Устройство и конструктивные формы термопар

Изготовление спаек:

Для того чтобы ЭДС изменялось правильно, нужно:

- спай механически прочен

- не должно быть окислов

- термоэлектроды после спая должны быть электрически изолированы (друг от друга, от окружающей среды)

При изготовлении электроды совмещаются в стык или в скрутку (2-3 обороты). У лабораторных термопар 0,5-1,5 мм спай. У промышленных 5 мм.

Методы изготовления спаев:

- пайка оловянно-свинцовым припоем (не можем развивать высокую температуру < 150^oC

- пайка жестким припоем (медным, серебряным; t 700-800 ^oC)

- сварка в дуге газовой горелки

- сварка в дуге между двумя угольными электродами (в промышленных условиях)

- сварка в дуге с одним угольным электродом (в лабораторных условиях)

- графитовая ванна

Более сложна лабораторная термопара. Рис. Дима.

Чтобы термопара показывала нужную температуру, нужно:

- температура в спайках должна быть одинакова

- подводящие провода, которые подпаиваем должны быть одинаковы

- и термоэлектроды и спай должны быть изолированы друг от друга и от каких-то внешних воздействию.

??? Механически ненапряженное размещение проводков

- возможность замены

- герметичность (не должно выделяться вредных веществ из оболочки)

- компактность, малая масса, малая теплопроводность

Иногда оболочку не делают, а просто изолируют проводки друг от друга. Для изоляции используют:

- цапон-лак 60-80 ^оС

- клей, типа БФ 300-500 ^оС

- кварцевая нить, либо спай изолируют вместе с термоэлектродами

Изоляция термоэлектродов:

- резина 60-80 ^оС

- кембрик 100 ^оС

- шелк, эмаль 120-150 ^оС

Если термопара высокотемпературная, то применяю стеклянные, кварцевые бусы, либо фарфоровую изоляцию.

Для промышленных условий применяется защитная арматура. Должна быть механическая прочность, теплопроводность хорошая.

Инерционность термопары – время, в течении которого термопара после перемещения ее из среды с комнатной температурой в кипящую воду будет показывать (97-98) ^оС.

Для промышленных термопар это время может доходить до нескольких минут. Для лабораторных это неприемлемо.

Дифференциальные термопары – применяются для ???

Термобатарея – для измерения очень малых разностей температур. Несколько, иногда очень много, несколько последовательно соединенных термопар. . может составлять несколько сотен.

Термоэлектронные и подводящие соединительные провода

Требования при наращивании проводов:

- температура в местах наращивания должна быть одинакова

- в месте наращивания не должно быть источников паразитных ЭДС

Провода, удовлетворяющие этим условиям – термоидентичные. Всегда стараются уменьшить сопротивление этих проводов.

Термостатирование холодных спаек

Если измеряем температуру в плавильной печи, то разница между комнатной температурой холодного спая и спая, опущенного в лед, будет составлять 20 ^оС.

Термостатируют, помещая в толченый лед, дистиллированной воды. Термос заполняется раз в сутки.

Нулькомпенсаторы – приспособление, которое ставится в цепь и компенсирует термо-ЭДС.

Измерение термо-ЭДС

Самое простое – измерение вольтметром.

????

Вольтметр покажет величину меньшую, чем ЭДС термопары. Нужно либо стремиться уменьшить слагаемое , либо выбрать другой вольтметр, либо уменьшить сопротивление. Проблемы эта снимается в компенсационном методе измерения ЭДС. Метод заключается в уравновешивании или компенсации измеряемой ЭДС известным напряжением от строго определенного тока, называемым рабочим, на резисторе с известным значением сопротивления.

Принципиальная схема потенциометра. Рис Дима

– источник питания

– ключ

– реостат для настройки тока

– контрольное сопротивление (из манганина, стабильное)

– измерительное сопротивление (реохорд)

– нормальный элемент (образцовая мера ЭДС)

– нуль гальванометр (или прибор его заменяющий)

– переключатель

– термопара с сопротивлением

Первый контур – контур установки тока.

Второй контур – контур нормального элемента.

Третий контур — компенсационная цепь (контур термопары)

Порядок работы с потенциометром:

- переключателем ставим положение 1. Изменением добиваемся такой ситуации, чтобы ток через нуль гальванометр не шел. Тогда

- переключатель ставим в положение 2. Тогда изменяя добиваемся ситуации, чтобы ток через гальванометр тоже не шел. ЭДС термопары компенсируется падением напряжения на , точнее на той его части, которая входит в контур. , где – доля сопротивления левее движка с, поскольку тока через гальванометр нет, то . . Ток известен и постоянен, тогда можно сразу градуировать в милливольтах.

Достоинства метода:

- измеряется ЭДС, а не падение напряжения. Ток через термопару не идет.

- сопротивление внешней линии, подводящих и измерительных проводов не влияют на величину измеренной ЭДС. через термопару.

- универсальность метода. Можно измерять не только ЭДС термопары.

- высокая точность измерения ЭДС, обусловленная точностью установки тока за счет малой погрешности меры.

Чего достигли:

- самые популярные потенциометры Р363, Р248 (вышел), Р3003. Класс точности 0,005 до 0,001, у Р3003 класс точности 0,0005.

Чувствительность потенциометров:

Рассмотри контур III. Пусть сопротивление гальванометра. Под чувствительностью потенциометра будем понимать отношение приращения тока в нуль гальванометре к величине , вызвавшей это приращение.

Сопротивление внешних подводящих проводов оказывает влияние на чувствительность потенциометра. Чем больше сопротивление, тем меньше чувствительность, тем хуже потенциометр. Тем самым пытаются уменьшить. Тоже самое и .

Потенциометры подразделяются на низкоомные (характеризуются большой чувствительностью, но капризны, сложны в настройке, боятся перегрузки) и высокоомные (допускают большие перегрузки, но обладают меньшей чувствительностью.