Краткая теория. Принцип действия термоэлектрических преобразователей температуры основан на

Принцип действия термоэлектрических преобразователей температуры основан на зависимости термоэлектродвижущей силы е (ТЭДС), возникающей в месте электрического контакта (соединения) двух разнородных проводников, от температуры Т места соединения:

е = е(Т). (3.1)

Проводники, участвующие в создании ТЭДС, называют термоэлектродами. Электрически соединённые термоэлектроды образуют чувствительный элемент термоэлектрических термопреобразователей температуры, называемый термопарой. Место электрического контакта термоэлектродов называют спаем. Спай может быть изготовлен путём сварки, спайки или скрутки термоэлектродов. Их диаметр может быть от 0,03 до 5 мм, а длина – неограниченной.

Связь ТЭДС с температурой зависит от физико-химических свойств термоэлектродов и не зависит от их диаметра, длины и характера распределения температуры вдоль них. К сожалению, значения ТЭДС зависят ещё и от температуры Т₀ свободных (несоединённых) концов термоэлектродов, которые присоединяют к медным удлинительным проводам или клеммам измерительного прибора, измеряющего ТЭДС. Следовательно, в общем случае зависимость ТЭДС от температуры имеет вид

е =е(Т,Т₀). (3.2)

Чем ближе значение температуры Т₀ к измеряемой температуре, тем меньше сигнал (ТЭДС) термопары. Для получения однозначной зависимости е от Т условились определять её при значении температуры Т₀ свободных концов, равной 0^оС (таяние льда). Для эталонных термоэлектрических термопреобразователей эту зависимость определяют индивидуально для каждого экземпляра преобразователя. Для наиболее распространённых типов термопреобразователей, используемых в качестве средств измерений, установлены стандартные, усреднённые зависимости ТЭДС от температуры, которые называют номинальными статическими характеристиками преобразования (НСХП).

Значения ТЭДС измеряют милливольтметрами и потенциометрами постоянного тока с пределом измерений до 50 мВ и классом точности от 0,0001.

В России наиболее распространены термопары из следующих пар термоэлектродов: платинородий (10%Rh) – платина (обозначение НСХП – ПП), платинородий (30%Rh) – платинородий (6%Rh) (ПР), хромель – алюмель (ХА), хромель – копель (ХК). Характеристики преобразования (НСХП) для этих термоэлектродов и классы допуска для отклонений от этих характеристик приведены в ГОСТ Р.8.585 – 2001. В таблице 1, приведены пределы допускаемых отклонений (^оС) от НСХП термопар ХА и ХК для нескольких значений измеряемой температуры.

Таблица 3.1.

Тип термопары	Обозначение НСХП	Класс допуска	Температура, ^оС	Пределы допускаемых отклонений, ^оС
Хромель – алюмель	ХА			2,5 2,5 3,0 3,75 1,5 1,5 1,6 2,0
Хромель – копель	ХК			2,5 2,5 2,7 3,2

Термоэлектрические преобразователи на основе этих термопар используют в широком диапазоне температур от –200 до 1000^оС (ХА) и от –200 до 600^оС (ХК).

В соответствии с частью 2 Государственной поверочной схемы для средств измерений температуры (ГОСТ 8.558–2012) поверка термоэлектрических преобразователей в диапазоне от 0 до 1800^оС осуществляется методом непосредственного сличения с эталонными термометрами 3-го разряда, например, в термостатах (до 250^оС) и в печах (выше 100^оС) или методом прямых измерений в калибраторах температуры (до 650^оС). При этом экспериментальным путём подтверждается соответствие отклонений ΔТ значений Т_Х температуры, измеренных поверяемым термопреобразователем, от значений Т_Э температуры, измеренных эталонным термометром или воспроизведённых калибратором. Эти отклонения не должны превышать значений, указанных в таблице 3.1. Например, для термопреобразователей ХА класса 2 при температуре 400^оС допускаемые отклонения ΔТ должны удовлетворять условию

/ΔТ/ =/Т_Х – Т_{Э /} ≤ 2,7^оС. (3.3)

При выполнении данной лабораторной работы необходимо экспериментально подтвердить соблюдение условия (3.3) для поверяемого термоэлектрического преобразователя и принять решение о возможности его применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Контрольные вопросы

1. На чём основан принцип действия термоэлектрических преобразователей температуры?

2. Какие металлы и сплавы (материалы) используют для изготовления термопар?

3. Какие пределы измеряемых значений температуры имеют термопреобразователи с характеристиками преобразования ХА и ХК?

4. Какие вторичные измерительные приборы используют в комплекте с термоэлектрическими преобразователями?

5. Какие типы пар термоэлектродов для термоэлектрических преобразователей наиболее распространены в России?

6. Какие методы передачи единицы температуры используют при поверке термоэлектрических преобразователей?

Дата добавления: 2015-08-13