Термоэлектрические преобразователи стандартных градуировок
|
Термоэлектрический преобразователь |
Градуировка
|
ТермоЭДС при t=100°С, to=0°C, мВ |
Химический состав термоэлектродов |
Диапазон измеряемых температур при длительном измерении, °С |
Предельная температура при кратковременном применении°С |
Допустимые отклонения (погрешность яевоспрояз- водимости), ° С |
|
|
положительный |
отрицательный |
||||||
|
Хромель — копель (ТХК) |
ХК68 |
6,90±0,30 |
Хромель (89% Ni, 9,8% Cr, 1% Fe, 0,2% Mn) |
Копель (55% Си, 45% Ni) |
—50—600 |
800 |
± (2,2-5,8) |
|
Хромель — алюмель (ТХА) |
ХА68 |
4,10±0,15 |
To же |
Алюмель (94% Ni, 2% Al, 2,5% Mn, 1%, Si, . 0,5% Fe) |
—50—1000 |
1300 |
±(4,0-9,7) |
|
Платинородий — платина (ТПП) |
ПП68 |
0,64± 0,03 |
Платинородий (90% Pt, 10% Rh) |
Платина (100% Pt) |
0—1300 |
1600 |
±(1,2-3,6) |
|
Платинородий — платинородий (ТПР) |
ПР 30/6б8 |
0,431 (при t = 300°С) |
Платинооопий (70% Pt, 30% Rh) |
Платинородий (94% Pt, 6% Rh) |
300—1600 |
1800 |
±(3,2—5,2) |
|
Вольфрамрений — вольфрамрений (ТВР) |
TВР 5/2068 |
1,33 |
Сплав вольф (95% W, 5% Re) |
зама с рением (80% W, 20% Re) |
0—2200 |
2500 |
± (5,4—9,7) |
Конструкция термоэлектрических термометров
1 - жесткая защитная гильза,
2 – спай,
3 – термоэлектроды,
4 - изоляционными бусы,
5 – розетка,
6 – винты,
7 - удлинительные провода,
8 – головка,
9 - штуцер.
Термопреобразователи сопротивления
Rt=f(t) — градуировочная характеристика
Rt = Ro(1+ αt)
α=1/ Rt (dRt /dt) - температурный коэффициент электрического сопротивления
Для большинства чистых металлов α= (4 — 6)·10-3 °С-1
R100/R0 ,
где Ro и R100 — электрические сопротивления металла при 0 и 100 °С соответственно
Платина
α= 3,94·10-3 °С-1
R100/R0=1,3850—1,3910
Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от —260 до +1100 °С
Легко получается в чистом виде, обладает хорошей воспроизводимостью, химически инертна в окислительной среде при высоких температурах, имеет достаточно большой температурный коэффициент сопротивления и высокое удельное сопротивление 0,1·10-6 Ом·м.
Медь
α= 4,26·10-3 °С-1
R100/R0=1,4260— 1,4280
Медные термопреобразователи сопротивлений предназначены для измерения температуры в диапазоне от —50 до +200°С.
Конструкция термометра с металлическим термопреобразователем сопротивления
1 - тонкая проволока или лента из платины или меди,
2 - каркас из керамики, слюды, кварца, стекла или пластмассы,
3 - тонкостенная алюминиевая гильза,
4 - упругие металлические пластинки,
5 - замкнутый чехол,
6 – штуцер,
7 - изоляционная колодка,
8 - соединительная головка,
9 - изоляционные бусы.
Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления применяются для измерения температуры от —100 до 300 °С. В качестве материалов для них используются различные полупроводниковые вещества — оксиды магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия.
Пирометры излучения
В качестве величин, характеризующих тепловое излучение тел, в пирометрии используются:
спектральная энергетическая светимость (интенсивность монохроматического излучения, или излучательность) Е*λ
полная энергетическая светимость (интегральная излучательность) Е*,
спектральная энергетическая яркость В*λ (индекс * относится к абсолютно черному телу).
где Е*λ — спектральная энергетическая светимость — поток испускаемого излучения Физл с единицы поверхности при температуре Т в единичном интервале длин волн dλ (от λ до λ+Δλ), Вт/м2;
здесь Е* — интегральная излучательность — полная энергия излучения единицы поверхности тела при температуре Т в единицу времени для всех длин волн от λ=0 до λ = ∞, Вт/м2.
где В*λ — спектральная энергетическая яркость, представляющая собой спектральную энергетическую светимость, отнесенную к единице телесного угла dω, Вт/(ср·м3).
При измерении температуры яркостными визуальными пирометрами спектральная энергетическая яркость является основной величиной, воспринимаемой глазом человека. Она прямо пропорциональна спектральной энергетической светимости, т. е.
где kλ — постоянный коэффициент, равный 1/π.
В соответствии с законом Кирхгофа излучательная способность тел пропорциональна их коэффициентам поглощения. Так как коэффициент поглощения α абсолютно черного тела равен единице, то оно обладает максимальной излучательной способностью. Реальные тела при одинаковой температуре имеют различную излучательную способность, оценку которой производят по отношению к излучательной способности абсолютно черного тела:
где ελ — коэффициент спектрального излучения (степень черноты монохроматического излучения), являющийся функцией длины волны λ и температуры Т; ε — коэффициент полного излучения (степень черноты полного излучения).
Согласно закону Кирхгофа для всех реальных тел
где α и αλ — коэффициенты поглощения соответственно полный и монохроматический.
Зависимость между спектральной энергетической светимостью абсолютно черного тела Е*λ, его температурой Т и длиной волны λ для любых значений λ и Т устанавливается законом Планка:
где с1 и с2 —константы (c1 = 3,7415·1016 Вт·м2', с2= 1,4388·10-2 м·К).
При значениях произведения λТ<2·10-3 м·К формула Планка может быть с достаточной точностью (погрешность не более 0,1%) заменена формулой Вина:
Для измерения температуры тел по их излучению можно использовать не только излучение определенной длины, но и суммарное излучение на всех длинах волн. Интегральная излучательность Е* в соответствии с (6.64) может быть получена интегрированием уравнения Планка, т. е.
Зависимость, (6.78) выражает закон Стефана — Больцмана, который устанавливает тот факт, что полная мощность излучения абсолютно черного тела Е* пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры Т.
Приборы, измеряющие температуру тела по их интегральной излучательности, называют радиационными пирометрами или пирометрами полного излучения.
С учетом выражений (6.68) и (6.78) для реального тела интегральная излучательность
Значения коэффициента полного излучения ε для различных реальных тел различны и зависят от температуры тела. В этой связи шкалы радиационных пирометров градуируются по черному излучателю, а при измерении температуры реальных тел ввиду того, что Е<Е*, радиационный пирометр дает заниженные показания, соответствующие некоторой условной температуре, называемой радиационной температурой тела.
Радиационной температурой Тр реального тела, имеющего истинную температуру Т, называют такую температуру черного тела, при которой его интегральная излучательность Е* равна интегральной излучательности реального тела Е.
Средства измерений температуры тел по их тепловому излучению.
Схема визуального оптического пирометра
ОИ - объект измерения,
1 – объектив,
2 - ослабляющий или поглощающий светофильтр,
3 - входная,
4 - оптическая лампа,
5 - выходная диафрагма,
6 - светофильтр,
7 – окуляр,
Б – батарея.
Существующие в настоящее время оптические пирометры предназначены для измерения температур в интервале от 800 до 6000°С и имеют различные модификации с различными пределами измерения. Класс точности оптических пирометров 1,5—4,0.
Схема фотоэлектрического пирометра
1 - регулируемый источник света,
2 - объектив,
3 – диафрагма,
4 - вибрирующая заслонка,
5 - диафрагма,
6 - красный светофильтр,
7 – фотоэлемент,
8 - электронный усилитель,
9 - силовой блок.
Пирометры спектрального отношения, или цветовые пирометры
Схема цветового фотоэлектрического пирометра
1 – объект,
2 - оптическая система,
3 – обтюратор,
4 – фотоэлемент,
5 - предварительный усилитель,
6 - дифференцирующая цепочка,
7 - пик-детектор,
8 - логарифмирующее звено,
9 - амплитудный ограничитель напряжения,
10 – фильтр,
11 - автоматический потенциометр,
12 - синхронный переключатель,
13 – двигатель.
Показания цветового пирометра однозначно связаны с логарифмом отношения спектральных яркостей и, следовательно, с цветовой температурой объекта.
Радиационные пирометры, или пирометры полного излучения
Излучение от объекта 1 концентрируется линзой 2 объектива через диафрагму 3 на рабочих концах термобатареи 4, собранной из ряда последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей Фокусировка телескопа пирометра на объект измерения производится окуляром 7. При высокой температуре объекта для защиты глаза перед окуляром в поле зрения вводят красное стекло 6.
Рис. 6.29. Схема радиационного пирометра рефракторного типа
Рис. 6.30. Схема звездообразной термобатареи
Термобатарея, выполненная из десяти последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей, в качестве которых обычно используются хромель-копелевые термоэлектроды диаметром 60—70 мкм. Плоские рабочие концы 3 преобразователей, зачерненные платиновой чернью, образуют венчик. Свободные концы термоэлектрических преобразователей закреплены с помощью металлических пластин 2 на слюдяном кольце 1. Температура свободных концов преобразователя при градуировке равна (20±2)°С.