10. Термопары.

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на возникновении электро-движущей силы (э.д.с.) в цепи, составленной из разнородных проводников при неравенстве температур в местах соединения проводников.

Термоэлектрический преобразователь (термопара) - это пара соединенных одним концом проводников из разнородных металлов или сплавов, который помещается в место измерения температуры и называется рабочим концом. Термо-э.д.с. снимается со свободных концов, соединение которых с внешней цепью обычно выполняется «под винт». Для измерения температуры среды необходимо знать зависимость термо-э.д.с. от температуры для материалов, из которых изготовлена термопара, и температуру свободных концов термопары. Термопара измеряет суммарную температуру: рабочего спая и свободных концов (или «холодного спая»). Если температура свободных концов отличается от нуля, то необходимо учитывать поправку на температуру «холодного спая». При практических измерениях температура среды определяется в следующем порядке:

1. измеряется результирующая э.д.с.;

1. определяется величина поправки на температуру свободных концов;

1. вычитается из результирующей э.д.с. э.д.с. поправки и определяется температура среды.

На практике для решения этой задачи обычно применяют тот или иной способ компенсации температуры «холодного спая» (вручную или автоматически), так как обеспечить постоянство температуры свободных концов (термостатирование) в промышленных условиях достаточно сложно и неудобно.

Поскольку длина проводников термопары обычно не превышает 10-15м, применяют удлинительные провода, изготовляемые из специальных сплавов, характеристики которых совпадают с характеристиками материалов проводников термопары в диапазоне температур от -50 до +50С. Такие провода называют компенсационными. Отличие характеристик вносит дополнительную погрешность при измерении температуры.

В промышленности используется большое количество разного вида термопар.

Рассмотрим стандартные термопары, т. е. те, которые имеют стандартизованные градуировки (ГОСТ Р 8.585-2001 Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования. Введен в действие с 21.11.2001). Градуировка стандартной термопары - зависимость термо-э.д.с. от температуры - представлена в ГОСТе в виде таблиц с шагом в один градус при условии, что температура «холодного» спая равна 0С. Температурный диапазон от 3 до 3000 К (от минус 270 до плюс 2727 С). Номинальные статические характеристики (НСХ) всех видов термопар имеют нелинейность. Наиболее часто встречаются следующие термопары.

Вольфрам-рениевая ТВР (А-1, А-2, А-3) работает в наиболее высокой области температур (0...2500 С), но имеет слабую устойчивость к окислению и должна использоваться в вакууме, в атмосфере водорода или инертного газа.

Платино-родиевые ТПР (B, S, R) имеют высокую устойчивость к окислению и коррозии, но присутствие в атмосфере водорода, углерода, серы, фосфора или паров металлов вызывает загрязнение термопары. Имеет наименьшую погрешность, но из-за очень малой э.д.с. применяется в основном для измерения высоких температур (до 1800С).

Термопары хромель-копель ТХК (L), хромель-константан ТХК (Е) имеют наиболее высокую крутизну характеристики (мкВ/С), могут использоваться в окислительной среде или атмосфере инертного газа, но взаимодействуют с серой, плохо работают при повышенных температурах в низкокислородных средах, в вакууме или при пониженном давлении. Применяются, как правило, в защитных оболочках. Диапазон температур от минус 200 до 900С.

Термопара хромель-алюмель ТХА (К) характеризуется достаточно большой термо-э.д.с., практически линейно зависящей от температуры. Может работать в чистом кислороде или в атмосфере инертного газа, не может работать при повышенных температурах в вакууме, легко корродирует в низкокислородной среде. Диапазон температур от минус 200 до 1300С.

Термопара железо-константан ТЖК (J) хрупкая при температуре меньше 0С, может работать при пониженном давлении, в вакууме, неустойчива к парам серы. Диапазон температур от минус 200 до 900С.