37.Термоэлектрические термометры.
Диапазон измерений от -200 до 2500 ºС и выше.
Сущность термоэлектрического метода заключается в возникновении ЭДС в проводнике, концы которого имеют различную температуру.
A
B
состоит из разнородных проводников.
Для того, чтобы измерить возникшую эдс
ее сравнивают с ЭДС другого проводника,
образующего с первым термоэлектрическую
пару AB,
в цепи которой течет ток. Результирующая
термоЭДС цепи, состоящая из двух разных
проводников А и B
(однородных по длине) равна: EAB(t1,t2)=eAB(t2)
+ eAB(t1)
или EAB(t1,t2)=eAB(t2)
- eAB(t1),
где eAB(t2)
и eAB(t1)
– разности потенциалов проводников А
и В соответственно при температурах t1
и t2,
мВ.
ТермоЭДС данной пары зависит только от температур t1 и t2, и не зависит от размеров термоэлектродов (длины, диаметра), величин теплопроводности и удельного электросопротивления. При отсутствии перепада температур (t1=t2), термоэдс каждого проводника будет равна 0 и результирующая термоэдс EAB(t1,t2)=0.
Для получения зависимости термоэдс только от одной температуры t2 необходимо температуру t1 поддерживать на постоянном уровне, обычно при 0 или 20. Спай, помещенный в измеряемую среду наз. горячим или рабочим концом термопары; спай, темп-ра кот. const наз. холодным или свободным концом.
Требования к материалу:
Высокое значение развиваемой термоэдс
Стабильность характеристики в течении значительного периода времени и высоких температур
Воспроизводимость и линейная зависимость термоэдс от Т
Однородность термоэлектрических свойств по длине проводника
Легкость технологической обработки и получения сплавов одинакового состава, хорошие экономические показатели.
В
ыбор
материала термопар зависит от среды
где она работает:
Платина и ее сплавы с родием хорошо работают в окислительной и нейтральной средах
Вольфрам, молибден, родий и их сплавы – в вакууме, нейтральной и восстановительной средах
Науглероживание проволоки искажает термоэлектрическую хар-ку платины и приводит к погрешностям измерений.
Термопары бывают:
Хромель-алюмель (от -200 до 1000 ºС)
Хромель-копель (от -200 до 600 ºС)
Медь-копель (от -200 до 100 ºС)
Хромель – 90,5% Nb и 9,5% Cr
Копель – 56% Cu и 44% Ni
Схемы подключения термопар:
1. 2 разнородных проводника соединены пайкой или скручиванием (не менее 4 витков). t=0 – концы термопары находятся в спец. устройствах, иначе возникают погрешности измерений.
2) Если нужно измерить разность в 2х разных зонах:
38.Термометры сопротивления (самостоятельно)
Термометры сопротивления широко применяют для измерения температуры в интервале от –260 до 650С.
В качестве материала для изготовления термометров сопротивления используются как чистые металлы, так и ряд полупроводников.
Действие термометров сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры окружающей их среды.
α=(Rt-Ro)/Ro*t – изменение электрич. Сопр-я материала при изменении т-ры хар-ся температурным коэффициентом сопротивления α
Температурный коэффициент электрического сопротивления металлов положительный (сопротивление возрастает при повышении температуры), а полупроводников – отрицательный (сопротивление уменьшается при повышении температуры).
Измерение температуры с помощью
электрических термометров сопротивления сводится к измерению активного сопротивления термометра, что обычно осуществляется измерением тока в цепи.
Материал чувствит-го элемента ТС должен иметь высокое уд-ое сопр-е ,что обеспечивает небольшие габариты термометра; значительный коэфф. α(для получения высокой чуствительности прибора); хорошую воспроизводимость состава; стойкость к агрессивному состоянию окружающей среды при повышенных температурах; линейность хар-ки
Измерительная схема состоит из трех элементов: термометра сопротивления, электроизмерительного прибора для тока и источника питания. Металлические термометры сопротивления получившие наибольшее распространение, имеют чувствительный элемент в виде тонкой (диаметром 0,05 мм) проволоки 2, намотанной на слюдяную пластину 1 (или пластмассовый цилиндр) и помещенный в защитный чехол 3 (рис. 2.1). проволоку изготовляют в основном из чистых платины или меди. В соответствии с этим различают термометры сопротивления платиновые (ТСП) и термометры сопротивления медные (ТСМ). У чистых металлов сопротивление больше, чем у сплавов, поэтому для изготовления термометров сопротивления используют чистые металлы (чистые металлы имеют практически линейную зависимость эл. Сопр-я от т-ры и положительный α). Металлические термометры сопротивления имеют следующие достоинства: высокую точность измерения, возможность использования в комплекте с ним измерительных приборов со стандартными шкалами, взаимозаменяемость.
Для изготовления чувствительных элементов полупроводниковых термометров сопротивления (терморезисторов) применяют смеси различных полупроводниковых веществ: окислов меди и марганца, окислов кобальта и марганца, двуокиси титана и окисла магния и т.д. для измерения низких температур используется германиевый термометр сопротивления. ( платина от -260 до 750 °С,медь от -50 до 180 °С)
Для предохранения от возможных механических повреждений и вредного воздействия среды, температура которой измеряется, чувствительный элемент покрывают эмалью, помещают в защитный чехол.
К достоинствам полупроводниковых термометров сопротивления относятся: большая чувствительность(на порядок выше чувствительности металлических термометров сопротивления); малая инерционность; большое сопротивление (от единиц до сотен килоом), позволяющее не учитывать при измерении температуры изменение сопротивления соединительных проводов при изменении температуры окружающей среды.
Недостатки: большой разброс температурных коэффициентов. Это исключает взаимозаменяемость и возможность получения градуировочной таблицы для определенного типа полупроводниковых терморезисторов. Каждый экземпляр терморезистора, предназначенный для измерения и сигнализации температуры, необходимо градуировать индивидуально. К другим недостаткам относятся нелинейность зависимости электрического сопротивления от температуры и малая допустимая мощность рассеивания при прохождении измерительного тока.