Термопари з неблагородних металів

Термоелектродні матеріали

До матеріалів термоелектродів, призначених для виготовлення термопар, пред'являються наступні основні вимоги:

1) збереження з часом у межах робочих температур своїх механічних і хімічних властивостей;

2) досить висока термое.р.с.;

3) гарна електропровідність (температурний коефіцієнт електроопору повинний бути мінімальним);

4) лінійна залежність термое.р.с. від температури;

5) збереження властивостей електродів, виготовлених з матеріалів різних плавок.

У залежності від призначення термопари виготовляють з благородних і неблагородних металів, а так само з напівпровідникових матеріалів.

Термопари з благородних металів. З цієї групи термопар найбільше поширення одержала термопара, що складається з платинородію (90% Рt і 10% Rо) – один електрод і чиста платина – інший електрод. Ця термопара одержала поширення як зразкова і може застосовуватись для виміру температур до 1900К короткочасно і до 1600К довгостроково.

Достоїнством даної термопари є хімічна стійкість в умовах окисного середовища, а недоліком – мала величина, що розвивається термое.р.с.

Для виміру температур до 1900К застосовують термопари з платинових сплавів з різним змістом родію, наприклад термопара ПР - 30/6. Позитивним термоелектродом у ній є сплав з 70% Рt і 30% Rо, а негативним – сплав з 94% Рt і 6% Rо.

Термопари з неблагородних металів

Їх широко застосовують для виміру температури в різних галузях техніки. Найбільше поширення одержали термопари хромель-алюмель і хромель-копель.

Для виміру температур 220...1300К застосовують хромель-алюмелеві термопари. Ця термопара стійко працює в окисленому середовищі при високих температурах (утворена при нагріванні тонка захисна плівка перешкоджає проникненню кисню усередину металу). Термоелектрична характеристика цієї Т близька до прямолінійного, що дає кращі результати виміру різниці температур.

Хромель-копелева Т менш піддана дії вологи, добре працює в окисному середовищі. Вона розвиває найбільшу термое.р.с. із усіх термопар. До недоліків ХКТ відноситься значно велика нелінійність термоелектричної характеристики в порівнянні з характеристикою термопари хромель-алюмель (мал.).

Для виміру температури більшої 190К застосовують Т вольфрам-молібден. До достоїнств її відносяться:

- висока температура плавлення обох термоелектродів;

- невелика вартість;

А до недоліків:

- швидке окислювання термоелектродів;

- крихкість при високих температурах, що утрудняє їхнє застосування.

Застосовують так само мідь копелеву і залізокопелеву Т.

Мідькопелева має невелику верхню температурну межу при тривалому застосуванні. Це пояснюється тим, що при температурі нижче 600К мідь починає швидко окислюватися.

Достоїнство такий Т – невелика вартість.

Залізокопелевая Т може бути використана при температурі до 800К. Ця Т застосовується рідко, тому що залізо піддається іржавінню, що є недоліком.

При виборі Т керуються не тільки величиною термое.р.с., але і вартістю, а також допустимою температурою.

Термопара є основним чуттєвим елементом датчиком температури, так само називаних Т. Т поміщають у захисну арматуру, що охороняє їх від ушкоджень.

Термопари з напівпровідникових матеріалів (термогенератори)

Мають більш високу чутливість, ніж металеві. До недоліків відносять малу механічну міцність і не великий температурний діапазон виміру (до 700К).

Однак велике значення к.п.д. дозволяє використовувати їх як перетворювачі теплової енергії в електричну. Такі термогенератори використовуються для живлення радіоприймачів. Велике значення к.п.д. викликане тим, що н\п Т мають малу теплопровідність і високе значення питомого опору.

На підставі н\п термопар розроблені перетворювачі сонячної енергії в електричну. Потужність таких термогенераторів досягає декількох десятків ват. Теромоелектроди виконуються із телуристих з'єднань.

Поправка на температуру холодного спаю.

Подовжувальні термоелектроди

Звичайно градуювання тепмопар здійснюється при температурі холодного спаю q₂=0°С. Практично при змінах температури холодний спай має температуру, відмінну від нуля, і отже, по обмірюваній величині термое.р.с. неможливо визначити вимірювану температуру. Це викликає необхідність введення поправки на температуру холодних спаїв.

Існує кілька способів підтримки незмінності температури холодних спаїв. Наприклад, холодні спаї поміщають у ванну з льодом, що тане, тобто при q₂=0°С. Однак цей спосіб практично не завжди здійснимо. Іноді застосовують для стабілізації температури холодних спаїв спеціальну коробку з тепловою ізоляцією, що володіє значною тепловою інерцією і тому повільно реагує на зміну навколишньої температури.

У деяких випадках холодні кінці закапують у землю на глибину декількох метрів, де температура стабільна.

Якщо температура холодних спаїв відома, то вводять поправку до показань вимірювального приладу, а саме, перш ніж визначити вимірювану температуру, потрібно спочатку знайти істинне значення термое.р.с., що відповідає даному значенню вимірюваної температури:

де - істинне значення термое.р.с.

- обмірюване значення термое.р.с.

- поправка на температуру холодного спаю.

При точних вимірах поправку на температуру холодного спаю визначають по градуйоровочній кривій (рис.) чи по градуйовочній таблиці термопари.

Поправка на температуру холодних спаїв може бути так само введена механічно – шляхом установки стрілки приладу при відключеної Т на відмітку шкали, що відповідає t° навколишнього середовища (температурної поправки).

Застосовують так само автоматичну корекцію температурних погрішностей. На рис. приведена схема корекції погрішності через зміну температури холодного спаю. Тут у ланцюг термопари А і В і мілівольтметра включений міст, що складається з дротових резисторів R₁, R₂, R₃, виконаних з матеріалів з малим температурним коефіцієнтом опору (наприклад, манганін), і терморезистора R₀, виготовленого з матеріалу з великим температурним коефіцієнтом (наприклад, нікель, мідь). Резистор R₀ міститься поблизу холодних спаїв термопари. Міст живиться від джерела постійного струму Е.

Міст збалансований таким чином, що при температурі холодного спаю q₂=273К (температура градуйовки термопари) напруга між точками Г і Д (вихідної діагоналі) дорівнює нулю. При зміні температури навколишнього середовища відповідно змінюються температура холодних спаїв і опір резистора R₀. У результаті відбувається розбалансування моста. Між точками Г і Д з'являється напруга U_ГД (різниця потенціалів), що компенсує зміну термое.р.с. при зміні температури холодних спаїв (напруга U_ГД буде складатися чи відніматися з термое.р.с. термопари).

Розглянемо принципову схему включення термопари (рис.). Звичайно вимірювальний прилад розташовується на деякій відстані від місця виміру температури, що може складати кілька метрів і більше. Приєднання вимірювального приладу (мілівольтметра) до термопари А – В здійснюється за допомогою подовжувальних термоелектродів 1 і 2 (ці проводи іноді називають компенсаційними). Якщо Т дешева, то подовжувальні термоелектроди необхідної довжини виконуються з тих же матеріалів. Якщо застосовується Т з дорогих матеріалів (благородних), то подовжувальні проводи виготовляються з інших, більш дешевих (неблагородних), але таких, котрі в парі забезпечують таку ж тероме.р.с., що й основна термопара.

Варто мати на увазі, що місця приєднання подовжувальних термоелектродів до основних термоелектродів (у голівці термопари) повинні мати однакову температуру, інакше можуть виникнути погрішності при вимірах.

Для Т з неблагородних металів з метою зменшення опору лінії застосовують подовжувальні термоелектроди з інших матеріалів. Наприклад, для Т хромель-алюмель подовжувальні термоелектроди виконують з міді в парі з константаном. Для теромпари хромель-копель подовжувальними електродами є основні термоелектроди.

Дата добавления: 2015-08-13