1.3 Погрешности термоэлектрических преобразователей

Это погрешность, обусловленная изменением температуры не­рабочих спаев термоэлектрического преобразователя.

Градуировка термоэлектрического преобразователя осуществляется при температуре нера­бочих спаев, равной нулю. Если при практическом использовании термоэлектрического пирометра температура нерабочих спаев будет отличаться от 0°С, то это вызовет появление погрешности из­мерения. Если температура нерабочего спая известна, то ввести соответствующую поправку к показаниям термоэлектрического пи­рометра можно следующим образом.

Пусть мы имеем градуировочную кривую термоэлектрического преобразователя , изображенную на рис.1.5. Градуировка термоэлектрического преобразователя производилась при температуре =0°С. Положим, что термоэлектрическим преобразователем нужно измерить температуру, при температуре нерабочих спаев , большей, чем . Очевидно, что термоЭДС ( ; ) термоэлектрического преобразователя в этом слу­чае будет меньше термоЭДС ( ; ), которая была бы при той же температуре рабочего спая, но при температуре нерабочих спаев . ТермоЭДС термоэлектрического преобразователя уменьшается на величину ( ; ) и окажется равной термоЭДС ( ; ) , которая была бы при температуре нерабочего спая, равной , и температуре, рабо­чего спая равной , т.е.

,

где - текущее значение температуры рабочего спая.

В результате по шкале прибора будет отсчитываться значение температуры , меньшее, чем .

1.4 Материалы, применяемые для термоэлектрических преобразователей

Зависимость ЭДС от разности температур является функцией только состава материалов электродов и может быть определена для каждой пары материалов с высокой точностью в лабораторных условиях. Важно, чтобы данные материалы обладали высокой сте­пенью воспроизводимости. Градуировочные характеристики различ­ных пар термоэлектродов в виде таблиц приводятся во всех спра­вочниках и пособиях по измерению температур. Они даны при тем­пературе свободного спая =0°С = 273 К.

Выбор материалов для термоэлектрического преобразователя определяется величиной развиваемой ими ЭДС и диапазона измеряемых температур. До 1100 ºС используют в основном термоэлектрические преобразователи из неблагородных метал­лов, а для измерения температур выше 1100 до 1600°С - термоэлектрические преобразователи из благородных металлов платиновой группы. И, наконец, для измерения температур более +1600°С - различные термоэлектрические преобразователи, из­готовленные из жаропрочных материалов.

В таблице приведены основные характеристики стандартных термоэлектрических преобразователей из неблагородных металлов.

Основной термоэлектрического преобразователя из благородных металлов является пара платинородий-платина, один термоэлектрод которой пред­ставляет собой чистую платину, а второй - сплав (90% Pt +I0% Rh). Этот термоэлектрические преобразователи может применяться для измерения температур до 1600°С - кратковременно и до 1400ºC - длительно и развива­ет при +1600°С термоЭДС, равную 17 мВ (при температуре нерабочих спаев, равной 0°С).

Для измерения температур до 1800°С применяют термоэлектрические преобразователи из платинородиевых сплавов с различным содержанием родия. В них положительным термоэлектродом (положительным называют тот термоэлектрод, по направлению к которому протекает ток через рабочий спай) является сплав, состоящий из 70% Pt и 30% Rh , а отрицательным термоэлектродом - сплав из 94% Pt и 6% Rh. Для более высоких температур используются термоэлектрические преобразователи из более тугоплавких металлов, чаще всего вольфрам-молибден. К достоин­ствам такого термоэлектрического преобразователя относятся: высокая температура плавления обоих термоэлектродов, доступность получения этих материалов и их сравнительно небольшая стоимость. Недостатком этих термоэлектродов являются их быстрое окисление и хрупкость при высоких температурах, а также невоспроизводимость характеристики термоЭДС, что требует индивидуальной градуировки каждой такого термоэлектрического преобразователя. Перспективным термоэлектрическим преобразователем для измерения высо­ких температур в условиях воздействия различных агрессивных сред является термоэлектрический преобразователь из борида и карбида циркония (ZrB₂ и ZrC) - твердых тугоплавких соединений. Этот термоэлектрический преобразователь имеет практически линейную термоэлектрическую характеристику и раз­вивает термоЭДС около 16 мВ при 1800°С.

Таблица 1

Материал	Е(мB) при =0ºС, =100ºС	Верхний предел tºС
		Длительное измерение	Кратковременное измерение
Хромель – копель Хромель –алюмель Железо – копель Медь - копель	6,90 4,10 5,75 4,75	600 1110 600 350	900 1250 800 500