6.3 Поправка на температуру вільних кінців термопари
Стандартні
термоелектричні перетворювачі градуйовані
при температурі вільних кінців (спаїв)
оС, але в практиці вимірювань
температура вільних спаїв може
відрізнятися від 0 оС. Для користування
градуйовочними таблицями (номінальними
статичними характеристиками перетворення)
в таких випадках треба вводити поправку
на температуру вільних спаїв.
Якщо температура вільних кінців термопари оС, то термоЕРС, що генерується в ній дорівнює
еAB (t) – еAB (
).
При
температурі вільних кінців
термоЕРС буде
еAB (t) – еAB (tо).
Різниця лівих і правих частин цих рівнянь дає поправку на температуру вільних кінців термопари
еAB (t) – еAB (
)
– еAB (t) + еAB (to) =
=
еAB (tо) – еAB (
)
.
Тоді виправлене значення термоЕРС дорівнює
|
(6.3) |
Знак
(+) в цій формулі відповідає умові, що
,
а знак (–) – умові, що
.
Приклад
8. Температура вимірюється термоелектричним
термометром із стандартною хромель–копелевою
термопарою при температурі її вільних
кінців 30 oC. Виміряне значення
термоЕРС дорівнює
мВ.
Визначити температуру в місці вимірювання.
Користуючись градуйовочними таблицями знайдемо поправку на температуру вільного спаю
мВ
і введемо поправку до виміряного значення термоЕРС
мВ.
З градуйовочних таблиць виправленому значенню термоЕРС відповідає температура 518,8 оС.
6.4.Вимоги до термоелектродних матеріалів. Стандартні термопари
Будь-які два різнорідних провідника, з’єднані між собою, можуть утворювати термоЕРС, але тільки обмежена кількість термоелектродів використовується в термоелектричних перетворювачах. Це зумовлено вимогами до матеріалів для термоелектродів. Вимогами до матеріалів є: однозначна і по можливості лінійна залежність термоЕРС від температури, жаростійкість і жароміцність з метою вимірювання високих температур, хімічна інертність, термоелектрична однорідність матеріалу провідника по довжині, що дозволяє відновлювати робочий спай без переградуювання, а також змінювати глибину його занурення, технологічність виготовлення з метою отримання взаємозамінних за термоелектричними властивостями матеріалів, невелика вартість матеріалів, а також стабільність і відтворюваність термоелектричних властивостей, що дозволяє створювати стандартні термопари.
Ні один з існуючих матеріалів не відповідає повністю всім вимогам, тому для різних діапазонів вимірювання використовують термоелектроди з різних матеріалів.
Зараз використовуються п’ять типів стандартних термоелектричних перетворювачів (табл. 6.1).
6.5. Подовжувальні (компенсаційні) проводи
Для виключення впливу температури об’єкту вимірювання на вільні спаї термоелектричного перетворювача їх належить виводити із зони змінної температури, що полегшує введення поправки на температуру вільних спаїв.
Таблиця 3.4
-
Тип
Термо
електрич-ного перетво-рювача
Градуїрoвка
ТермоЕРС при
,мВ
Хімічний склад термоелектродів
Діапазон
тривалого вимірювання
тем-ператури,
oC
Допу-стима
коротко
-часна
темпера-
тура,
oC
Позитивний
Негативний
ТПР
ПР
30/6
0,431 при
Платинородій
(70 % Pt, 30 % Rh)
Платинородій
(94 % Pt, 6 % Rh)
300…1600
1800
ТПП
ПП
0,645
Платинородій
(90 % Pt, 10 % Rh)
Платина
(100 % Pt)
0…1300
1600
ТХА
ХА
4,095
Хром ель
(89 % Ni, 9,8 % Cr,
1 % Fe, 0,2 % Mn)
Алюмель
(94 % Ni, 2 % Al,
2,5 % Mn,
1 % Si,
0,5 % Fe)
-200…1000
1300
ТХК
ХК
6,842
Те ж саме
Копель
(55 % Cu, 45 % Ni)
-200…600
800
ТВР
ВР
5/20-1
1,337
Сплав вольфраму з ренієм
(95 % W, 5 % Re)
Сплав вольфраму
з ренієм
(80 % W, 20 % Re)
0…2200
2500
Виведення вільних спаїв в зону постійної температури доцільно здійснювати не подовженням термоелектродів перетворювача, а, обмежуючись допустимою довжиною перетворювача з точки зору його монтажу і вартості термоелектродів, продовжувати їх за допомогою спеціальних подовжувальних (термокомпенсаційних) проводів.
Умови, яким повинні відповідати термокомпенсаційні проводи, визначимо з аналізу схеми (рис. 6 .___ ).
ТермоЕРС, що виникає в електричному колі з термоелектричним перетворювачем дорівнює
еAB (t) + еBD (t1) + еDC
(to) + еCF (to) + еFA (t1).
Якщо
прийняти, що всі спаї в електричному
колі мають однакову температуру
,
то
еAB (t1) + еBD (t1) + еDC (t1) + еCF (t1) + еFA (t1).
Віднімаючи цей вираз з попереднього і враховуючи висновки розділу 3.6.2, отримуємо
[
еAB (t) – еAB (t1)] + [еFD (t1) – еFD (tо)] =
.
Якщо
компенсаційні проводи
і
підібрані такими, що вони мають
термоелектричну характеристику, яка
співпадає з характеристикою
термоелектричного перетворювача
в інтервалі температур від
0 оС до 100…150 оС, тобто
|
(6.4) |
.Тоді
.
Аналіз цього виразу показує, що введення в коло термоелектричного перетворювача компенсаційних проводів, підібраних відповідно (3.14), не утворює в електричному колі паразитних термоЕРС.