Термоэлектрические преобразователи

 

Принцип измерения температуры термоэлектрическим методом. Конструкция термопары

 

Первичным преобразователем термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, т.е. на возникновении в замкнутой цепи из двух разнородных проводников электрического тока, в том случае если места спаев имеют разную температуру [1].

 

t₀

 

 

 

A B

 

 

t

 

Рис 1. Термоэлектрическая цепь из двух разнородных

проводников

 

 

Спай с температурой t называется горячим или рабочим, спай с температурой t₀–холодным или свободным, а проводники А и В – термоэлектродами. (рис. 1)

Термоэлектри­ческий эффект объясняется наличием в металле свободных элек­тронов, число которых в единице объема различно для разных металлов.

Электрическое поле, возникающее в месте соприкосновения проводников, препятствует диффузии электронов, и, когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводникамивозникает некоторая разность потенциалов, а следовательно, и ТЭДС. Таким образом, термоЭДС (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, т.е. Е_АВ (t,t₀).

 

Поддерживая температуру спаев t₀ постоянной, получим:

 

Е_АВ (t,t₀)=f (t).

 

Это означает, что измерение температуры t сводится к определению ТЭДС термопары. ТЭДС не меняется от введения в цепь термопары третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Следовательно, в цепь термопары можно включать соединительные провода и измерительные приборы.

Требования к материалу для изготовления термопары:

-постоянство ТЭДС во времени;

-устойчивость к воздействию высоких температур;

-возможно большая величина ТЭДС и однозначная зависимость ее от температуры;

-небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления и большая электропроводность;

-воспроизводимость термоэлектрических свойств, обеспечивающих взаимозаменяемость термопар.

 

Типы стандартных термопар и диапазоны изменяемых температур для каждого их вида

 

В соответствии с ГОСТ 6616-94 [5] известны следующие виды термопар (табл. 1).

 

 

Таблица 1

 

Тип термопары	Буквенное обозначе-ние НСХ*	Пределы измеряемых температур
нижний	верхний	кратко-временно
Медь-константановая ТМКн	T	-200
Хромель-копелевая ТХК	L	-200
Хромель-константановая ТХКн	E	-200
Железо-константановая ТЖКн	J	-200
Хромель-алюмелевая ТХА	K	-200
Нихросил-нисиловая ТНН	N	-270
Платинородий-платиновые ТПП13, ТПП10	R,S
Медь-копелевая ТМК	М	-200		-
Сильх-силиновая ТСС	I			-
Платинородий-платинородиевая	B			-
Вольфрамрений-вольфрамрени-евые	А-1,А-2, А-3

 

*НСХ – номинальная статическая характеристика