Практика 2. Термоэлектрические термометры Принцип действия
В замкнутом контуре из двух разнородных проводников, когда их спаянные концы находятся при различных температурах, возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), которая может быть измерена милливольтметром.
Наибольшее распространение получили термопары хромель-алюмелевые, хромель-копелевые, медь-константановые, железо-константановые, платино-платинородиевые.
Термоэлектрические термометры могут использоваться для измерения температур в диапазоне от -200 до 2500 °С, они получили широкое распространение для измерения температур от 0 до 700 °С.
К числу достоинств термоэлектрических термометров можно отнести достаточно высокую точность и возможность дистанционного централизованного контроля.
В замкнутой цепи из двух разнородных металлов А и В если электрический ток идёт от А к В, электрод А называют термоположительным, а В – термоотрицательным. Такая термопара обозначается как АВ.
Так называемый «горячий» спай используют для измерения температуры t, а «холодный» спай помещается в среду с постоянной, известной температурой t0. По величине ТЭДС определяют температуру «горячего» спая.
Измерительный
прибор (ИП) для измерения ТЭДС включается
в разрыв цепи – в свободные концы
термоэлектродов или в термоэлектрод В
(см. рис. 4.3.1).
Термопара может использоваться и для измерения разности температур (см. рис. 4-3-2), при этом одна из температур должна быть известна, а температура свободных концов 3, 4, 5 должна быть одинаковой и постоянной в процессе измерения.
Для измерения малой разницы температур в целях повышения чувствительности применяют термобатарею (рис. 4-3-3).
Градуировка термоэлектрического термометра производится при постоянной температуре свободных концов термопары, равной 0°С. Измерение температуры в процессе работы термометра происходит при постоянной температуре свободных концов, но, как правило, отличной от 0°С, что вызывает изменение величины ТЭДС. Поэтому используют поправку на разницу температур свободных концов термопары в процессе измерения (t0/) и при градуировке (t0). Если t0/ выше, чем t0, то ТЭДС термопары понизится, если t0/ ниже, чем t0, то ТЭДС повысится. Зависимость ТЭДС от температуры является нелинейной (см. рис. 4-4-1).
Материалы для изготовления термопар
К термоэлектродным материалам, применяемым для изготовления термопар, предъявляют ряд требований:
Жаростойкость и механическая прочность (определяют температурный диапазон и сферу применения);
Химическая инертность, особенно при высоких температурах и в агрессивной среде;
Термоэлектрическая однородность (иначе при высоких температурах возникает паразитная ТЭДС, искажающая показания на десятки градусов);
Стабильность и воспроизводимость термоэлектрической характеристики (обуславливает точность измерений и взаимозаменяемость);
Однозначная и близкая к линейной зависимость ТЭДС от температуры;
Высокая чувствительность (0,01 – 0,07 мВ/°С), особенно при измерении невысоких температур;
Невысокая стоимость;
Качество и надёжная конструкция арматуры термометра.