Термоэлектрические пирометры (тп)

В них используется зависимость от температуры величины термоЭДС, возникающей в месте спая двух разнородных металлов. Комплект одного электрического пирометра включает в себя чувствительный элемент (термопару), измерительное устройство, реагирующее на напряжение термопары, соединительные провода.

Термопара состоит из двух разнородных термоэлектродов, спаянных в точке 1. Данный спай называется концом термопары. Он помещается в ту точку, температуру в которой надо измерить. Точки 2,3 называются холодным или свободным концом. Температура в них одинаковая (Т). ЭДС, вырабатываемая термопарой, не зависит от геометрических размеров и формы электродов, а также от материала соединительных проводов. ЭДС вырабатываемая термопарой, зависит только от температуры горячего и холодного конца и материала, из которого сделана термопара.

E = f(T, T₀);

E = e(T) – e(T₀);

e(T) – термоЭДС, вырабатываемая рабочим спаем при температуре Т горячего конца. e(T₀) – термоЭДС, вырабатываемая рабочим спаем при температуре Т₀ холодного конца.

Зависимость ЭДС термопары от Т, снятая при температуре свободного конца 0 называется градуировочной кривой. Данная кривая нелинейна, имеет вид

Для термопар различных типов градуировочные кривые стандартизированы. Так как в реальных условиях температура рабочего конца редко бывает равна нулю, поэтому процесс измерения температуры посредством термоэлектрического пирометра требует введения поправки на температуру свободных концов. Для термоэлектродов термопар был разработан ряд материалов. Данные материалы должны отвечать следующим условиям:

1. Иметь высокую термоЭДС и, по возможности, линейную градуировочную кривую.

2. Должны обладать устойчивостью химических и физических свойств в условиях нагрева.

3. Должны обладать высокой электропроводностью. Выполнение данного требования позволяет сократить погрешность измерения, вызванную падением напряжения на изменяющемся внутреннем сопротивлении термопары.

4. Должны обладать малым ТКС.

5. Должны воспроизводиться в больших количествах с неизменными физическими свойствами.

Наименование		Материал	tраб, C	TC, крит. доп.
+ -	Платинородий Платина	Pt + Rh Pt	1300	1600
+ -	Платинородий Платинородий	Pt + 30% Rh Pt + 6% Rh	200 – 1600	1800
+ -	Хромель Алюмель	Ni + Cr Ni + Al	1000	1300
+ -	Хромель Копель	Ni + Cr Ni + Cu	600	800
+ -	Сплав никель-кобальт Сплав кремний-алюминий	Ni + Co Si + Al	300 - 1000	-

Термопары платиновой группы наиболее дорогие. Их используют при t>1000 C. Наиболее чувствительная – хромель-копель. Термопара платинородий-платинородий и сплав никель-кобальт - сплав кремний-алюминий при t до 100 С имеют термоЭДС=0, , при работе с ними не требуется вводить поправку на температуру свободных концов.

Введение поправки на температуру свободных концов.

Покажем, что, зная ЭДС термопары, при температуре свободных концов Т0, можно вычислить ее в градуировочном режиме. Для этого будем использовать уравнение термоЭДС термопары, работающей в градуировочном режиме.

E(T,0) = e(T) – e(0), (1)

---

E(T,T₀) = e(T) – e(T₀), (2)

E(T,0) – E(T,T₀) = e(T₀) – e(0)

Учитывая, что разность, стоящая в правой части выражения есть ЭДС термопары, рабочий конец которой имеет температуру Т₀, а холодный конец – Т=0.

e(T₀) – e(0) = E(T₀,0)

e(T,0) = E(T,T₀) + E(T₀,0)

E(T₀,0) может быть найдена по градуировочной кривой, т.е. по рассчитанной ЭДС Е(Т,0), по градуировочной кривой можно найти рабочую температуру.

Использование графоаналитического метода во многих случаях оказывается неудобным. Поэтому часто используют автоматическое введение поправки на температуру свободных концов с помощью термозависимой мостовой схемы, включенной в цепь термоэлектрического пирометра.

В схеме последовательно с термоЭДС термопары включен терморезистор R₁, установленный вблизи клемм c, d термопары (свободных концов). Элементы мостовой схемы выбраны таким образом, чтобы выполнялось соотношение U_ab = E(T₀,0). В этих условиях ЭДС, регистрируемая милливольтметром, не зависит от температуры свободных концов, и определяется только градуировочной кривой. Элементы моствой схемы, зажимы для подключения свободного конца термопары конструктивно объединяют в компенсационной коробке. Она может работать в относительно узком диапазоне температуры свободных концов (10-15 С).