2.5 Термоэлектрические термометры

У стройство, состоящее из термопары - называется термоэлектрическим термометром. Явление возникновения термоЭДС было открыто Т. Зеебеком в 1821 году. Два разнородных проводника, связанных между собой спаем, являются термопарой. При равенстве температур обоих концов термопары термоток в замкнутой системе не возникает, рис. 2.5а.

Если же разорвать спай 2 (рис. 2.5б), то в месте разрыва возникает термоЭДС. При этом следует учесть, что в данном случае термопара имеет 3 спая - один (1) горячий и два холодных спая (в точках соединения с клеммами).

В третьей схеме включения (рис. 2.5в) спай 1 - горячий, спай 2 - холодный и два спая в точках соединения клемм нейтральные, т.е. при температуре окружающей среды.

Абсолютное значение термоЭДС термопар имеет крайне низкое значение - несколько милливольт, поэтому для их измерения требуются достаточно чувствительные приборы.

Для измерения очень низких температур применяют последовательное включение термопар, рис. 2.6а.

Для измерения перепада (разности) температур применяют встречное включение термопар друг другу, рис. 2.6б. Такая термопара называется дифференциальной и способна измерять разность температур двух объектов.

Для измерения средней температуры термопары включают параллельно, рис. 2.6в.

Существует много различных материалов, которые в паре друг с другом дают значительные термоЭДС, но практическое применение нашло ограниченное количество материалов.

По ХАРАКТЕРУ применяемых МАТЕРИАЛОВ термопары могут быть разбиты на три группы:

1) из благородных материалов Au, Ag, Pt, W, Ni, Fe и т.д. ( );

2) из сплавов (хромель, копель, алюмель, платинородий, вольфрамрений, вольфрам-молибден и т.д.) ( );

3) металлы в паре с неметаллами.

В настоящее время нашли широкое применение термопары со стандартной градуировкой и токовым выходным сигналом 4-20мА.

Зависимость термоЭДС термопары от температуры приведена на рис. 2.7.

Независимо от типа термопары в ней вырабатывается унифицированный токовый сигнал 4-20 мА, который соответствует минимальному и максимальному значению

температуры, измеряемой термопарой.

Технические характеристики термопар приведены в табл. 2.2

Таблица 2.2

Тип термопары	Град-ка	Химический состав		Предел измерений
		положительного	отрицательного	Нижний	Верхний
Платинородий- платиновая ТПП	ПП-1	Платинородий (90%Pt+10%Rh)	Платина (100%)	0	1300
Платинородий - платино- родиевая ТПР	ПР30/6	Платинородий (70% Pt+30%Rh)	Платинородий (94% Pt +6%Rh)	300	1600
Хромель-алюмелевая TXA	ХА	Хромель (89%Ni+9.8%Cr+ +l%Fe+0.2%Mn)	Алюмель (94%Ni+2%Al+2.5%Mn+ +l%Si+0.5%Fe)	200	1000
Хромель-копелевая TXK	ХК	Тоже	Копель (55%Cu+45%Ni)	200	660
Вольфрам-рениевая TBP	ВР5/20	Вольфрам-рений (95%W+5%Re)	Вольфрам-рений (80%W+20%Re)	0	2200
Вольфраммолибденовая ТВМ	ВМ	Вольфрам (100%)	Молибден (100%)	1250	2000

Максимальной чувствительностью к температуре обладает копелевая термопара, а самой низкой - ТВМ.

У читывая сложность измерения температуры милливольтметрами и для точности измерений, применяют уравнивающие мосты или компенсационные измерения, рис. 2.8.

Перед измерением термоЭДС, потенциометр ставят в крайнее левое положение и реостатом R устанавливают температуру 0°С. Затем термопару устанавливают в объект. Рост температуры вызывает изменение термо ЭДС. Когда падение напряжения на резисторе будет равно термоЭДС, нуль орган покажет ноль, клювик бегунка потенциометра покажет на шкале значение температуры. Такой метод измерения температуры называется компенсационным методом. Отсчет температуры производится по положению бегунка потенциометра.

ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА ТЕРМОПАР.

1) В комплект термопар должен входить компенсационный провод с эквивалентной термоЭДС, рис. 2.9.

2) Для компенсации погрешностей при измерении термоЭДС при изменяющейся температуре окружающей среды применяют компенсационные коробки, рис. 2.10.

3) В разрыв компенсационных проводов можно включать медные провода при условии равенства температур обоих концов провода, рис. 2.9.

4) Провода термопар следует экранировать во избежание наводок в них или применять бифилярную проводку.

5) Начинается и заканчивается монтаж термопар компенсационным проводом с эквивалентной термоЭДС.

Для объяснения этих особенностей следует рассмотреть работу схем рисунков 2.9 и 2.10.

Н ачала и концы термопар подключены к медным проводам, рис. 2.9. Каждая точка соединения является термопарой, вырабатывающей паразитные термоЭДС. Для того чтобы они не возникли, необходимо поддерживать температуры этих точек одинаковыми.

Объясним работу температурного компенсатора, рис. 2.10. Термопара реагирует не только на температуру объекта, но и на температуру окружающей среды, так как ЭДС термопар пропорциональна перепаду температур объекта и окружающей среды. Резисторы и три первых изготовлены из константана. Резистор - медный терморезистор, изменяющий свое сопротивление под действием температуры.

Электронный мост на резисторах может разбалансироваться в любом направлении. При росте температуры окружающей среды сопротивления резисторов не изменяются, а сопротивление резистора (медного терморезистора) возрастет, при этом знаки потенциалов точек А и В будут ( - и +), соответственно (без скобок). При уменьшении температуры окружающей среды знаки потенциалов точек А и В поменяются на противоположные. Излишняя и недостающая термоЭДС будут скомпенсированы электронным мостом за счет внешнего источника питания. Чем значительнее изменение температуры окружающей среды, тем сильнее разбалансировка электронного моста.

Достоинством термопар является линейная зависимость их сопротивления от температуры.