Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции ТИП.doc
Скачиваний:
53
Добавлен:
11.03.2016
Размер:
4.09 Mб
Скачать

Термоэлектродные материалы и термоэлектрические преобразователи

Конструктивно ТЭП представляет собой две проволоки из разнородных металлов, нагреваемые концы которых скручиваются, а затем свариваются или спаиваются. Для устранения влияния изменения температуры окружающей среды на величину возникающей ТЭДС свободные концы ТЭП термостатируют или применяют специальные компенсирующие устройства. ТЭП соединяют с вторичными приборами термоэлектродными проводами, из таких же материалов, что и ТЭП, или из других сплавов, развивающих в пределах до 100 °С ТЭДС, равную ТЭДС ТЭП.

Любая пара разнородных проводников может образовывать ТЭП. Однако не всякий ТЭП пригоден для практического применения, т.к. современная техника предъявляет к материалам термоэлектродов определенные требования:

  • Устойчивость к воздействию высоких температур,

  • Постоянство трмо – ЭДС во времени,

  • Возможно большая величина термо – ЭДС и однозначная зависимость ее от температуры,

  • Небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления и большая электропроводимость,

  • Воспроизводимость термоэлектрических свойств, обеспечивающая взаимозаменяемость термоэлектрических термометров.

Всем указанным требованиям не удовлетворяет полностью ни один из известных термоэлектродных материалов, поэтому на практике приходится пользоваться различными материалами в разных пределах измеряемых температур. Для всех металлов и сплавов функциональная зависимость термо – ЭДС сложна, и выразить ее аналитически затруднительно. Исключение составляет лишь пара платинородий – платина, для которой зависимость термо – ЭДС от температуры в интервале от 300 до 1300 оС при температуре t = 00С достаточно точно совпадает с параболой

где а, в, с – постоянные, определяемые по температурам затвердевания сурьмы (630.74 оС), серебра (961.93 оС) и золота (1064.43 оС).

Классификация и условия работы термоэлектропреобразователей

(по ГОСТ Р 8.585)

Принято 6 основных типов - нормированных стандартных характеристик (НСХ) технических ТЭП с металлическими термоэлектродами:

1. Платинородий (90 % Pt + 10% Rh) платиновые ТЭП (тип ТПП). В зависимости от назначения эти преобразователи подразделяются на эталонные, образцовые и рабочие. Они надежно работают в нейтральной и окислительной средах, но быстро разрушаются в восстановительной атмосфере. Также вредно действуют на платину пары металла и углерод, потому при промышленных измерениях требуется тщательная изоляция ТЭП от непосредственного воздействия измеряемой среды. ТЭП типа ТПП по жаростойкости и постоянству термо – ЭДС лучшие из всех существующих. Они долговечны. К недостаткам этих ТЭП следует отнести малую термо – ЭДС по сравнению с другими ТЭП.

2. Платонородий (30% Rh) – платинородиевый (6% Rh) ТЭП (тип ТПР). Особенностью ТЭП является развитие очень малой термо – ЭДС, что не требует введения поправки на температуру свободных концов. ТЭП типа ТПП и ТПР изготовляют обычно в виде проволоки диаметром 0.5 или 1 мм, которую изолируют фарфоровыми бусами или трубками.

3. Хромель (90.5% Ni + 9.5% Cr) алюмелевый (94% Ni + 2%Al + 2.5%Mn + 1%Si + 0.5% примесей). ТЭП (тип ТХА) применяют для измерения температур до 1000оС. Так как кривая зависимости термо – ЭДС от температуры близка к прямой. Большое содержание никеля в сплаве обеспечивает стойкость ТЭП против окисления и коррозии, а восстановительная среда вредно действует на проводники.

4. Хромель – копелевый (56% Cu + 44% Ni) ТЭП (тип ТХК) из всех стандартных ТЭП развивает наибольшую термо – ЭДС, что позволяет изготовлять термоэлектрические термометры с узкой температурной шкалой. Например с диапазоном от 0 до 300оС. Стандартные ТЭП типа ТХА и ТХК изготавливают из проволоки диаметром 0.7 ÷ 3.2 мм и изолируются керамическими бусами.

5. Вольфрам – рений (5% Re) – вольфрам-рениевый (20% Re) (тип ТВР) и вольфрам – рений (10%) вольфрам-рениевый (20%Re) применяют для измерения температур до 2300оС в нейтральной и восстановительной средах, а также в вакууме. Также их используют для измерения температуры расплавленных металлов.

В особых случаях применяют и нестандартные ТЭП. Из них чаще всего используют медь - константановые (60%Cu + 40%Ni), железо – константановые, медь – копелевые. Следует учитывать, что железо в присутствии влаги корродирует и меняются его термоэлектрические характеристики. Нестандартные ТЭП при изготовлении обязательно градуируют.

Кроме того, осваиваются ТЭП с унифицированным выходным сигналом 0÷5, 4÷20 мА (ТППУ на пределы от 600 до 1300 °С) и др. ТЭДС, развиваемую ТЭП обычно измеряют потенциометрическим методом.

По международным обозначениям приняты 9 стандартных градуировочных характеристик МТШ – 90, а также эталонные термопары типов ТПП и ТПР с индивидуальными градуировочными характеристиками.

Эти стандартные градуировочные характеристики соотносятся с характеристиками по ГОСТ Р 8.585 следующим образом:

Термопары с НСХ

Тип

Тип В (платинородий 30% / платинородий 6%)

ТПР

Тип Е (хромель / константан)

ТХКн

Тип J (железо /константан)

ТЖКн

Тип К (хромель / алюмель)

ТХА

Тип L (хромель / копель)

ТХК

Тип N (нихросил / нисил)

ТНН

Тип R (платинородий 13% / платина)

ТПП

Тип S (платинородий 10% / платина)

ТПП

Тип T (медь / константан)

ТМКн

Пределы допускаемой основной погрешности преобразования термопар представлены в следующей таблице:

Тип термопар

Диапазон температур, 0С

Погрешность преобразования,

0С, не более

B

+350 … +1820

±0,2

E

-200 … +1000

±0,2

J

-210 … +900

±0,2

K

-200 … +1372

±0,2

L

-200 … +800

±0,2

N

-200 … +1300

±0,2

R

0 … +1768

±0,2

S

0 … +1768

±0,2

T

-200 … +400

±0,2

Лекция№5 Потенциометрический метод

Потенциометрический метод измерения основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока.

Рис.1. принципиальная схема потенциометра.

На схеме ток от вспомогательного источника Б с сухого элемента с разностью потенциалов UБ проходит в первой цепи, в которую между точками А и В включен калиброванный проволочный резистор RАВ, называемый реохордом. Для него справедливо соотношение: (1.2)

ток в этой цепи выразится (1.3)

Вторая цепь включает ТЭП, чувствительный нуль-прибор НП, являющийся индикатором наличия тока в цепи ТЭП, и участок реохорда l между точкой А и скользящим контактом D. ТЭП в этой цепи включен так, что на участке сопротивления RАD ток идет в том же направлении, что и от источника Б.

При можно найти такое положение точки D на реохорде RАВ

при котором ток в цепи термопары i2 станет равным нулю и стрелка НП установится на нулевом делении шкалы.

При этом Е(tt0) = i1 RАD (1.4)

Учитывая при этом соотношения (1.2) и (1.3) из уравнения (1.4) найдем

Е (tt0) = UВ (l/L). (1.5)

Следовательно, ТЭДС ТЭП ЕАВ (tt0) определяется падением напряжения на участке l реохорда и не зависит от сопротивления НП и внешнего сопротивления цепи ТЭП. Реохорд снабжают шкалой, градуированной в милливольтах или градусах. При измерении таким методом ток в первой цепи нужно поддерживать на постоянном уровне.