Позначення: ТПР, а градуювальних характеристик ПР(В). Діапазон вимірювання: до 600 - 1800°С. Не потребують введення поправки на температуру холодних спаїв, так як при t=20°С мають мале значення ТЕРС 0, 002мВ. 3) Хромель – алюмелеві. Х ромель - сплав хрому та нікелю (8¸ 10 % Сr, а залишок - Ni). Алюмель – сплав нікелю (основа 4) Хромель – копелеві. Копель – сплав міді (Cu є основа – 56%) та Ni (43%) + Mn (0, 5% - марганцю). Позначення термопари та градуювальної характеристики: ТХК, ХК (Е). Діапазон вимірювання: -200°С ¸ +600°С та розвивають найбільшу ТЕРС – 7мВ на кожні 100°С. 5) вольфрамреній (5% - Re) – вольфрамренієві (26% - Re). Позначення термопари та градуювальної характеристики: ТВР (С), ВР –5/20. Діапазон вимірювання: 0°С...+2300°С. 6) Залізо-констатанові. Констатан - сплав Cu та Ni. Позначення термопари та градуювальної характеристики І. Діапазон вимірювання: –210 ¸ +1200°С. Абсолютна похибка Dt вимірювання складає не більше ±2, 2°С. 7) Мідь-констатанові. Позначення термопари та градуювальної характеристики Т. Діапазон вимірювання: –270 ¸ +400°С. Абсолютна похибка Dt вимірювання складає не більше Dt=±1°С.
тип ТПР
E(t0, 0) tx tx а) б) Рис.3.13. Загальний вигляд характеристик перетворення термопар. Висока точність вимірювання температури за допомогою термопари буде забезпечена, тільки при достатньо точній фіксації температури t0 холодного спаю в посудині Дьюара з льодом, який (t0=0°С) та є, або розміщують в термостат автоматично стабілізуючою температурою. Якщо температура вільних кінців термометра = 0°С, то вимірювана температура визначається безпосередньо із градуювальної характеристики. Градуювальні характеристики термопар стандартизовані. Вони є статичними характеристиками перетворення і показують залежність ТЕРС термопари від температури робочих кінців (робочого спаю) при температурі холодного спаю, що дорівнює 0°С. Градуювальні характеристики є індивідуальними для кожного типу термопар і їхній загальний вигляд для основних типів термопар приведений на рис. 3.13, б. Якщо температура вільних кінців t0 ¹ 0 (рис. 3.13, а), то для отримання значення ТЕРС Е(tx, 0) необхідно до Е(tx, t0), тобто, ТЕРС, що розвиває термопара, додати значення ТЕРС E(t0, 0), яке розвиває термопара при значенні температури гарячого спаю t0 та значенні температури холодного спаю = 0°С: E(tx, 0) = E(tx, t0) + E(t0, 0). ( 4.18) При відхиленні температури холодного спаю від 0 в сторону збільшення, до значення t0, ТЕРС, що розвиває термопари, зменшується із-за збільшення температури (холодного спаю)вільних кінців до t0. В простих випадках використовується, так зване, пряме ввімкнення термопари, коли в комплекті з термопарою (в якості вторинного приладу, що вимірює ТЕРС) використовується мілівольтметр (електровимірювальний прилад магнітоелектричної системи), шкала якого градуююється в 0°С при температурі холодного спаю, як правило, що дорвнює 0°С. Якщо в умовах використання ця температура інша, то в покази приладу необхідно вводити поправки (проводити інтерполяцію), тому що в іншому випадку такі вимірювання будуть супроводжуватися великими похибками. Різні термопари розвивають різні ТЕРС при однакових температурах як гарячого спаю, так і холодного. Існують декілька методів вирахування поправок і усунення похибок. Один із методів є розрахунковий і його формула в загальному має вигляд:
де Ефективним методом усунення похибки від впливу зміни температури холодного спаю є використання компенсаційних дротів, які входять в комплект термопари, і які служать для відведення холодного спаю на певну відстань, де можливе його розташування в зоні постійної температури. Компенсаційні дроти виробляються в більшості із тих же металів, що і електроди. Одним із найбільш ефективних, є метод використання мостових схем для введення поправок на нестабільність температури холодного спаю при зміні температури навколишнього середовища. Термопару і вимірювальний (вториний) прилад ВП вмикають послідовно з вимірювальною діагоналлю мостової схеми з опорами
Рис.3.14. Схема для введення поправок на нестабільність температури холодного спаю термопари (а) та батарейне иввімнення термопар (б).
При початковій температурі Із наведених типів термопар, видно, що термоелектрорушійна сила, яку розвиває термопара, як правило, сягає одиниць, а в кращому випадку десятки мВ. Для її збільшення використовують батарейне ввімкнення Розглянуті схеми ввімкнення термопар називають схемами прямого ввімкнення і використовуються у вимірювальних пристроях невисокої точності. Для забезпечення вимірювання температури з високою точністю використовуються схеми приладів, які побудовані за схемами компенсаційного типу (потенціометричні).
|