Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
151
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
1.55 Mб
Скачать

4.2.9. Термоелектричні перетворювачі

Принцип дії й конструкція. Термоелектричний перетворювач являє собою термопару, що складається із двох різнорідних провідників Р и Q, з'єднаних між собою у двох точках, як схематично показано на мал. 4.37,а. На межі двох різних металів виникає контактна різниця потенціалів ЕРQ(t), що залежить від роду металів і від температури контакту. У ланцюзі, показаному на мал. 4.37, а, контактні різниці потенціалів утворюються в точках 1 і 2. Якщоt1= t2, то вони рівні між собою й, будучи протилежно спрямованими, взаємно врівноважуються. Якщо жt1≠t2,,то в ланцюзі утворюється результуюча ЕРС,

яка називається термоелектрорушійною силою (термоЕРС). Місця контактів називаються спаями термопари.

З (4.141) випливають наступні властивості термопари.

1. Якщо в ланцюзі термопари включений третій провідник (провідник R на мал. 4.37,б і його кінці перебувають при однакових температурах (t’ = t"), то включення цього третього провідника не змінює ЕРС ланцюга. Третім провідником можуть бути дроти приладу, який вимірює ЕРС термопари, або дроти, що з'єднують його з термопарою. Якщо кінці термопари, підключені до з’єднувальних дротів, які перебувають при однакових температурах, то підключення вимірювального приладу не змінює термоЕРС.

2. ЕРС термопари є функцією двох незалежних температур - температур її спаїв Е - E(t1, t2) - і не залежить від температури інших точок термопари. ЕРС термопари (4.141) є сума функцій однієї змінної.

3. Якщо термопара має температури спаїв tі t0, то термоЕРС дорівнює алгебраїчній сумі двох ЕРС, одна з яких генерується при температурі спаїв t і t'0, інша - при температурах t'0і t0(мал. 4.38):

Ця властивість використається при вимірі температури спаю t, якщо температура другого спаю t'0відрізняється від температури t0, при якій було зроблено градуювання термопари.

При t0= 0 функція E(t, 0) являє собою градуювальну функцію перетворення даної термопари. Значення E(t, t'0) визначається експериментально, а значення E(t'0, 0) — за значенням температури t'0й градуювальної функції перетворення. За значеннями E(t, t'0) і E(t'0, 0) обчислюється Е(t0,0), по якій визначається вимірювана температура.

Термоелектричні перетворювачі використовуються для перетворення температури в ЕРС. У табл. 4.1 наведені найбільше широко використовувані термопари. (ДЕРЖСТАНДАРТ 6616-84) і їх основні характеристики (ДЕРЖСТАНДАРТ 3044-84).

Градуювальні характеристики й допустимі погрішності цих термопар також наведені в ДЕРЖСТАНДАРТ 3044-84.

Таблиця 4.1.

Тип термопари

Матеріал термоелектродів

Позначення градуювання

Діапазон виміру при тривалому вимірі, °С

ТХК

ТХА

ТПП

ТВР

Хромель —копель Хромель -алюмель Платинородій (10%) -платина Вольфрамреній (5%) -вольфрамреній (20%)

ХК(L)

ХА(К)

ПП(S)

ВР(А)-1

-200... +600

-200 ... + 1000

0... +1300

0... 2200

Термоелектричний датчик звичайно називається термопарою. Будова промислової термопари показана на мал. 4.39. Термоелектроди 1 ізолюються один від одного керамічними бусинками 2 або керамічною трубкою; одним своїм кінцем вони зварюються, іншим - приєднуються до затискачів у головці 3, які служать для підключення зовнішніх проводів. Термоелектроди кладуть у захисний чохол 4 (трубку, закриту з однієї сторони). Чохол робиться з жароміцної сталі, а при вимірюванні дуже високих температур - з кераміки або кварцу.

Місце з'єднання термоелектродів називається гарячим або робочим спаєм. Протилежні кінці називаються холодними або

вільними. Звичайно в місці вільного спаю термопара розімкнута. ЕРС термопари звичайно не перевершує 50 мВ.

Схеми включення.Робочий кінець термопари поринає в середовище, температуру якого потрібно виміряти. Вільні кінці підключаються до вторинного приладу. Якщо температура вільних кінців постійна, то підключення може бути зроблено мідним дротом, а якщо не постійна, то воно виконується спеціальними подовжувальними (компенсаційними) проводами. У якості останніх використаються два дроти з різних матеріалів. Дроти підбираються так, щоб при температурі вільних спаїв і в парі між собою вони мали такі ж термоелектричні властивості, як і робоча термопара. При приєднанні до термопари компенсаційні дроти подовжують її й дають можливість відвести холодний спай утвореної складеної термопари в таке місце, де температура залишається постійною.

Як вторинні перетворювачі використовуються або магнітоелектричні мілівольтметри, або потенціометри постійного струму.

У лабораторній практиці використовуються потенціометри з ручною компенсацією, а у виробничій -автоматичні потенціометри. Спрощена схема автоматичного потенціометра наведена на мал. 4.40. Термопара Т включається таким чином, що її ЕРС Е спрямована зустрічно напрузі, що компенсує Ек, створюваному з допомогою мостового ланцюга. Ця напруга змінюється пропорційно переміщенню движка по реохордуRp. Різниця ЕРС термопари й напруги, що компенсує, Е - Ек підсилюється підсилювачем і подається на реверсивний двигун РД. Вал двигуна, обертаючись, через редуктор, переміщає движок реохорда так, щоб різниця Е — Ек зменшувалась. Коли вона стає рівною нулю, вал зупиняється. Із движком реохорда зв'язана стрілка приладу, що переміщається по шкалі, записуючий пристрій, який реєструє поточне значення температури, контакти для її регулювання, а також пристрій для дистанційної передачі показань.

Для збільшення стабільності напруги Ек і точності вимірювання температури міст живиться від стабілізованого джерела напруги , а резистории плечей мосту виготовляються з манганінового дроту.

Погрішність термоелектричного термометра. Одним із джерел похибки термоелектричного термометра є невідповідність температури вільних кінців термопари температурі, при якій було зроблено градуювання.

Номінальна функція перетворення термопар зі стандартним градуюванням задається градуювальною таблицею. Вона визначає залежність ЕРС E(t, t0) термопари від вимірюваної температуриtпри температурі вільних спаїв t0= 0°С. Якщо в умовах виміру температура вільних спаїв t'0не дорівнює температурі t0, то ЕРС термопари E(t, t0) відрізняється від ЕРС E(t, t0), яка потрібна для визначення температури по стандартному градуюваню. Введення поправки базується на третій властивості термопари.

Другий член E(t'0, t0) правої частини рівності (4.142) визначає поправку. E(t'0, t0) являє собою ЕРС термопари за умови, що її вільні кінці перебувають при температурі градуювання t0, а робочі — при температурі t'0- Значення E(t'0, t0) визначається по таблиці стандартної функції перетворення.

Внаслідок нерівності температур t0≠ t'0показання пірометричного мілівольтметра не дорівнює дійсній температурі. Поправка до його показань приблизно може бути визначена співвідношенням

де k— коефіцієнт, що залежить від вимірюваної температури й від виду термопари.

Для хромель-копелевої термопари він лежить у межах 0,8-1; для хромель-алюмінієвої- у межах 0,98—1,11; для платинородій-платинової — у межах 0,82—1,11. При малому значенні Δt == t'0- t0у ряді випадків можна прийнятиk= 1. Це дозволяє вводити поправку в показання пірометричного мілівольтметра за допомогою коректора нуля. При відключеній термопарі стрілку приладу за допомогою коректора ставлять на оцінку, що відповідає t'0. При включенні термопари й вимірі температури показання пірометра будуть більше некоректованих на значення Δt. Таке введення поправки доцільно, коли значення t'0зберігається постійним.

Іншим джерелом погрішності термоелектричного термометра є зміна опору вимірювального ланцюга термоелектричного перетворювача.

Як пірометричний мілівольтметр застосовуються прилади магнітоелектричної системи. Для підвищення чутливості вони виконуються з відносно малим внутрішнім опором. При цьому вимірювана напруга залежить від опору зовнішнього ланцюга. Зовнішній ланцюг мілівольтметра складається з термопари, подовжувальних і зєднувальних проводів і спеціальних манганінових зрівняльних (підгінних) котушок. Зміна опору цих елементів приводить до погрішності термоелектричного термометра. Для ілюстрації помітимо, що при використанні платинородій-платинової термопари з електродами товщиною 0,5 мм у піч із температурою 1000 °С на глибину одного метра її опір змінюється на 3,86 Ом. Погрішність може мати місце також внаслідок поганого припасування (підгонки) опорів зрівняльних котушок.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.