М.Ю. Перухин, В.П. Ившин

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ТЕРМОМЕТРАМИ

Методические указания

к лабораторной работе

2011

Министерство науки и образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ТЕРМОМЕТРАМИ

Методические указания

к лабораторной работе

Казань

КГТУ

2011

Составители: доц. Перухин М.Ю.

доц. Ившин В.П.

Измерение температуры термоэлектрическими термометрами: методические указания к лабораторной работе / М.Ю.Перухин [и др.] – Казань : Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2010 – 20 с.

Изложен материал по подготовке и проведению лабораторной работы, в ходе которой студенты знакомятся с типами и конструкцией термоэлектрических преобразователей и их основными характеристиками.

Даны все необходимые теоретические сведения по изучаемой теме, приведено описание экспериментальной установки, изложен порядок проведения работы.

Предназначено для студентов очной, заочной и очно-заочной форм обучения механических и технологических специальностей при изучении ими курса автоматизации технологических процессов.

Подготовлено на кафедре автоматизированных систем сбора и обработки информации.

Табл. 3. Ил. 8. Библиогр.: 4 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета

Рецензенты : зав. каф. АТПП КГЭУ д-р. техн. наук,

проф. К.Х. Гильфанов

канд. техн. наук, доц. каф. АиУ КГТУ

(им. А.Н. Туполева) С.А. Терентьев

 М.Ю. Перухин, В.П. Ившин, 2011

Казанский государственный

технологический университет, 2011

Лабораторная работа Измерение температуры термоэлектрическими преобразователями

Цель работы: изучить принцип измерения температуры термоэлектрическим способом; особенности построения измерительных цепей; провести поверку хромель-копелевого (ХК) и хромель-алюмелевого (ХА) термоэлектрических преобразователей и сделать вывод об их пригодности.

Теоретическая часть

Первичным преобразователем термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в возникновении электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников имеющих разную температуру в местах спаев [1]. Спай с температурой t называется горячим или рабочим, спай с температурой t₀ – холодным, или свободным, а проводники А и Б - термоэлектродами (рис. 1).

t

е₂

A Б

е₁

t₀

Рис 1. Термоэлектрическая цепь из двух

разнородных проводников

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, концентрация которых в разных металлах различна. В спае с температурой t электроны из металла А, где концентрация их больше диффундируют в большем количестве в металл Б, где концентрация их меньше, чем обратно. Поэтому металл Б заряжается отрицательно, а металл А - положительно. Когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние динамического равновесия. При таком состоянии между проводниками А и Б в спае возникает разность потенциалов е₁. Аналогичный процесс происходит и в другом спае с температурой t₀, где появляется разность потенциалов е₂. е₁ и е₂ направлены встречно и, при t = t₀ полностью компенсируют друг друга. При неравенстве температур t₁ и t₂ возникает результирующая ЭДС, которая равна:

Е_АВ(t,t₀) = е₂(t)- е₁(t₀).

Таким образом, термоэлектродвижущая сила всего контура является функцией двух переменных величин.

Если поддерживать температуру спаев t₀ постоянной, то получим однозначную зависимость, по которой можно определить искомую температуру t:

E_AB (t, t₀) = f (t)

Это означает, что измерение температуры сводится к определению ТЭДС термопары.

ТЭДС не меняется от введения в цепь термопары третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Следовательно, в цепь термопары можно включать соединительные провода и измерительные приборы (рис.3).

Требования к материалу для изготовления термоэлектрических преобразователей (термопар)

Требования к материалу для изготовления термопары:

1. постоянство ТЭДС во времени;

2. устойчивость к воздействию высоких температур;

3. возможно большая величина ТЭДС и однозначная зависимость ее от температуры;

4. небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления и большая электропроводность;

5. воспроизводимость термоэлектрических свойств, обеспечивающих взаимозаменяемость термопар [2].