1.Измерение температуры.

1. Принцип действия термопреобразователя

Если взять замкнутый контур рис.1а, состоящий из разнородных

проводников (термоэлектродов) А и В, то на их спаях 1 и 2 возник-

нут термо ЭДС е_АВ (t) и е_АВ (t₀), зависящие от температур t и t₀ спаев.

Т.к. эти термо ЭДС включены встречно, то результирующая термо- ЭДС Е_АВ (t , t₀) , действующая в контуре равна :

E_AB(t,t₀)=e_AB(t) – e_AB(t₀) (1)

При равенстве температур обоих спаев результирующая термо-ЭДС

равна нулю.

Спай 1, погружаемый в контролируемую среду, называется рабочим

концом термопары, а спай 2-свободным. Известно , что у любой пары

однородных проводников значение результирующей термо-ЭДС зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температуры вдоль проводников. Термо-

электрический контур можно разомкнуть в любом месте и включить

в него один или несколько разнородных проводников.

Если все появившиеся при этом места соединений находятся при

одинаковой температуре, то результирующая термо-ЭДС, действую-щая в контуре, не изменяется. Электроизмерительный прибор

(милливольтметр) или измерительный усилитель термо-ЭДС могут

подключаться к контуру термопары двумя способами : в свободный конец термопары и в один из термоэлектродов. Наибольшее распро-странение получил первый способ.

Н а рис.1б измерительный прибор подключается к свободному концу

термопары с помощью проводников С, разнородных с А и В.

В этом случае цепь будет иметь не один, а два свободных конца со

спаями 2 и 3, находящимися при одинаковой температуре t₀ .

Значение результирующей термо-ЭДС в этом случае равно:

Е_AB(t,t₀) = e_AB(t) + e_AB(t₀) + e_CA(t₀) = e_AB(t) + e_AB(t₀) = e_AB(t) - e_AB(t₀) (2)

При включении ИП в один из термоэлектродов (рис.1в) термо-ЭДС

равна:

E_AB(t,t₀) = e_AB(t) + e_BC(t₁) + e_CB(t₁) + e_BA(t₀) = e_AB(t) - e_AB(t₀) (3)

Таким образом, выходная термо-ЭДС термоэлектрического преоб-

разователя не зависит от способа подключения к нему последующих средств измерения .

Измерение температуры при помощи термопреобразователя возможно только при известной температуре t₀ свободного конца термопары.

Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от –200

до +2200⁰ С. Для измерения температур до 1100 ⁰С­ используют, в основном , термопары из неблагородных металлов, для измерения температуры от 1100⁰С до 1600⁰С – термопары из благородных металлов и сплавов платиновой группы, а для измерения более высоких температур – термопары из жаростойких сплавов (на основе вольфрама).

Наиболее распространенными для изготовления термоэлектричес-ких преобразователей получили материалы: платина, платинородий,

хромель, алюмель, копель.

Создаваемая термопарами ЭДС сравнительна невелика: она не

менее 8 mV на каждые 100⁰С и обычно не превышает 70 mV .

При изменениях температуры в широком диапазоне необходимо

учитывать нелинейность функции преобразования термоэлектричес-

кого преобразователя. Так, например, функция преобразования медь-

константовых термопар в диапазоне температур от –200⁰С до +300⁰С

с погрешностью -⁺2 мкВ описывается эмпирической формулой:

Е=Аt+Bt²+Ct³

где А, В,С –постоянные, определяемые путем измерения термо-ЭДС

при трех известных температурах;

t - температура рабочего спая при t₀=0⁰ C .

Постоянная времени термоэлектрических преобразователей зави-сит от их конструкции и качества теплового контакта рабочего спая термопары со средой и для промышленных термопар составляет еди-

ницы минут. Однако, известны конструкции малоинерционных термопар, у которых постоянная времени лежит в пределах 5-20 сек.

и ниже.