Погрешности термоэлектрических преобразователей
Это погрешность, обусловленная изменением температуры нерабочих спаев термопары.
Градуировка термопар осуществляется при температуре нерабочих спаев, равной нулю. Если при практическом использовании термоэлектрического пирометра температура нерабочих спаев будет отличаться от 0°С, то это вызовет появление погрешности измерения. Если температура нерабочего спая известна, то ввести соответствующую поправку к показаниям термоэлектрического пирометра можно следующим образом.
Пусть мы имеем
градуировочную кривую термопары
,
изображенную на рис.5. Градуировка
термопары производилась при температуре
=0°С.
Положим, что термопарой нужно измерить
температуру, при температуре нерабочих
спаев
,
большей, чем
.
Очевидно, что термоЭДС
(
;
)
термопары в этом случае будет меньше
термоЭДС
(
;
),
которая была бы при той же температуре
рабочего спая, но при температуре
нерабочих спаев
.
ТермоЭДС термопары уменьшается на
величину
(
;
)
и окажется равной термоЭДС
(
;
) , которая была бы при температуре
нерабочего спая, равной
, и температуре, рабочего спая равной
,
т.е.
,
где
- текущее значение температуры рабочего
спая.
В результате по шкале прибора будет отсчитываться значение температуры , меньшее, чем .
Рис. .5. Градуировочная кривая термопары
Материалы, применяемые для термопар
Зависимость ЭДС от разности температур является функцией только состава материалов электродов и может быть определена для каждой пары материалов с высокой точностью в лабораторных условиях. Важно, чтобы данные материалы обладали высокой степенью воспроизводимости. Градуировочные характеристики различных пар термоэлектродов в виде таблиц приводятся во всех справочниках и пособиях по измерению температур. Они даны при температуре свободного спая =0°С = 273 К.
Выбор материалов для термопары определяется величиной развиваемой ими ЭДС и диапазона измеряемых температур. До 1100 ºС используют в основном термопары из неблагородных металлов, а для измерения температур выше 1100 до 1600°С - термопары из благородных металлов платиновой группы. И, наконец, для измерения температур более +1600°С - различные термопары, изготовленные из жаропрочных материалов.
В таблице приведены основные характеристики стандартных термопар из неблагородных металлов.
Основной термопарой из благородных металлов является термопара платинородий-платина, один термоэлектрод которой представляет собой чистую платину, а второй - сплав (90% Pt +I0% Rh). Эта термопара может применяться для измерения температур до 1600°С - кратковременно и до 1400ºC - длительно и развивает при +1600°С термоЭДС, равную 17 мВ (при температуре нерабочих спаев, равной 0°С).
Для измерения температур до 1800°С применяют термопары из платинородиевых сплавов с различным содержанием родия. В них положительным термоэлектродом (положительным называют тот термоэлектрод, по направлению к которому протекает ток через рабочий спай) является сплав, состоящий из 70% Pt и 30% Rh , а отрицательным термоэлектродом - сплав из 94% Pt и 6% Rh. Для более высоких температур используются термопары из более тугоплавких металлов, чаще всего вольфрам-молибден. К достоинствам такой термопары относятся: высокая температура плавления обоих термоэлектродов, доступность получения этих материалов и их сравнительно небольшая стоимость. Недостатком этих термоэлектродов являются их быстрое окисление и хрупкость при высоких температурах, а также невоспроизводимость характеристики термоЭДС, что требует индивидуальной градуировки каждой такой термопары. Перспективной термопарой для измерения высоких температур в условиях воздействия различных агрессивных сред является термопара из борида и карбида циркония (ZrB2 и ZrC) - твердых тугоплавких соединений. Эта термопара имеет практически линейную термоэлектрическую характеристику и развивает термоЭДС около 16 мВ при 1800°С.
Таблица
Материал |
Е при Т=273ºК (мB) |
Верхний предел tºС |
|
Длительное измерение |
Кратковременное измерение |
||
Хромель – копель Хромель – алюмель Железо – копель Медь - копель |
6,90 4,10 5,75 4,75 |
600 1110 600 350 |
900 1250 800 500 |