Термоэлектрические преобразователи температуры.

Термоэлектрические термометры (термопара) являются первичными преобра­зователями, выходной сигнал которых измеряется магнитоэлектри­ческими милливольтметрами или автоматическими потенциомет­рами.

Возникновение термо-ЭДС в термопреобразователе объясняется тем, что при его нагревании возникает поток электронов от горячего спая к холодному. На холодном спае создается отрицательный потенциал, а на горячем - положительный. Разность этих потенциалов будет опреде­лять величину термо-ЭДС термопреобразователя.

Если температуру холодного спая поддерживать постоянной, то термо-ЭДС будет зависеть только от степени нагрева рабочего конца термопреобразователя, что позволяет отградуировать измерительный прибор в соответствующих единицах температуры. В случае откло­нения температуры свободных концов от градуировочного значения, равного 0°С, к показаниям вторичного прибора вводится соответствую­щая поправка.

Термоэлектрический термометр, простейшая цепь которого пока­зана на рис. 8, а, представляет собой чувствительный элемент, вы­полненный в виде двух проводников из разных металлов (или по­лупроводников) со спаянными концами.

Термо-ЭДС зависит от материала проводников А и Б, составля­ющих термоэлектрический термометр, а также от температуры го­рячего спая, называемого свободным концом 1. Свободный конец термоэлектрического термометра должен находиться в зоне посто­янной температуры, имеющей определенное (известное) значение. При этом условии термо-ЭДС термоэлектрического термометра, а значит, и показания измерительного прибора будут зависеть только от температуры рабочего конца 2. Фактически свободный конец термоэлектрического термометра, как правило, находится в зоне переменной температуры, поэтому в качестве соединительных при­меняют так называемые компенсационные провода, позволяющие перенести свободный конец в зону с известной постоянной темпера­турой.

Рис. 8б 3-термоэлемент, 4-жароупорный наконечник, 5-металлический чехол, 6-фарфоровые изоляторы, 7-головка термометра с зажимами.

Верхний предел температур, измеряемых термопар, зависит от их типа. Так термометр ТВР применяют для измерения температур до 2200°С, ТПП-до1300°С, ТПР-до1600°С,

ТХА-до1000°С и ТХА-до600°С

В зависимости от материала термоэлектродов термопреобразователи различают:

- с металлическими термопарами из благородных и неблагородных металлов и сплавов;

- с термопарами из тугоплавких металлов и сплавов.

Термопары из благородных металлов, обладая устойчивостью к вы­соким температурам и агрессивным средам, а также постоянной термо-­ЭДС, широко используют для замера высоких температур в промыш­ленных и лабораторных условиях.

Преобразователи термоэлектрические изготовляют следующих ти­пов:

ТВР — термопреобразователь вольфрамрениевый;

ТПР — термопреобразователь платинородиевый;

ТПП — термопреобразователь платинородий-платиновый;

ТХА — термопреобразователь хромель-алюмелевый;

ТХК — термопреобразователь хромель-копелевый

ТМК — термопреобразователь медь-копелевый

Для предохранения от повреждений термоэлектрические термо­метры заключают в защитную арматуру (рис. 8, б). Термоэлектрические термометры имеют стабильную характери­стику: термо-ЭДС, развиваемая ими, стандартизована, что делает термоэлектрические термометры взаимозаменяемыми.

Вторичными измерительными приборами для термоэлектрических термометров служат милливольтметры и потенциометры.

Термопреобразователи сопротивления.

 

Термопреобразователи сопротивления широко применяют во всех отраслях промышленности для измерения темпе­ратуры в трубопроводах, технологическом оборудовании, электриче­ских вращаю-щихся машинах, нагревательных печах, а также в про­изводственных помещениях. Действие термопреобразователей сопротивления основано на свойстве применяемых в них проводниковых материалов (химически чистой пла­тины или меди) изменять свое элек­трическое сопротивление при изме­нении температуры.

Платиновые термопреобразова­тели сопротивления применяют для измерения температуры от —260 до 750°С. Чувствительный элемент та­кого термопреобразователя (рис. 12) изготовлен из платиновой про­волоки диаметром 0,05—0,08 мм, намотанной на слюдяную пластинку 5 (каркас) с зубчатой нарезкой и помещен в защитную арматуру 8.

Медные термопреобразователи сопротивления для измерения тем­пературы от —50 до 180°С изготов­ляют из медной изолированной про­волоки диаметром 0,1—0,2 мм, а вы­воды — из медной луженой проволо­ки диаметром 1—1,5 мм.

У Термопрербразователи сопротивлений изготовляют двух типов:

с чувствительным элементом из платины (ТСП);

с чувствительным элементом из меди (ТСМ).

Достоинством проволочных термопреобразователей сопротивлений является их взаимозаменяемость, т. е. возможность работы с одним и тем же измерительным прибором, без подгонки шкалы, с разными термопреобразователями одной градуировки.

Основным условием взаимозаменяемости термопреобразователей сопротивлений при их эксплуатации является равенство сопротивлений термопреобразователей при каждой заданной температуре в пределах установленных допусков.

К достоинствам термопреобразователя сопротивлений можно отнес­ти:

- высокую точность измерения температуры;

- возможность осущест­вления автоматической записи и дистанционной передачи показаний;

- возможность централизации контроля температуры путем присоедине­ния взаимозаменяемых термопреобразователей через переключатель к одному измерительному прибору;

- возможность использования термопреобразователейсопротивления с информационно-вычислительными машинами.

Недостатками термопреобразователя сопротивлений являются:

- необ­ходимость индивидуального источника питания;

- относительно большие размеры чувствительного элемента;

- значительная инерционность;

- слож­ность устройства вторичных приборов.

Вторичными измерительными приборами для термопреобразова­телей сопротивления служат логометры и уравновешенные мосты.

 

Милливольтметры.

Магнитоэлектрические милливольтметры (рис. 9) изготовляют по ГОСТ 9736—80. Милливольтметры, применяемые для измерения температуры в ком­плекте с термоэлектрическими преобразователями (термопарами) называют пирометрическими милливольтметрами.

Прибор состоит из постоянного магнита 1 подковообразной формы, на концах которого помещены полюсные наконечники 4, а между наконечниками—железный ци­линдрический сердечник 5. Между сердечником и наконечниками образуется цилиндрический кольцевой зазор, в котором находится рамка 8, состоящая из большого числа витков тонкой медной прово­локи. Рамка опирается иглами (кернами) 9 на две опоры 7.

Магнит создает в кольцевом зазоре постоянное магнитное поле. К двум концам рамки через спиральные пружины 2 и 6 подводится электрический ток от термоэлектрического термометра 14. Протека­ющий по рамке ток взаимодействует с магнитным полем, вследст­вие чего рамка вращается в определенном направлении. Вращению рамки противодействует упругая сила пружин, поэтому рамка остановится в некотором положении, определяемом силой тока, проходящего в ней. Вместе с рамкой вращается укрепленная на ней стрелка 10. Шкала 11 градуируется в милливольтах и градусах Цельсия (°С).

Точность показаний милливольтметров зависит от постоянства, температуры свободных концов термоэлектрического термометра и от постоянства температуры, окружающей комплект. Кроме того, милливольтметры боятся вибрации.

 

Логометры.

Вторичными измерительными приборами для термопреобразова­телей сопротивления служат логометры и уравновешенные мосты

При наличии дополнительных устройств они могут осуществлять измерение, запись, регулирование и сигнализацию температуры.

Применение логометров наиболее целе­сообразно при измерении низких минусовых (от -200 °С) и невысоких плюсовых температур (до +500 °С), так как в данном случае они об­ладают большой надежностью по сравнению с милливольтметрами.