8. Термоэлектрические термометры. Понятие рабочего и свободного спая термопары, компенсация температуры свободного спая.

Т ермоэлектрические преобразователи относят к преобразователям генераторного типа и применяют для измерения температуры в диапазоне -200…2500 є С. Они состоят из двух электрически соединённых разнородных металлических проводников. Одни концы проводников спаяны, а другие свободны и включены во внешнюю цепь. Место соединения проводников, помещаемое в измеряемую среду, называется рабочим или горячим спаем, а свободные концы проводников, находящиеся при температуре окружающей среды, называются свободным спаем. В основу работы термоэлектрического преобразователя положен термоэлектрический эффект, открытый Зеебеком, заключающийся в воз- никновении электродвижущей силы ( термо-ЭДС) при нагреве места спая.

Разное число свободных электронов и вызывает разность потенциалов Е_AB на их свободных концах. Значение термо-ЭДС зависит от материала проводников и разности температур рабочего и холодного спаев. Обычно температура tґ₀ холодного спая поддерживается постоянной, поэтому генерируемая термопарой ЭДС оказывается пропорциональной температуре t рабочего спая Е АВ (t.tґ₀) = F(t) Зависимость термо-ЭДС от температуры Е_AB (t,t₀) в установившемся режиме работы при температуре холодного спая t₀ равной нулю, называют номинальной статической характеристикой преобразования (НСХ). Статическая характеристика может быть представлена в виде таблицы или графика.

ПОПРАВКА НА ТЕМПЕРАТУРУ ХОЛОДНОГО СПАЯ При градуировке термоэлектрического преобразователя темпера- туру холодного спая t₀ поддерживают равной 0 є С. Однако при техниче- ских и лабораторных измерениях температура холодного спая tґ₀ бывает постоянна, но не равна 0 є С, что вызывает необходимость введения поправки. В этом случае термо-ЭДС Е_AB (t, t₀), по которому определяется температура t по градировочной кривой (или таблице), находится из уравнения: Е_AB (t, t₀ ) = Е_AB (t, tґ₀ ) ± Е_AB (tґ ₀, t ₀ ),

где знак плюс соответствует случаю tґ₀ > t₀, а знак минус – случаю tґ₀ > t₀ . Следует иметь в виду, что при большом диапазоне рабочих температур (более 800 є С) расчёт в предположении линейной зависимости Е_AB (t, t₀ ) = F(t), т.е. t = tґ+ t₀ , может привести к существенной погрешности.

9. Приборы для измерения термоэлектродвижущих сил

Для измерения термо-ЭДС в комплектах термоэлектрических термометров применяют магнитоэлектрические милливольтметры и потенциометры.

Милливольтметры делятся на переносные и стационарные, а потенциометры — на лабораторные, переносные и автоматиче­ские.

М агнитоэлектрические милливольтметры основаны на взаимо­действии проводника, по которому течет ток, и магнитного поля постоянного магнита.

Магнитная система милливольтметра обычно со­стоит из подковообразного магнита, полюсных наконечников и цилиндрического сердечника. Наличие сердечника в междуполюс­ном пространстве магнита уменьшает магнитное сопротивление и формирует радиальный магнитный поток. В кольцевом воздуш­ном зазоре между полюсными наконечниками и сердечником вращается рамка, изготовленная из изолированного медного (реже алюминиевого) провода. Чаще всего рамка крепится на кернах, которые опираются на подпятники из агата или рубина. Момент, противодействующий вращению рамки, создается спи­ральными пружинками, которые одновременно служат и для подвода тока к рамке.

Указывающие - милливольтметры с рамкой на кернах изготовляют как с вертикальной, так и с горизон­тальной осью вращения. В регистри­рующих приборах рамка обычно под­вешена на тонких металлических лен­тах, которые создают противодействующий момент и одно­временно служат для подвода тока. К рамке милливольтметра крепится стрелка, имеющая два усика с резь­бой, по которым перемещаются гру­зики. С помощью грузиков подвижную систему уравновешивают так, чтобы центр ее тяжести на­ходился на оси рамки. Ток, протекая через рамку, вызывает появление двух одинаковых сил, направленных в разные сто­роны и стремящихся повернуть рамку.