30. Термоэлектрические термометры. Принцип д/ия, конструкция, материалы. Характеристики. Измерение термо-эдс.

Термоэлектрические термометры (термопары) – пр-и д/ия основан на термоэлектрическом эффекте. Тетмоэл-кий преобразователь пред. собой цепь, состоящую из 2-ух соединенных м/ду собой разнородных проводников (термоэлектродов) А и В.

М еста их соединения наз. спаями. Если температуры спаев t и t₀ не равны, то в замкнутой цепи потечёт эл. ток. При размыкании такой цепи на ее концах м.б. измерена термоЭДС. Термоэлектрод, от кот. в спае с меньшей t ток будет идти к 2-ому термоэлектроду, считается «+» А, а 2-ой – «-» В.

Термо-ЭДС:

Е_АВ(t, t_O) = e_AB(t) - e_AB(t_O),

где e_AB(t, t_O) – контактные разности.

Спай, погруженный в объект измерения температуры, наз. рабочим или горячим, а спай вне объекта – свободным или холодным.

Статическая хар-ка термопары не м.б. получена аналитически, она устан-ся экспериментально.

Требования к материалам и электородам:

1. Однозначное и близкое к линейной зав-ти термо-ЭДС от Т;

2. Жаростойкость и мех. прочность для измерения высоких Т;

3. Хим. инертность;

4. Термоэлектрическая однородность материала проводника по длине; технологичность изготовления и дешевизна;

5. Стабильность и воспр-ть термоэлектрических св-в. Это позволяет создать станд-ные градуировки ХК.

Измерение термо-ЭДС.

Пр-п д/ия основан на уравновешивании (компенсации) неизвестной ЭДС известным падением напряжения, которое создается током от дополнительного источника.

Компенсационный м-д измерения ТЭДС наиб. точен из-за отсутствия тока в цепи в момент измерения. Для контроля постоянства рабочего тока I_R предусмотрен дополнительный контур III - контур нормального элемента. Нормальный эл-т выдает образующую меру ЭДС, сохраняющую постоянное значение. При установке ключа в положение К проводят корректировку рабочего тока. Для этого с помощью реостата R_P изменяют ток в контуре 1, пока стрелка индикатора не установится на 0. При этом:

Ен.э. = Rк . Iр,

где Ен.э. – ЭДС нормального эл-та.

Далее переключается ключ с положения I и перемешается движок реохорда до установления стрелки индикатора на 0.

Е_АВ(t, t_O) = Ен.э. (Rp / Rк) (Lаб / Lас) = К lаб

Т.о. измерение ТЭДС сводится к измерению длины lаб участка реохорда, кот. проградуирована в 1-х напряжениях.

Такие потенциометры имеют класс точности от 0,005 до 0,02 и использ-ся в лаб. исследованиях.

1) Автоматические потенциометры – класс точности 0,2-0,5%. Они

выиукаются в сист-х конструк-х модиф-ях, а некоторые модели имеют встроенные регуляторы.

2) Милливольтметры – измеряют ТЭДС термопары и благодаря современных усилителей удалось резко улучшить их точностные хар-ки.

Динамич. хар-ки контактных термометров.

При резком изменении измеряемой Т соотв-щее значение выходного сигнала термометра устан-ся не мгновенно, а лишь через некоторое время, в соответствие тепловой инерции термометра. Динамич. хар-ки зав. от конструкции термометра и условий его теплообмена с окр. средой.

1 – чувствительный элемент

2 – корпус термометра

3 – защитный чехол

Временная хар-ка термометра в 1-ом приближении описывается диф. ур-ем 1-го порядка, решение которого:

Y( ) = k (1 – e^ -- / Т),

где k – чувст-ость термометра; Т – постоянная времени прямо пропорциональная теплоёмкости С и массе m чувст-го элемента и обратно пропорц-на площади теплообмена F и коэф-ту теплоотдачи от измеряемой среды к термометру:

Т = (С m) / ( )

Если коэф. теплоотдачи «МЕ / жидкость» выше, чем коэф. теплоотдачи «МЕ / воздух», то один и тот же концентрации термометр при измерении газов имеет повышенную в 6-8 раз инерционность, чем при измерении Т жидкости.

Защитный чехол 3 защищает от мех. повреждений , но ухудшает динамич. хар-ки. Это частично компенсируется заполнением маслом пр-ва м/ду корпусом термометра 2 и чехлом 3.

Динамическая хар-ка такого термометра описывается диф. ур-ем более высокого порядка.

Временные хар-ки термометра:

1 – апериодическое звено 1-го порядка

2 – апериодическое звено 2-го порядка

Чтоб получить динамическую хар-ку звена 2 аналитически упрощенно его замещают комбинацией 2-ух звеньев чистого запаздывания и апериодического звена 1-го порядка:

W(P) = (k e^ --p ) / (T p + 1)