Термоэлектрический термометр

Принцип действия термоэлектрических термометров основан на свойстве металлов, сплавов и некоторых неметаллических материалов создавать термо-э.д.с. при нагревании места соединения (спая) двух разнородных проводников или полупроводников. Простейшая термоэлектрическая цепь из двух разнородных термоэлектродов, концы которых электрически соединены, называется термопарой. Термопара помещается в защитный чехол, вместе с которым образует термоэлектрический термометр.

Схема термоэлектрического термометра

1 – горячий спай; 2 – колпачок; 3 – керамические бусы; 4 – чехол; 5 – засыпка; 6 – головка; 7 – герметик.

Стандартные термоэлектрические термометры применяются для измерения температур в пределах —от +200 до +2500° С. При температурах до 1300° С в качестве изоляции между термоэлектродами применяются трубки и бусы из фарфора. При более высоких температурах — из окиси алюминия, окиси магния, окиси бериллия, двуокиси циркония.

		КТхх 01.01
		КТхх 01.02
термопарный разъем		КТХА 01.02р

Термопреобразователи (термоэлектрические термометры), оснащенные термопарными разъемами

Термопара – это спай двух разнородных металлических проводников, которые предназначены для измерения температуры рабочих объектов. Возникновение термо-эдс в термопаре объясняется тем, что при нагревании электроны на «горячем» (рабочем) спае приобретают более высокие скорости, чем на «холодном» (свободные концы, подключаемые к измерительному прибору), в результате чего возникает поток электронов от «горячего» конца к «холодному». На «холодном» конце накапливается отрицательный заряд, на «горячем» - положительный: разность этих потенциалов определяет величину термо-эдс., величина которой зависит от не только от разности температур «горячего» и «холодного» спаев, но и от материалов, образующих термопару (хромель: 89% никеля, 10% хрома, 1%железа; алюмель: 95% никеля, 5% алюминия, марганца и железа; копель: 45% никеля, 55% меди).

Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управленияи контроля.Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны.Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры.К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур.Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах. Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01^°С.Они вырабатывают на выходе термо – э.д.с. в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.

Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру, то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у температур спаев сопровождается изменением направления тока.

Схема явления Зеебека

Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термо – э.д.с.), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями из различных металлов и сплавов.

Термопара может образовывать устройство (или его часть), использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры. В сочетании с электроизмерительным прибором термопара образует термоэлектрический термометр. Измерительный прибор или электронную измерительную систему подключают либо к концам термоэлектродов, либо в разрыв одного из них.

Схема подключения термопары к измерительному прибору

В местах подключения проводников термопары к измерительной системе возникают дополнительные термо – э.д.с.. В результате их действия на вход измерительной системы фактически поступает сумма сигналов от рабочей термопары и от «термопар», возникших в местах подключения.

Схема принципа действия термопары

Существуют различные способы избежать этого эффекта. Самым очевидным из них является поддержание температуры холодного спая постоянной.

Типы термопар и область их применения

Взависимости от конструкции иназначения различают термопары:

- погружаемые и поверхностные;

- с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки;

- обыкновенные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные;

- стационарные и переносные и т.д.

показан внешний вид контактного термометра, в комплект поставки которого входят термопары:

Конструкции термопар

Контактный термометр