2.3. Термоэлектрические пирометры

2.3.1. Общие сведения

Термоэлектрическим пирометром называется электроизмерительный прибор с подключенной к нему термопарой. Термоэлектрические пирометры измеряют температуру в пределах от –100 ⁰С до +1300 ⁰С. Точность измерения составляет 1-2,5% от максимального значения шкалы.

В качестве электроизмерительных приборов для термопар используются милливольтметры и потенциометры.

К достоинствам термоэлектрических пирометров относится высокая степень точности, возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких термопар к одному измерительному прибору, а также автоматической записи температур.

В основу способа измерения температур с помощью термопар положено явление возникновения термоэлектродвижущей силы в цепи, состоящей из 2-х разнородных металлических проводников при наличии разности температур в местах их соединения.

На рис. 4 представлена такая цепь, состоящая из двух разнородных проводников А и В. Температура спая в точке 1 равна t ⁰С, а в точке 2 – t_о ⁰С. Термоэлектродвижущая сила (термоЭДС), возникающая в этой цепи Е_АВ(t, t_о ), зависит от температур мест соединений и равна разности термоЭДС горячего спая

е_АВ(t) и холодного спая е_АВ(t_о), так как в спаях 1 и 2 возникают противоположно направленные термоЭДС:

E_АВ (t, t_о) = е_АВ (t) – е_АВ (t_о ),

г

Рис.4.

Цепь

термопары

де Е_АВ(t, t_о) – термоЭДС, измеряемая приборами. Для того чтобы можно было измерять температуру по возникающей в цепи термоЭДС, нужно, чтобы величина термоЭДС зависела только от температуры горячего спая.

Поддерживая температуру холодного спая постоянной t_о=сonst, а следовательно, е_AВ (t_о) = соnst = C, получим Е_АВ(t, t_о) = е_АВ(t) – C.

Если зависимость, выражаемая этим уравнением, известна из таблицы или кривой, составленных на основании опыта (путем градуировки термопары), то измерение неизвестной температуры сводится к измерению Е_АВ(t,t_о) при t_о = const.

На рис. 5 представлена схема включения электроизмерительного прибора (милливольтметр или потенциометр) в цепь термопары.

Здесь:

А, В – электроды термопары;

1 – горячий спай термопары, т.е. место соединения электродов термопары; спай помещается в среду с измеряемой температурой t ⁰С;

2 – холодные спаи термопары, т.е. концы электродов термопары, расположенные вне пределов среды с измеряемой температурой, но могущие подвергаться температурным влияниям от источника тепла;

3 – холодные спаи термопары, удаленные от мест нагрева и во время измерения поддерживаемые при постоянной температуре t_о = 0 ⁰С;

4 – компенсационные провода, служащие для удаления точек холодных спаев от источника тепла;

5 – медные соединительные провода;

6 – дополнительное сопротивление, служащее для подгонки общего сопротивления внешней цепи термоэлектрического пирометра (может в отдельных случаях отсутствовать);

7 – чувствительный милливольтметр (пирометр, если шкала имеет цену деления в ⁰С) или потенциометр.

Рис. 5. Схема включения прибора

2.3.2. Основные правила измерения температуры термоэлектрическими пирометрами

1. Температуры точек холодных спаев (точки 3) должны быть одинаковыми и равными градуировочной температуре t_о = 0 ⁰С.

2. При температуре холодных спаев, отличной от градуировочной, т.е. t_о 0 ⁰С, необходимо вводить специальную поправку на температуру холодного спая.

3. Электроды термопары должны быть тщательно защищены от воздействия горячих агрессивных газов, вызывающих преждевременное разрушение материала электродов путем их установки в защитные трубы из меди, медных сплавов, стальные, кварцевые, фарфоровые и т.п.

4. Электроды термопар должны быть электрически изолированы друг от друга и от металлического защитного чехла стеклянными, фарфоровыми или кварцевыми бусами или трубками для избежания короткого замыкания.

5. Компенсационные провода должны быть изготовлены из тех же материалов, что и электроды термопары. Если они изготавливаются из других материалов, то они должны развивать в паре между собой такую же ЭДС, которая свойственная данной термопаре (для случая электродов термопары из благородных металлов).