3. Контрольные вопросы для подготовки к защите лабораторной работы

1 Устройство и принцип работы термопары.

Явление термоэлектричества было открыто в 1823 г. Зеебеком и заключается в следующем. Если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис. 1.), причем температуру 1 одного места соединения сделать отличной от температуры о другого, то в цепи появится э.д.с., называемая термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.) и представляющая собой разность функций температур, мест соединения проводников. Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем или иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, - термоэлектродами, а места их соединения - спаями. Рис.1. Конструкция термопары

2 Как рассчитать входной сигнал для контрольной точки с учетом температуры “холодного” спая?

Напряжение на выходе термопары для определенной температуры рабочего спая рассчитывается по таблице преобразования для выбранного типа датчика. Для этого необходимо знать также температуру холодного спая. Для обоих температур по данной таблице находятся значения термоЭДС. И для определения напряжения на выходе термопары из термоЭДС рабочего спая вычитают термоЭДС холодного спая.

3 Какое условное обозначение имеют термопары (отечественное, международное)?

Таблица 3

Тип термо- пары	Букве- нное обозна- чение НСХ*	Материал термоэлектродов		Коэффициент термоЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С)	Диапазон рабочих температур, °С	Предельная темпе- ратура при кратко- временном приме- нении, °С
		положительного	отрицательного
ТЖК	J	Железо (Fe)	Сплав константен (45% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	50-64 (0-800)	ОТ -200 до +750	900
ТХА	К	Сплав хромель (90,5% Ni +9,5% Сr)	Сплав алюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co)	35-42 (0-1300)	от -200 до +1200	1300
ТМК	Т	Медь (Сu)	Сплав константан (55% Си + 45% Ni, Mn, Fe)	40-60 (0-400)	от -200 до +350	400
ТХКн	Е	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)	Сплав константан (55% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	59-81 (0-600)	от-200 до+700	900
ТХК	L	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)	Сплав копель (56% Си + 44% Ni}	64-88 (0-600)	от -200 до +600	800
ТНН	N	Сплав никросил (83,49% Ni +13,7% Сr + 1,2% Si+ 0,15% Fe + 0,05% С + 0,01% Mg)	Сплав нисил (94,98% Ni + 0,02% Сr + 4,2% Si + 0,15% Fe + 0,05% С + 0,05% Mg)	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 (87% Pt — 13% 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 от 0 до +1800 от 0 до +1800	2500
ТСС	I	Сплав сильд	Сплав силин	-	от 0 до + 800	900

Примечание: НСХ — номинальные статические характеристики преобразования по международной классификации ТСС

4 Как задать с помощью магазина сопротивления температуру свободных концов термопары, например, 40 С?

Для этого надо знать зависимость сопротивления меди от температуры, что соответствует таблице сопротивлений датчика ТСМ 50М. Что бы задать температуру холодных концов термопары = 40 надо магазином сопротивлений выставить 58,555 Ом.

5 Какие преимущества дает гальваническая изоляция входных цепей для приема сигнала термопары?

Часто объект измерения может иметь потенциал, различный с потенциалом земли измерительной системы. В таких случаях для защиты входов измерительной системы необходимо использовать гальваноразвязку. Кроме того, гальваноразвязка наряду с дифференциальным подключением датчика существенно снижает погрешности, связанные с током, протекающим по "общему" проводу.

6 Что измеряет термопара?

Термопара измеряет перепад температур между рабочим и свободным(холодным) спаем.

7 Какой температуре свободных концов соответствуют данные в таблицах ГОСТ?

Так как термопара выдает напряжение перепада температур рабочего и свободного спая, то если их температуры одинаковы термопара не выдаст термоЭДС ( = 0 ). В таблице ГОСТ при термоЭДС=0 мВ дается значение рабочего спая в 0 и соответственно температура свободного спая такая же .

8 Что такое основная погрешность и как её определить?

Основная погрешность – это погрешность средства измерения, используемого в нормальных условиях, которые обычно определены в нормативно-технической документации на данное средство измерения.

Определяется вычитанием полученных значений из расчетных.

9 В чём особенность схемы подключения термопары к измерительному прибору?

Особенностью работы с  термопарами  является применение стандартных удлинительных и  компенсационных   проводов .  Провода  позволяют передавать сигнал с  термопары  на сотни метров к измерительному прибору, внося минимальную потерю точности. 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. Так,  для   термопары  ПР в качестве  компенсационной  может использоваться медная проволока. Применение  компенсационных   проводов  может стать доминирующим источником неопределенности измерения температуры в промышленности, если разность температур двух концов  провода  существенна. Так, например, если  для   термопары  типа S используется  компенсационный   провод , температура которого изменяется от 23 °С (головка  термопары ) до 0 °С (лед), то возникает дополнительная ЭДС около 15 мкВ, что приведет к ошибке в измерении 1,4 °С для температуры 900 °С.