15. Принцип действия термоэлектрических термометров. Автоматические электронные потенциометры.
Принцип действия термопары
Термопара – старейший и до сих пор наиболее распространенный в промышленности температурный датчик. Действие термопары основано на эффекте, который впервые был открыт и описан Томасам Зеебеком в 1822 г. Наиболее правильное определение этого эффекта следующее: Если гомогенный материал, обладающий свободными зарядами, имеет разную температуру на измерительных контактах, то между контактами возникает разность потенциалов. Для нас более привычно обычно приводимое в литературе несколько другое определение эффекта Зеебека – возникновении тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при наличии градиента температур между спаями. Второе определение, очевидно, следует из первого и дает объяснение принципу работы и устройству термопары. Однако, именно первое определение дает ключ к пониманию эффекта возникновения ТЭДС не в месте спая, а по всей длине термоэлектрода, что очень важно для понимания ограничений по точности, накладываемых самой природой термоэлектричества. Поскольку генерирование ТЭДС происходит по длине термоэлектрода, то показания термопары зависят от состояния термоэлектродов в зоне максимального температурного градиента. Поэтому поверку термопар следует проводить при той же глубине погружения в среду, что и на рабочем объекте. Учет термоэлектрической неоднородности особенно важен для рабочих термопар из неблагородных металлов.
В электронных потенциометрах нулевой прибор отсутствует. Он заменен электронным нуль-индикатором. Автоматические электронные потенциометры, кроме измерения температуры, могут быть использованы и для автоматического регулирования температуры. В этом случае они снабжаются дополнительным регулирующим устройством. Кроме того, на базе электронных потенциометров созданы вторичные приборы, которые в комплекте с соответствующими датчиками используются для измерения других неэлектрических величин (давления, расхода, уровня, концентрации и др.). Электронные автоматические потенциометры работают в комплекте с одной из стандартных термопар или с радиационным пирометром. Шкалы их практически равномерны.
Различные модификации электронных потенциометров, отличающиеся один от другого наличием или отсутствием определенных узлов, работают одинаково.
Измерительные схемы всех автоматических потенциометров предусматривают автоматическое введение поправки на температуру холодных спаев термопары. С этой целью они выполняются в виде неуравновешенного моста. В качестве примера ниже рассматривается измерительная схема наиболее распространенного автоматического потенциометра с дисковой диаграммой (типа ЭПД).
Все сопротивления измерительной схемы, кроме RK, изготовляются из манганина. Сопротивление RK изготовляется из меди или никеля.
Цепь источника тока состоит из двух ветвей: рабочей, в которую включен реохорд Rp, и вспомогательный, состоящий из двух сопротивлений RHЭ и RK.
16. Электрические термометры сопротивления. Уравновешенные мосты.
Действие электрического термометра сопротивления основано на зависимости от температуры электрического сопротивления металлического проводника или полупроводникового элемента. Термометр применяется в комплекте с прибором для измерения электрического сопротивления и источником питания. Термометр сопротивления в виде металлического проводника или полупроводникового элемента, с соответствующей условиям применения монтажной и защитной арматурой, монтируется на объекте измерения и соединяется проводной линией с измерительным прибором и источником питания. Питание может осуществляться от сухой батареи, аккумулятора или сетевое через выпрямитель. Линия, соединяющая термометр с измерительным прибором, должна иметь определенное сопротивление, для подгонки сопротивления линии измерительный прибор снабжается подгоночными катушками.
По виду термометрического тела термометры сопротивления можно разделить на металлические и полупроводниковые.
Уравновешенный мост
Принцип действия основан на так называемом нулевом методе измерения. Равновесие моста наступает при отсутствие разницы потенциалов между точками A и B, при этом стрелка прибора устанавливается на нулевой отметки. Условием равновесия является соблюдения следующего равенства R1*Rt=Rp*R3. Если температура среды в которую помещен термометр сопротивления повысится то повысится и сопротивление термометра, равновесие в схеме нарушается. Чтобы уравновесить мост необходимо подвижный контакт переменного сопротивления Rp с индексом p (реохорд) перемещать до тех пор пока не произойдет уравновешивание схемы (прибор должен показать 0). С подвижным контактом связана стрелка прибора, которая покажет температуру в данный момент времени.