Термопары.

Действие термопары основано на явлении термоэлектриче­ского эффекта: если два термоэлектрода Аи Б (рис.5.1.), выпол­ненные из двух разнородных материалов, соединить в точке 1 и поместить в среды с раз­личными температурами t1 и t2 то на концах 2 и 3 возникнет термо-ЭДС. Подключенный к этим концам чувствительный милливольтметр покажет величину термо-ЭДС, пропорциональную разно­сти температур t1 – t2.

Шкала такого прибора может быть отградуирована в градусах Цельсия.

Термоэлектричес­кий эффект может быть объяснен наличием в ме­таллах свободных электронов, число которых в еди­нице объема различно для разных металлов: напри­мер, в А больше, чем в В. В спае с температурой t1 электроны из металла А диффундируют в металл В в большем количестве, чем в обратном направлении. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл В - отрицательно. Возникающее при этом в месте соприкосновения электрическое поле препятствует диффузии, и когда под влиянием элект­рического поля, скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода, наступает состояние подвижного равновесия. При этом между проводниками А и В возникает разность потенциалов — термоэлектродвижущая сила.

В принципе термоэлектрический ток возникает и в однородном проводнике, если имеется градиент температуры по его длине.

Рисунок 5.1. Принципиальная схема подключения термопары.

Основные требования к термопарам, ис­пользуемым в науке и технике для измерения температуры, сле­дующие: устойчивость к воздействию температуры, постоянство термо-ЭДС во времени, возможно большая термо-ЭДС, однозначность зависимости термо-ЭДС от температуры, небольшой температурный коэффициент сопротивления, большая электропроводность, срав­нительная простота и легкость воспроизводимости термоэлектри­ческих свойств, обеспечивающих взаимозаменяемость термопар, и т. д. Однако всем этим требованиям не отвечает ни один из известных термоэлектродных материалов. Поэтому на практике пользуются различными материалами в разных пределах изме­ряемых температур.

Стандартизовано пять основных типов технических термопар:

1. Платинородий (10% родия)-платиновые - обо­значение ТПП (первым указывается положительный термоэлектрод, вторым—отрицательный). Надежно работают в нейтральной и окис­лительной среде, но разрушаются в восстановительной. На пла­тину вредно действуют пары металлов и углерод. По комплекс-

ной оценке являются лучшими до температуры 1300—1600° С. Изготовляются из проволоки диаметром 0,5 и 1 мм, которая изо­лируется фарфоровыми бусами или трубками.

2. Платинородий (30% родия) -платинородиевые(6% родия) обозначение ТПР. Применяются - до температуры 1600—1800° С. Не требуют введения поправки на температуру хо­лодных спаев, так как при 20° С развивают очень малую т.э. д. с. (около 0,002 мВ).

3. Хромель-алюмелевые - обозначение ТХА. Приме­няются до температуры 1100—1300° С. На эти термопары наибо­лее вредно действует восстановительная атмосфера.

4. Хромель-копелевые — обозначение ТХК. Приме­няются до температуры 600—800° С.

5. Из сплавов НК (никель-кобальт)—СА (специальный алюмель) - обозначение ТНС. Применяются для измерения тем­пературы 300—1000° С и не требуют введения поправок на тем­пературу холодных спаев,, так как до 200°С термо - ЭДС близка к нулю.

В отдельных случаях могут применяться нестандартные тер­мопары: медь-константановые, железо-константановые, медь-копелевые, железо-копелевые и др. Однако все они требуют инди­видуальной градуировки.

Для измерения высоких температур (до 2300° С) применяют­ся вольфрам-молибденовые, вольфрам-рениевые термопары и не­которые другие. В специальных случаях применяются полупро­водниковые термопары, которые развивают термо-ЭДС, в 5—10 раз большую, чем вышеуказанные. Электродами в таких термопарах являются сплавы цинка, свинца, олова, кадмия и углерода.

1- рабочий коней; 2- фарфоровый наконечник; 3- защитный чехол; 4- изоляционные бусы; 5- подвижной фланец; 6- головка; 7- фарфоровая колодка; 8- зажимы; 9- прокладка; 10- крышка; 11- уплотнительная набивка; 12- штуцер для соединительных проводов.

Рисунок 5.2. Конструкция термопары общего назначения.

Устройство термопары показано на рис.5.2.

Рабочий конец (горячий спай) термопары 1 заключен в фар­форовый наконечник 2, а остальная часть проводников изолирована друг от друга фарфоровыми бусами 4. Изолированные проводники помещены в защитный чехол 3. Свободные (холод­ные) концы проводников подводятся к выводным клеммам, раз­мещенным в головке термопары.

Головка закрывается крышкой 10. Соединительные провода подводятся через штуцер 12.

Термопары выпускаются с большой инерционностью (2,5— 8 мин), с обыкновенной (1,5— 2,5 мин) и с малой (0—1,5 мин).

Достоинство термопар – самый большой диапазон измеряемых температур, линейность статической характеристики, высокая точность, простота изготовления, низкая стоимость.

Недостатки термопар – низкая чувствительность, невысокое быстродействие.

Дата добавления: 2015-08-09