4.1. Стандартные термоэлектрические преобразователи

Любые два разнородные проводника могут образовывать термопару, но не любая термопара может использоваться для практических температурных измерений. К материалам для термопар (термоэлектродным материалам) предъявляется ряд требований: жаропрочность, химическая стабильность, воспроизводимость материалов (для обеспечения взаимозаменяемости термопар), заключающаяся в одинаковой зависимости термоЭДС термопары от температуры.

В таблице 4 приведены основные стандартные промышленные темопреобразователи.

Таблица 4

Тип термо- пары Буквенное обозначе-ние НСХ Материал термоэлектродов Коэффициент термоЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С) Диапазон рабочих температур, °С Предельная температура кратковре- менно, °С положительного о положительного отрицательного ТЖК J Железо Сплав константан 50÷64 (0−800) от -200 до +700 900 ТХА К Сплав хромель Сплав алюмель 35÷42 (0−1300) от -200 до +1000 1300 ТМК Т Медь Сплав константан 40÷60 (0−400) от -200 до +350 400 ТХКн Е Сплав хромель Сплав константан 59÷81 (0−600) от-200 до +700 900 ТХК L Сплав хромель Сплав копель 64÷88 (0−600) от -200 до +600 800 ТНН N Сплав нихросил Сплав нисил 26÷36 (0−1300) от -270 до +1300 1300 ТПП13 R Сплав платина-родий (87%Pt + 13%Rh) платина (Pt) 10÷14 (600−1600) от 0 до +1300 1600 ТПП10 S Сплав платина-родий (90% Pt + 10% Rh) платина (Pt) 10÷14 (600−1600) от 0 до +1300 1600 ТПР В Сплав платина-родий (70% Pt + 30% Rh} Сплав платина-родий (94% Pt+6%Rh) 10÷14(1000−1800) от 600 до+1700 1800 ТВР А-1 А-2 А-3 Сплав вольфрам-рений (95% W + 5% Re) Сплав вольфрам-рений (80% W+20% Re) 14÷7 (1300−2500) от 0 до +2200 2500

Зависимость развиваемой термопреобразователем термоЭДС от температуры рабочего спая t при нулевой температуре свободных концов

t₀ = 0 °C (т.е. Е(t,0) = f(t)) называется номинальной статической характеристикой преобразователя (НСХ). Она задается в виде градуировочных таблиц или формул и обозначается условным символом в русском и международном обозначении. В соответствии с ГОСТ Р50431-92 в настоящее время для обозначения НСХ должны использоваться только латинские буквы. На условных графических изображениях положительный электрод обозначается тонкой линией, отрицательный - толстой.

На рис.13 показаны НСХ основных типов промышленных термопар.

Рис. 13. Номинальные статические характеристики различных типов термопар

В реальных условиях эксплуатации термопар температура свободных спаев обычно не равна нулю. Более того, эта температура может изменяться при изменении режима работы установки и в зависимости от погодных условий. Это приводит к варьированию показаний вторичного прибора пропорционально изменению температуры свободных концов термопары. Очевидно, что для устранения этой погрешности измерения температуры следует вынести свободные спаи в зону с постоянной температурой с помощью стандартных удлиняющих или компенсационных проводов и скорректировать показания на величину этой температуры.

Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды термопары, но с более низкими требованиями по качеству материалов. Компенсационные провода изготавливаются из совершенно других материалов, чем термоэлектроды и применяются для термопар из благородных металлов.

В качестве примера рассмотрим два варианта подключения термоэлектрического преобразователя ко вторичному прибору (рис.14). Предположим, что измеряется температура некоторого объекта, имеющего температуру 300 °С. Температура свободных концов термопары В и С равна 100 °С. Температура в месте установки вторичного прибора равна 30 °С, поэтому температура на его входных контактах D и E также будет равна 30 °С. В первом случае (рис.14,а) соединение термопары с прибором выполнено медным монтажным проводом длиной L1, следовательно свободные концы термопары находятся в точках В и С. Показания прибора будут равны 200 °С. Во втором случае (рис.14,б) соединение выполнено проводами с проводами из тех же материалов, что и электроды термопары. Очевидно, что при таком подключении свободные концы термопары находятся в точках D и E, т.е. на входных контактах измерительного прибора. Показания прибора будут равны 270 °C.

При использовании удлиняющих проводов следует строго соблюдать полярность подключения. Например, нельзя хромелевый электрод удлинять константановым, а алюмелевый медным.

Характеристики удлиняющих проводов приведены в таблице 5.

а) б) Рис. 14. Применение удлиняющих проводов

Таблица 5

НСХ	Наименование пары жил	Обозначение	Максимальная рабочая температура, °С	Погрешность, °С
К	Медь – константан	М	100	5,5
К	Медь – титан / медь – никель	МТ – НМ	300	4,9
L	Хромель / копель	ХК	100	3,3
R	Медь / сплав ТП	П	100	2,4
А	Медь / медь - никель	М – МН	100	4,2