Термоелектричні термометри.

Як первинні перетворювачі температури можуть бути використані металеві і напівпровідникові термопари. Явище термотоку полягає в тому, що у замкнутому ланцюзі, який складений з різнорідних провідників або напівпровідників, виникає електричний струм, якщо температура місць з’єднання їх різна.

Метали можна розташувати в такий термоелектричний ряд: (-) Bi, Co, Ni, K, Pd, Na, Hg, Pt, Al, Mg, Sn, Pb, Cs, Ag, Cu, Zn, Cd, Mo, Fe, Sb, Si (+).

Якщо скласти термоелемент з будь-яких двох металів, які входять до цього ряду, то попередній метал виявиться електровід’ємним, а наступний – електрододатним. Чим дальше один від одного стоять в термоелектричному ряді метали, які складають термоелемент, тим більше при заданій різниці температур виникаюча ЕРС.

Температурна залежність ЕРС термоелемента виражається формулою

, (2.17)

де - стала величина для даної пари металів.

На основі залежності (2.17) визначається для даної термопари як електрорушійна сила, що виникає при різниці температур спаїв 1°.

В табл.2.2 наведені середні значення для деяких термопар, які застосовуються при вимірюваннях температури.

Таблиця 2.2 Середні значення термопар

Термоелемент	, мкВ/°С
Мідь – константан Манганін – константан Платина – константан Залізо – константан Константан – хромонікель

Сила струму, який виникає у замкнутому ланцюзі, що складається з термопари з опором і опору навантаження (опір гальванометра, опір лінії зв’язку), при різниці температур виражається формулою

. (2.18)

Напруга у зовнішньому ланцюзі визначається як

. (2.19)

Часто для збільшення температурної чутливості термоелектричної установки в ланцюг вмикається декілька послідовно з’єднаних термоелементів. У цьому випадку вирази (2.18) і (2.19) приймуть вигляд

; (2.20)

, (2.21)

де - кількість термоелементів.

Проте треба мати на увазі, що із збільшенням кількості термоелементів зростає опір термобатареї.

В метеорології термоелектричні термометри застосовуються при дослідженнях для вимірювання градієнтів температури, а також для вимірювання температури повітря, ґрунту і води. У випадку вимірювання температури «холодний» спай підтримується при постійній температурі або його температура повинна вимірюватися за допомогою допоміжного термометру.

Шкала вимірювального приладу, увімкненого в ланцюг термопари або термобатареї, може бути розділена на градуси температури (або різниці температур). Для реєстрації температури і різниці температур (за значеннями ЕРС термопар) застосовують автоматичні потенціометри, високочутливі реєстратори, а також реєстратори з попереднім посиленням.

Термометри з термоелементами у деяких випадках мають перевагу перед іншими термометрами, особливо при вимірюванні різниці температур. Вони можуть забезпечити вимірювання у всьому діапазоні температур, які зустрічаються в метеорології, і не потребують джерел живлення. Їхнім істотним недоліком є мала чутливість.

Термометри термотранзисторні. Термотранзисторами названі транзистори, застосовні як первинні перетворювачі температури. Як термометричну характеристику термотранзистора частіше за все вибирають напругу емітер – база . Термотранзистори можуть застосовуватися при вимірювання температури в межах від -70 до +200°С.

Термотранзистори володіють деякими позитивними якостями, такими, як стабільність, лінійність, ідентичність зразків, висока чутливість, малі габарити, невелика вартість та деякі інші.

Температурна залежність напруги емітер – база з достатньою точністю визначається виразом

,

де - напруга емітер – база при 0°С;

- стала величина;

- температура.

Термометри з термотранзисторами містять мостову вимірювальну схему, одним з плечей якої є перехід емітер – база термотранзистора, на колектор якого надходить замикаюча напруга. Джерело живлення моста і транзистора повинне бути стабілізованим. Напруга на виході моста визначається виразом , де - коефіцієнт, що залежить від параметрів вимірювального моста і характеристик термотранзистора, тобто для певного виду термотранзисторного термометра величина постійна.

Серійно випускається транзисторний електротермометр ТЕТ-2 (рис.2.20). Ця установка призначена для вимірювання температури ґрунту на поверхні і глибинах, на яких стаціонарно установлюються датчики, і в будь-якій точці поля до глибини 50 см за допомогою переносного датчика-щупа. Установка забезпечує вимірювання температури в діапазоні 120°С (від -40 до +80°С) з дискретністю відліку 2°С і в діапазоні 60°С (від -10 до +50°С) по трьом діапазонам по 20°С з дискретністю 0,2°С.

ТЕТ-2 містить вимірювальний пристрій і датчики (рис.2.20 а, б), якими установка може бути укомплектована в будь-якій кількості. Установка може комплектуватися також і комутатором (перемикачем) для почергового підключення датчиків до вимірювального приладу.

Вимірювальний пристрій переносний. В ньому розміщені елементи нерівноважного моста і стабілізатора, гальванічний елемент та інші узгоджені і допоміжні елементи схеми, головним чином, резистори. На лицьовій його панелі (рис.2.20 а) розміщені вимірювальний прилад, ручка перемикача піддіапазонів, шкала піддіапазонів і кнопка для увімкнення приладу. На боковій стінці знаходиться розетка (закрита ковпачком) для почергового підключення датчиків (або перемикача датчиків). Вимірювальний прилад має дві шкали – одна з межами від -40 до +80°С для наближених вимірювань, друга тримежова: від -10 до +10°С, від +10 до +30°С, від +30 до +50°С, для більш точних вимірювань.

Вимірювальний пристрій має знімну захисну кришку.

Рис.2.20 Установка для вимірювання температури ґрунту ТЕТ-2: а – пульт; б і в – датчики

Датчики в залежності від призначення мають різну конструкцію. Переносний датчик-щуп (рис.2.20, б) призначений для вимірювання температури ґрунту на глибинах до 50 см. Він являє собою металеву трубку (довжиною приблизно 50 см) з гострим наконечником і ручкою. Наконечник з’єднаний з трубкою за допомогою втулки з теплоізоляційного матеріалу. Термотранзистор закріплений всередині трубки безпосередньо у наконечника і за допомогою кабелю зв’язаний з вилкою штепсельного роз’єму, всередині корпуса якого знаходиться резистор, увімкнений в ланцюг струму емітера для установлення заданого значення характеристичної напруги .

При зміні температури датчик заглиблюють в ґрунт до потрібної глибини, натискаючи на його ручку; глибина заглиблення визначається по шкалі, що нанесена на трубці (нуль шкали співпадає з наконечником, де знаходиться термотранзистор).

Датчик для стаціонарної установки (рис.2.20, в) являє собою металеву капсулу з термотранзистором всередині, герметично з’єднану з відрізком кабелю, жили якого з’єднують термотранзистор з вилкою штепсельного роз’єму.

При вимірюванні температури датчик підключають до вимірювального пристрою (або через перемикач). Вимірювальний пристрій установлюють горизонтально. Надалі процес вимірювання аналогічний процесу вимірювання температури термометрами опору і виконується в такій послідовності: перевіряють положення стрілки приладу і при необхідності коректором установлюють її на нуль, рукоятку установлюють в положення «К» (при цьому стрілка повинна установитися біля контрольного сектора в кінці нижньої шкали), потім ручку переводять в положення «- 40 + 80» і по положенню стрілки відносно нижньої шкали визначають температуру. Більш точне її значення отримують, установлюючи ручку в положення, що відповідає піддіапазону, визначеному попереднім грубим вимірюванням, і зробивши відлік по верхній шкалі приладу.

Основна похибка ТЕТ-2 при вимірюванні в широкому діапазоні складає 2°С, а в піддіапазонах – 0,5°С.

Дата добавления: 2015-10-13