Удлинительные электроды, измерительные цепи, погрешности термопар

А₁

Свободные концы термопары должны находиться при постоянной температуре, как показано на рис. 3.60, однако не всегда можно сделать электроды термопары настолько длинными и гибкими, чтобы ее свободные концы размещались в достаточном удалении от рабочего спая. Кроме того, при использовании благородных металлов делать длинные электроды экономически невыгодными, поэтому приходится применять провода из другого материала. Соединительные провода А₁В₁ (рис. 3.60), идущие от зажимов в головке термопары до сосуда объемом V, температуру в котором желательно поддерживать постоянной, называют дополнительными термоэлектродами. Далее для соединения с измерительными прибором можно использовать обычные провода. Чтобы при включении дополнительных термоэлектродов из материалов отличных от материалов основных электродов, не изменилась термоЭДС термопары, необходимо выполнить два условия.

Места присоединения дополнительных термоэлектродов к основным термоэлектродам в головке термопары должны иметь одинаковую температуру.

Дополнительные термоэлектроды должны быть термоэлектрически идентичны основной термопаре, т. е. иметь ту же термоЭДС в диапазоне возможных температур места соединения термоэлектродов в головке термопары (примерно в диапазоне от 0 до 20 °С).

Рис. 3.60. Измерительная схема термопары

Для термопары платинородий – платина применяются дополнительные электроды из меди и сплава ТП (99,4 % Cu + 0,6 % Ni), образующие термопару, термоидентичную термопаре платинородий – платина в пределах до 150 °С. Для термопары хромель – алюмель, показанной на рис. 3.61, дополнительные термоэлектроды изготавливаются из меди и константана. Для термопары хромель – копель дополнительными являются основные электроды, но выполненные в виде гибких проводов.

Рис. 3.61. Схема подключения к термопаре удлинительных проводов

При неправильном подключении удлинительных термоэлектродов возникает существенная погрешность, она почти в два раза больше, чем при подключении медными проводами.

Скоростная термопара

Инерционность термопары определяется временем ее прогрева. Для уменьшения инерционности делают тонкостенный кожух или вообще его исключают, или дополняют скоростной термопарой, показанной на рис. 3.62. Спай 1 – инерционный; спай 2 – малоинерционный.

Рис. 3.62. Скоростная термопара

Совместное включении обычной термопары и скоростной термопары образуют термопару с малой инерционностью

Расчет поправки от разогрева холодных спаев термопары

Так как характеристика термопары нелинейная и значение термоЭДС зависит от нагрева ее холодных концов, то необходимо вводить поправку ΔТ на изменение температуры холодных спаев термопары (рис. 3.63).

Рис. 3.63. К расчету поправки

Пусть имеем градуировочную кривую термопары , где Положим, что ТП нужно измерить температуру t при температуре свободных концов , которая больше, чем . Очевидно, что ЭДС термопары будет меньше и отсчёт температуры по прибору будет меньше, чем . Если считать, что участки кривой между точками и , а также и прямыми, что возможно практически для интервала , то можно выделить два треугольника и записать следующее:

для рабочих ТП;

для эталонных ТП.

Для автоматической компенсации влияния изменения температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей на показания приборов, не оснащенных устройством автоматической компенсации серийно выпускается коробка компенсационная типа КТ-54, схема которой представлена на рис. 3.64.

Схема КТ-54 состоит из неуравновешенного моста (R₁, R₂, R₃, R_ТС) с термометром сопротивления R_ТС и делителя, на котором формируется поправка на температуру свободных концов для термопар типа ХК, ХА, ПП. При температуре t₂¢ = 0 мост уравновешен. Напряжение на измерителе при t₂¢> 0 U_mV = e_T + DU. Компенсация осуществляется в диапазоне температуры окружающей среды от 0 до 40 °С.

В термоэлектрических термометрах для измерения термоЭДС применяют обычные милливольтметры, регулирующие милливольтметры и потенциометры с автоматическим уравновешиванием.

Рис. 3.64. Схема компенсатора температуры КТ-54

При измерении термоЭДС милливольтметром возникает погрешность из-за изменения сопротивлений всех элементов, составляющих цепь термоЭДС (рабочие термоэлектроды, дополнительные электроды и соединительные провода).