термоелектричний перетворювач

термоелектричні перетворювачі

термоелектричний термометр — прилад для вимірювання температури, що складається з термопари в якості чутливого елемента і приладу електровимірювання (мілівольтметра, автоматичного потенціометра і ін.).

Термоелектричним перетворювачем, або термопарою, називають два різнорідних електропровідних елемента (зазвичай металеві провідники, рідше напівпровідникові), з’єднаних на одному кінці і утворюють частину пристрою, що використовує термоелектричний ефект для вимірювання температури.

Вимірювання температури за допомогою термоелектричного перетворювача грунтується на термоелектричному ефекті Зеєбека: у замкнутої термоелектричної ланцюга, складеної з двох різнорідних провідників, виникає електричний струм, якщо два спаяний (місця з’єднання) провідників мають різну температуру.

Термоелектричний ефект пояснюється наявністю в провіднику (металі) вільних електронів, число яких в одиниці об’єму різне для різних провідників (металів). Припустимо, що в спае з температурою t електрони з провідника А дифундують в провідник В у свідомо більшій кількості, ніж назад. Провідник А заряджається позитивно, а провідник В — негативно. З’явився електричний струм генерує різниця потенціалів на двох спаях, відому як контактна різниця потенціалів. Вона залежить від температури спаїв і її можна виміряти або милливольтметром, або потенціометром.

Спай, поміщений в вимірювану середу з температурою термоелектричний перетворювач, називають вимірювальним (гарячим або робочим) або робочим кінцем термопари. Другий спай, знаходиться при постійній температурі термоелектричний перетворювач називають з’єднувальним (опорним, холодним, вільним) або вільним кінцем термопари. Опорний спай піддається дії температури в місці приєднання до вимірювального приладу. Опорна температура має бути витримана з певною точністю.

Якщо існує залежність термоелектродвіжущей сили (ТЕДС) термоелектричного перетворювача від температури робочого кінця і при постійно заданої температури вільних кінців, то вимір температури зводиться до вимірювання ТЕДС термоелектричного перетворювача (припускаючи, що температура вільних кінців термоелектричного перетворювача постійна: її стандартне значення термоелектричний перетворювач= О ° С). Щоб підключити вимірювальний прилад (мілівольтметр, або потенціометр) в термоелектричний ланцюг, її розривають (або в спае з температурою термоелектричний перетворювач, або в одному з термоелектродів, наприклад В, — рис. 63, б, в).

термоелектричний перетворювач термоелектричний перетворювач термоелектричний перетворювач

Мал. 5.63. Принцип дії термоелектричного перетворювача:

а — термоелектрична ланцюг з двох провідників (термоелектродів) А і В; б — термоелектрична ланцюг з третім провідником С, включеним між термоелектроди; в — термоелектрична ланцюг з третім провідником С, включеним в термоелектроди В термоелектричного перетворювача ( термоелектричний перетворювач— температура робочого спаю; термоелектричний перетворювач— температура опорного спаю)

ТЕДС термоелектричного перетворювача не змінюється від введення в його ланцюг третього провідника, якщо кінці цього провідника мають однакові температури. На цій підставі в ланцюг термоелектричного перетворювача підключають з’єднувальні дроти, вимірювальні пристрої (прилади) і підганяльні опору. Бажано в ланцюзі термоелектричного перетворювача застосовувати провідники, термоелектричні властивості яких незначно відрізняються від властивостей термоелектродів.

Основні типи стандартних промислових термоелектричних перетворювачів наведені в табл. 4, а технічні характеристики деяких з них — в табл. 5.

Таблиця 4. Стандартні промислові термоелектричні перетворювачі

термоелектричний перетворювач

Мал. 64. Номінальні статичні характеристики термоелектричних перетворювачів

Номінально приписувана термопарі даного типу залежність ТЕДС від температури робочого кінця при постійно заданої температури вільних кінців називається номінальної статичної характеристикою (НСХ) перетворення термопари (рис. 64).

НСХ термоелектричних перетворювачів не лінійні і можуть бути апроксимувати поліномами:

термоелектричний перетворювач

де E (t, 0), мВ — ТЕДС термопари при температурі робочого кінця термоелектричний перетворювачі температурі вільного кінця термоелектричний перетворювач= 0 термоелектричний перетворювач; термоелектричний перетворювач— коефіцієнти полінома. Залежно від природи термоелектродів і діапазону температур ступінь полінома п може змінюватися від 3 до 14.

У реальних виробничих умовах температура вільних кінців термопари зазвичай відрізняється від температури термоелектричний перетворювач= 0 ° С, для якої складені таблиці номінальних статичних характеристик, тому в показання вимірювальних приладів необхідно вводити поправку.

7.2.4. Термоперетворювачі опору

Принцип дії термометрів опору заснований на залежності електричного опору матеріалів від температури.

Термометр опору являє собою комплект, до якого входять:

• первинний вимірювальний перетворювач, що сприймає теплову енергію і перетворює зміна температури в зміну електричного опору;

• прилад, що вимірює електричний опір і відградуйованих одиницях виміру температури.

Первинний вимірювальний перетворювач термометрів опору називають термоперетворювачем опору (ТС).

На відміну від термопар, які є активними перетворювачами (перетворювачами генераторного типу), термоперетворювачі опору є пасивними перетворювачами (перетворювачами параметричного типу). Для них необхідний допоміжний джерело енергії, тоді як для термопар він звичайно не потрібно.

Розрізняють металеві і напівпровідникові термоперетворювачі опору. Напівпровідникові термоперетворювачі опору називають також термісторами.

Металеві термоперетворювачі опору

Як матеріал для металевих ТС використовують найчастіше платину, мідь і нікель, з яких виготовляються технічні ТЗ для вимірювання температури в інтервалі від -200 ° С до +750 ° С (платинові) і від -50 ° С до +180 ° С ( мідні).

Термоперетворювачі опору можуть бути охарактеризовані двома параметрами: термоелектричний перетворювач— опором термоперетворювача при температурі 0 ° С і термоелектричний перетворювач— відношенням опору термоперетворювача при 100 ° С до його опору при 0 термоелектричний перетворювач величина термоелектричний перетворювачзалежить від чистоти матеріалу.

Залежність опору металевих провідників від температури може бути з досить високою точністю описана рівняннями третього ступеня.

При звичайних вимогах до точності залежність опору ТС від температури можна виразити лінійною функцією

термоелектричний перетворювач

де термоелектричний перетворювач— опір датчика при температурі Про ° С, Ом; термоелектричний перетворювач— температура, ° С; термоелектричний перетворювач— температурний коефіцієнт опору, термоелектричний перетворювач

Типові залежності опору деяких металів від температури наведені на рис. 70. Вони свідчать про досить високу лінійного взаємозв’язку між опором і температурою (за винятком нікелю).

Відповідно до ГОСТ випускаються термоперетворювачі опору наступних номінальних статичних характеристик (НСХ) перетворення: платинові (ТОП) — 1П, 5П, 10П, 50П, 100П, 500П; мідні (ТОМ) — 10М, 50М, 100М; нікелеві (ТСН) -100Н. Число в умовному позначенні НСХ показує опір термоперетворювача (Ом) при температурі 0 термоелектричний перетворювач

термоелектричний перетворювач

Мал. 70. Залежність відносини термоелектричний перетворювачдля деяких металів від температури:

термоелектричний перетворювач— опір термометра при температурі термоелектричний перетворювач, Ом; термоелектричний перетворювач— опір термометра при температурі 0 ° С (273,15 К), Ом

Конструктивно термоперетворювачі опору представляють собою тонку платинову або мідний дріт, намотаний бифилярно на спеціальний слюдяною, фарфоровий або пластмасовий каркас, або згорнуту в спіраль і вкладену в канали захисного корпуса. Варіант конструкції термоперетворювача опору зображений на рис. 71. Чутливий елемент на керамічному каркасі складається з двох послідовно з’єднаних платинових спіралей /. До двох кінцях цих спіралей припаяні короткі платинові висновки 3, до яких потім приварюються необхідної довжини вивідні провідники. Платинові спіралі розміщуються в каналах керамічного каркаса 2. Кріплення платинових спіралей і висновків в каркасі здійснюється глазур’ю 4, виготовленої на основі оксидів алюмінію і кремнію: коефіцієнт лінійного розширення глазурі близький до коефіцієнтів лінійного розширення матеріалу висновків і каркаса. Підгонка номінального опору чутливого елемента термоелектричний перетворювачпри 0 ° С здійснюється поступовим зменшенням довжини протилежних кінців платинових спіралей з подальшим паянням в точці 5. Простір між платиновими спіралями заповнюють порошком оксиду для поліпшення теплового контакту між витками спіралей і каркасом.

термоелектричний перетворювач

Мал. 71. Схема платинового термоперетворювача опору.

термоелектричний перетворювач

Термоелектричний перетворювач як елемент системи регулювання в значній мірі визначає характеристики температурного пристрої випробувальної машини. Теплова інерція термопреобразователя залежить від його конструктивного виконання, рівня температури і діаметра термоелектродів. [1]

Термоелектричні перетворювачі придатні для вимірювання потужності, причому шкала термоваттметра лінійна. [2]

Термоелектричні перетворювачі (термопари, термоелементи) [15, 16] містять спай з двох різнорідних матеріалів, при нагріванні якого з’являється термоЕРС, монотонно зростаюча при збільшенні температури спаю і залежить від матеріалів термопари. [3]

Термоелектричні перетворювачі можуть включатися в різні вимірювальні ланцюга. У загальному випадку термоелектричний термометр складається з термоелектричного перетворювача (термопари), які подовжують проводів, коробки холодних спаїв, сполучних проводів, вимірювального або реєструючого приладу. Коробки холодних кінців термопари є деякий кожух, в якому розміщують місця з’єднань подовжують і сполучних проводів. Ці коробки повинні забезпечувати надійний контакт між проводами і зрівнювати температури обох точок з’єднань. [5]

Термоелектричний перетворювач (ТП) (термопара) — прилад, службовець для виміру температури в нагрівальних та інших установках. ТП містить термоелемент, укладений в корпус, що поміщається Одним кінцем в середу, де вимірюється температура. Інший кінець корпусу зміцнюється на установці. Від корпусу йдуть дроти, пов’язані з термоелементом, до приладу, який сприймає термо — ЕРС і покази-вающеіу стрілкою на шкалі температуру об’єкта. [6]

Термоелектричний перетворювач (ТП), або термопара — прилад, службовець для виміру температури в нагрівальних або інших установках. ТП містить термоелемент, укладений в корпус, що поміщається одним кінцем в середу, де вимірюється температура. Від корпусу виходять дроти, пов’язані з термоелементом, і приєднуються до приладу, вопрінімать термо — ЕРС і що показує стрілкою на шкалі температуру об’єкта. [7]

Термоелектричні перетворювачі (термопари) відносяться до приладів, принцип дії яких заснований на термоелектричному ефекті. [8]

Термоелектричні перетворювачі (термопари) служать для дистанційного вимірювання температури. [9]

Термоелектричні перетворювачі позначаються в залежності від застосовуваних сплавів: хромель-копель — ТХК; хромель-алюмель — ТХА; платинородій-платина — ТПП; платинородій (30% родію) — платинородій (6% родію) — ТПР. [10]

Термоелектричний перетворювач влаштований аналогічно термоперетворювачів опору. [11]

Термоелектричні перетворювачі (термопари) служать також для дистанційного вимірювання температури. Ік принцип дії заснований на використанні ЕРС, одержуваної від двох спаяних решт різного металу, якщо їх спай і вільні кінці знаходяться при різних температурах. [12]

Термоелектричні перетворювачі позначаються в залежності від застосовуваних сплавів: хромель-копель — ТХК, хромель-алюмель — ТХА, платинородій-платина — ТПП, платинородій (30% родію) — платинородій (6% родію) — ТПР. [13]

Термоелектричний перетворювач влаштований аналогічно термоперетворювачів опору. [14]

Термоелектричний перетворювач як елемент системи регулювання в значній мірі визначає характеристики температурного пристрої випробувальної машини. Теплова інерція термопреобразователя залежить від його конструктивного виконання, рівня температури і діаметра термоелектродів. [15]

Сторінки: 9ensp; 9ensp; 1 9ensp; 9ensp; 2 9ensp; 9ensp; 3 9ensp; 9ensp; 4

Поділитися посиланням:

2. В процесі роботи реалізується функція Е = f (T).

Перетворювачі термоелектричні конструктивно представляють собою два різнорідних термоелектрода, ізольовані термостійкої ізоляцією (кремнеземиста нитка, кераміка і т.д.) і зварені з одного кінця в термопару.

Термо електродний матеріали-хромель, алюмель, копель, виготовляються відповідно до ГОСТ 1790, а термопари, виготовлені з цих матеріалів мають нормовані номінальні статичні характеристики ХК (L), ХА (К) по ГОСТ Р 50431.

ТПL 004 — перетворювач термоелектричний з термопарним кабелем

Перетворювачі термоелектричні з термопарним кабелем ТПL 004

термоелектричний перетворювач

Термопари виготовляються з термоелектродного дроту діаметром 0,2; 0,3; 0,5; 0,7; 1,2; 3,2 мм.

Для механічного захисту і захисту від агресивного середовища термопари поміщаються в захисні корпусу, виконані зі сплавів металів різних марок. Конструкція термоелектричних перетворювачів визначається технічними вимогами, що пред’являються до процесу вимірювання температури.

Перетворювачі термоелектричні ТПL004Перетворювачі термоелектричні призначені для використання у всіх галузях промисловості для вимірювання температури різних об’єктів.

Технічні характеристики термоелектричного перетворювача ТПL004

Номінальна статична характеристика. ………… .. …… L (ХК)

Робочий діапазон вимірюваних температур, ° С. ………. …. -40. +400

Опір ізоляції, МОм, не менше. …. …… 100

Кількість робочих спаїв у виробі, шт. …. 1 чи 2

Захищеність від впливу пилу і води по ГОСТ 14254. IP54

Група і вид кліматичного виконання по ГОСТ 12997. … Д2 і Р2

Стійкість до механічних впливів

по ГОСТ 12997. ……. ……… .. …. …… .Вібропрочние гр.ісполненія №3

Матеріал захисної арматури: ……. … Стало 12Х18Н10Т (для ТПL204-Л63)

Конструктивне виконання ТПL004

Приклади запису при замовленні і в документації іншої продукції, в якій ТП можуть бути застосовані:

ТПL.054-11.120 / 3 ТУ 4211-006-18121253-98 «

— термоперетворювач одинарний з НСХ перетворення L, модифікація корпусу 054, неізольований від корпусу вимірювальний спай, діаметр термоелектродного дроту 0,5 мм, довжина занурюваної частини 120 мм і довжина термопарного кабелю 3 метри

2ТПL.134-01.60 / 5 ТУ 4211-006-18121253-98 «

— термоперетворювач подвійний з НСХ перетворення L, модифікація корпусу 134, ізольований вимірювальний спай, діаметр термоелектродного дроту 0,7 мм, довжина занурюваної частини 60 мм і довжина термопарного кабелю 5 метрів

Умовне позначення термоелектричного перетворювача ТПL004

Для більш тривалого терміну експлуатації вибирайте перетворювачі з великим діаметром термоелектродів, а для найбільшого швидкодії з найменшим діаметром;

Інерційність перетворювача визначається конструкцією робочого спаю: найменш інерційний — відкритий, неізольований робочий спай

1. Довжина термопарного кабелю визначаються замовником

2. За бажанням замовника термоперетворювачі можуть поставлятися з екранованим термопарним кабелем.

Термін служби перетворювачів встановлено для номінальної температури застосування. Використання перетворювачів при температурах вище зазначених в каталозі, значно знижує їх термін служби.

Захищайте сполучні лінії, подовжувальні дроти від механічних пошкоджень, джерел імпульсних і електричних перешкод, впливу високих температур і вологості навколишнього середовища.

Зменшення похибки вимірювання через тепловідведення за матеріалом захисної арматури забезпечується правильним вибором глибини занурення і довжини зовнішньої частини перетворювача.

Термоелектричні перетворювачі (термопари)

термоелектричний перетворювач Принцип роботи термопари

Ще в 1821 р Зєєбеком було відкрито явище, назване його ім’ям, що полягає в тому, що в що складається з різних провідникових матеріалів замкненого кола з’являється е. д. з. (Так звана термо-е. Д. С), якщо місця контакту цих матеріалів підтримуються при різних температурах.

У найпростішому вигляді, коли електричний ланцюг складається з двох різних провідників, вона носить назву термоелемента, або термопари.

Сутність явища Зеєбека полягає в тому, що енергія вільних електронів, що обумовлюють виникнення електричного струму в провідниках, різна і по-різному змінюється з температурою. Тому якщо уздовж провідника є перепад температур, на його гарячому кінці електрони будуть мати великі енергії і швидкості в порівнянні з холодним, що зумовить виникнення в провіднику потоку електронів від гарячого кінця до холодного. В результаті на обох кінцях будуть накопичуватися заряди — негативний на холодному і позитивний на гарячому.

Так як у різних провідників ці заряди різні, то при з’єднанні двох з них в термоелемент з’явиться разностная термо-е. д. з. Для аналізу проходять в термоелементі явищ зручно вважати, що утворюється в ньому термо-е. д. з. Е є сумою двох контактних електрорухомий сил е, що виникають в місцях їх контакту і є функцією температури цих контактів (рис. 1, а).

термоелектричний перетворювач

Мал. 1.Схема термоелектричної ланцюга з двох і трьох провідників, схема включення приладу електровимірювання в спай і термоелектроди термопари.

термоелектричний перетворювач

Термоелектрорушійна сила, що виникає в ланцюзі з двох різнорідних провідників, дорівнює різниці електрорухомий сил на їх кінцях.

З цього визначення випливає, що при рівності температур на кінцях термоелемента його термо-е. д. з. буде дорівнює нулю. Звідси може бути зроблений надзвичайно важливий висновок, що обумовлює можливість використання термопари, як датчика для вимірювання температури.

термоелектричний перетворювач Електрорушійна сила термопари не зміниться від введення в її ланцюг третього провідника, якщо температури на його кінцях будуть однаковими.

Цей третій провідник може бути включений як в один із спаїв, так і в розріз одного з провідників (рис. 1,6, в). Цей висновок може бути поширений і на кілька провідників, що вводяться в ланцюг термопари, аби температури на їх кінцях були однакові.

Тому в ланцюг термопари можна включити вимірювальний прилад (також складається з провідників) і ведуть до нього з’єднувальні дроти, не викликавши зміни розвивається нею термо-е. д. з, якщо тільки температури точок 1 і 2 або 3 і 4 (рис. 1, г і д) будуть рівні. При цьому температура цих точок може відрізнятися від температури на висновках приладу, але температура обох висновків повинна бути однакова.

Якщо опір ланцюга термопари буде залишатися незмінним, то проходить в ній струм (а отже, і показання приладу) буде залежати тільки від розвивається нею термо-е. д. з, т. е. від температур робочого (гарячого) і вільного (холодного) її кінців.

Далі, якщо підтримувати незмінною температуру вільного кінця термопари, показання приладу буде залежати тільки від температури робочого кінця термопари. Такий прилад буде показувати безпосередньо температуру робочого спаю термопари.

Таким чином, термоелектричний пірометр складається з термопари (термоелектродів), приладу електровимірювання постійного струму і сполучних проводів.

З вищесказаного можна зробити наступні висновки.

1. Спосіб виготовлення робочого кінця термопари (зварювання, пайка, скручування і т. Д.) Не впливає на що розвивається нею термо-е. д. з, якщо тільки розміри робочого кінця такі, що температура у всіх його точках однакова.

2. Так як параметром, що вимірюється приладом, є не термо- е. д. з, а струм ланцюга термопари, не обходимо, щоб опір ланцюга в експлуатації залишалося незмінним і рівним його значенню при градуюванні. Але так як здійснити це практично неможливо тому, що опір термоелектродів і сполучних проводів змінюється зі зміною температури, виникає одна з принципових помилок методу: похибка від невідповідності опору схеми її опору при градуюванні.

Для зменшення цієї похибки прилади для теплових вимірів виконуються високоомними (50-100 Ом при грубих вимірах, 200-500 Ом при більш точних) і з малим температурним електричним коефіцієнтом, з тим щоб сумарний опір схеми (а отже, і зв’язок між струмом і термо -е. д. с.) змінювалося в мінімальному ступені при коливаннях навколишньої температури.

3. Термоелектричні пірометри градуюються завжди при цілком певній температурі вільного кінця термопари — при 0 ° С. Зазвичай в роботі ця температура відрізняється від градуювальної, в результаті цього виникає друга принципова похибка методу: похибка на температуру вільного кінця термопари.

Так як ця похибка може досягати десятків градусів, то необхідно в показання приладу вносити відповідну поправку. Ця поправка може бути вирахувана, якщо відома температура вільних кінців.

Так як температура вільного кінця термопари при градуюванні to дорівнює 0 ° С, а в експлуатації вона, як правило, вище 0 ° С (вільні кінці знаходяться зазвичай в приміщенні, часто вони розташовані близько до печі, температура якої вимірюється), то пирометр дає занижене проти дійсної вимірюваної температури показання і значення останнього треба збільшити на величину поправки.

Зазвичай це здійснюється графічним шляхом. Це викликається тим, що зазвичай не має пропорційність між термо-е. д. з. і температурою. Якщо ж залежність між ними пропорційна, то градуировочная крива пряму лінію і в цьому випадку поправка на температуру вільного кінця термопари буде дорівнює безпосередньо його температурі.

Конструкція і типи термопар

До матеріалів для термоелектродів ставляться такі вимоги:

1) висока термо-е. д. з. і близький до пропорційного характер її зміни від температури;

2) жаростійкість (неокісляемость при високих температурах);

3) незмінність фізичних властивостей з плином часу в межах вимірюваних температур;

4) висока електрична провідність;

5) малий температурний коефіцієнт опору;

6) можливість виробництва в великих кількостях з незмінними фізичними властивостями.

В даний час застосовуються такі стандартні термопари.

термоелектричний перетворювачПлатинородій-платинова термопара. Ці термопари можуть бути застосовані для вимірювання температур до 1300 ° С при тривалому застосуванні і до 1600 ° С при короткочасному, за умови їх використання в окислювальному газовому середовищі. При середніх температурах платинородій-платинова термопара зарекомендувала себе як дуже надійна і стійка, тому вона застосовується як зразкова в інтервалі 630 — 1064 ° С.

Хромель-алюмелеві термопара. Ці термопари призначені для вимірювання температур при тривалому застосуванні до 1000 ° С і при короткочасному — до 1300 ° С. Вони надійно працюють в цих межах в окислювальному атмосфері (якщо відсутні агресивні гази), так як на поверхні електродів при нагріванні утворюється тонка захисна плівка окислів, що перешкоджає проникненню кисню в метал.

Хромель-копелеві термопара. Ці термопари дозволяють вимірювати температури тривало до 600 ° С і короткочасно до 800 ° С. Вони успішно працюють як в окислювальному, так і в відновлювальної атмосфері, а також в вакуумі.

Залізо-копелеві термопара. Межі вимірювань — ті ж, що і хромель-копелеві термопар, умови роботи — такі ж. Вона дає меншу термо-е. д. з. в порівнянні з термопарою ХК: 30,9 мВ при 500 ° С, але її залежність від температури ближче до пропорційної. Істотним недоліком термопари ЖК є корозія її виконаного з заліза електрода.

Мідь-копелеві термопара. Так як мідь в окислювальному атмосфері починає інтенсивно окислюватися вже при 350 ° С, то межі застосовності цих термопар — 350 ° С тривало і 500 ° С короткочасно. У вакуумі ці термопари можна застосовувати до 600 ° С.

термоелектричний перетворювач

Криві залежності термо-е. д. з. від температури для найбільш поширених термопар. 1 — хромель-копелеві; 2 — залізо-копелеві; 3 — мідь-копелеві; 4 — ТГБЦ-350М; 5 — ТГКТ-360м; 6 — хромель-алюмелеві; 7 — платинородій-платинова; 8 -ТМСВ-340м; 9 — ПР-30/6.

Опір термоелектродів стандартних термопар з неблагородних металів становить 0,13 — 0,18 Ом на 1 м довжини (в обидва кінці), для платинородій-платинових термопар 1,5-1,6 Ом на 1 м. Допустимі відхилення термо-е. д. з. від градуювальних для неблагородних термопар складають ± 1%, для платинородій-платинових ± 0,3-0,35%.

Стандартна термопара являє собою жезл діаметром 21-29 мм і довжиною 500 — 3000 мм. На верхній частині захисної труби надіта штампована або лита (зазвичай з алюмінію) головка з карболитовой або бакелітовій пластиною, в яку запресовані дві пари висновків з гвинтовими зажимами, з’єднані попарно. В один з висновків затиснутий термоелектроди, до іншого приєднаний з’єднувальний провід, що веде до вимірювального приладу. Іноді з’єднувальні дроти полягають в гнучкий захисний шланг. При необхідності герметизувати отвір, в якому встановлюється термопара, остання забезпечується штуцером з різьбленням. Для ванн термопари виконуються також колінчатою форми.

Статті та схеми

Корисне для електрика

термоелектричні перетворювачі

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Сучасна термодинаміка визначає температуру як величину, яка має стан внутрішнього руху рівноважної макроскопічної системи і визначається внутрішньою енергією і зовнішніми параметрами системи.

Безпосередньо температуру виміряти неможливо, можна лише судити про неї по зміні зовнішніх параметрів, викликаному порушенням стану рівноваги завдяки теплообміну з іншими тілами.

Кожному методу визначення температури, в основі якого лежить залежність між будь-яким зовнішнім параметром системи і температурою, відповідає певна послідовність значень параметра для кожного розміру температури, яка називається температурною шкалою. Найбільш досконалою шкалою є термодинамічна температурна шкала (шкала Кельвіна). Практична її реалізація здійснюється за допомогою

Міжнародній практичній температурної шкали (МПТШ), яка встановлює певний число фіксованих відтворюваних реперних точок, відповідних температурі фазового рівноваги різних гранично чистих речовин.

Вихідним еталоном температури є комплекс виготовлених в різних країнах світу газових термометрів, за свідченнями яких визначаються чисельні значення реперних точок по відношенню до точки кипіння хімічно чистої води при тиску 101325 Па, температура якої прийнята рівною 100,00 ° С (373,15 К точно) . Для практичного відтворення та зберігання МПТШ міжнародною угодою встановлено єдині числові значення реперних точок, які з розвитком техніки час від часу уточнюються і коригуються. Остання коригування була проведена в 1968 р Згідно МПТШ-68 встановлені наступні реперні точки, соответствующіедавленію 101325 Па: точка кипіння кисню -182,97 ° С (90,18 К), потрійна точка води (при тиску 610 Па) +0,01 ° С (273,16 К), точка кипіння води +100,00 ° С (373,15 К), точки затвердіння: олова +231,9681 ° С (505,1181К), цинку +419,58 ° С (692 , 73 До), срібла +961,93 ° С (1235,08 К) ізолота + 1064,43 ° С (1337,58 К).

Весь температурний діапазон перекривається сім’ю шкалами, для відтворення яких в залежності від області шкали використовуються різні методи: від 1,5 до 4 К — вимірювання тиску парів гелію-4, від 4,2 до 13,8 К — германієві терморезистори, від 13, 8 до 273,16 К і від 273,16 до 903,89 К платинові терморезистори від 903,89 до 1337,58 К — термопари платинородій — платина, від 1337,58 до 2800 К — температурні лампи і від 2800 до 100 000 К — спектральні методи.

Величезний діапазон існуючих температур (теоретично максимально можливе значення температури становить 1012 К) зумовив велику різноманітність методів їх вимірювання. Найбільш поширені методи вимірювання температури і області їх застосування наведені в таблиці 1.

Термоелектричний метод вимірювання температури заснований на використанні залежності термоелектродвіжущей сили від температури

Нас будуть цікавити контактні методи і засоби електровимірювання температур.

1. Загальні відомості про термоелектричних перетворювачах

1.1 Термоелектричні перетворювачі. Принцип дії, що застосовуються матеріали

Тепловим називається перетворювач, принцип дії якого заснований на теплових процесах і природною вхідний величиною якого є температура. До таких перетворювачів відносяться термопари і терморезистори, металеві та напівпровідникові. Основним рівнянням теплового перетворення є рівняння теплового балансу, фізичний зміст якого полягає в тому, що все тепло, яке надходить до перетворювача, йде на підвищення його теплосодержания QТС і, отже, якщо теплосодержание перетворювача залишається незмінним (не змінюється температура і агрегатний стан), то кількість що надходить в одиницю часу тепла дорівнює кількості віддається тепла. Тепло, яке надходить до перетворювача, є сумою кількості тепла Qел, створюваного в результаті виділення в ньому електричної потужності, і кількості тепла Qто, що надходить в перетворювач чи віддається їм у результаті теплообміну з навколишнім середовищем.

Явище термоелектрики було відкрито в 1823 р Зєєбеком і полягає в наступному. Якщо скласти ланцюг з двох різних провідників (або напівпровідників) А і В, з’єднавши їх між собою кінцями (рис. 1а), причому температуру 1 одного місця з’єднання зробити відмінною від температури про іншого, то в ланцюзі з’явиться е.р.с. звана термоелектродвіжущей силою (термо-е.р.с.) і представляє собою різницю функцій температур, місць з’єднання провідників.

Подібна ланцюг називається термоелектричним Перетворюва. телем або інакше термопарою; провідники, складові термопару, — термоелектроди, а місця їх з’єднання — спаями.

При невеликому перепаді температур між спаями термо-е. д. з. можна вважати пропорційною різниці температур.

Досвід показує, що у будь-якої пари однорідних провідників підкоряються закону Ома, величина термо-е.р.с. залежить тільки від природи провідників і від температури спаїв і не залежить від розподілу температур між спаями.

Явище термоелектрики належить до числа оборотних явищ, зворотний ефект був відкритий в 1834 р Жаном Пельтьє і названий його ім’ям.

Якщо через ланцюг, що складається з двох різних провідників або напівпровідників, пропустити електричний струм, то тепло виділяється в одному спае і поглинається в іншому. Теплота Пельтьє пов’язана з силою струму лінійної залежністю на відміну від теплоти Джоуля, і в залежності від напрямку струму відбувається нагрівання або охолодження спаю.

Поглинається або виділяється теплова потужність пропорційна силі струму, залежить від природи матеріалів, що утворюють спай, характеризується коефіцієнтом Пельтьє.

У другій половині XIX ст. Томсоном був відкритий ефект, що полягає у встановленні на кінцях однорідного провідника, що має температурний градієнт, деякою різниці потенціалів і у виділенні додаткової теплової потужності при проходженні струму по провіднику, що має температурний градієнт. Однак е.р.с. Томсона і додаткове тепло настільки малі, що в практичних розрахунках ними зазвичай нехтують.

На рис. 1б показана принципова схема термоелектричного перетворювача, який в залежності від положення перемикача Кл може працювати в режимі генератора електричної енергії (положення 1) і в режимі переносу тепла від джерела з температурою до резервуару з температурою.

К.к.д. термоелектричного генератора залежить від різниці температур і властивостей матеріалів і для існуючих матеріалів дуже малий (при = 300 ° не перевищує = 13%, а при = 100 ° значення = 5%), тому термоелектричні генератори використовуються як генератори енергії лише в спеціальних умовах. К.к.д. термоелектричного підігрівача і холодильника також дуже малі, і для охолодження к.к.д. при температурному перепаді 5 ° становить 9%, а при перепаді 40 ° — тільки 0,6%; однак, незважаючи на настільки низькі ККД термоелементи використовуються в холодильних пристроях. У вимірювальній техніці термопари набули широкого поширення для виміру температур; крім того, напівпровідникові термоелементи використовуються як зворотні теплові перетворювачі, які перетворюють електричний струм в тепловий потік і температуру.

Термопара з підключеним до неї милливольтметром, що застосовується для вимірювання температури.

Якщо один спай термопари, званий робочим, помістити в середу з температурою 1, що підлягає вимірюванню, а температуру 2, інших, неробочих, спаев підтримувати постійною, то f (0) = const і

EAB (1) = f (1) — C = f1 (1)

незалежно від того, яким чином вироблено з’єднання термоелектродів (спайкою, зварюванням і т. д.). Таким чином, природною вхідний величиною термопари є температура її робочого спаю, а вихідною величиною — термо-е. д. з. яку термопара розвиває при строго постійній температурі 2 неробочого спаяний.

Матеріали, що застосовуються для термопар. У табл. 2 наведені термо-е.р.с. які розвиваються різними термоелектроди в парі з платиною при температурі робочого спаю 1 = 100 ° С і температурі неробочих спаїв 2 = 0 ° С. Залежність термо-е.р.с. від температури в широкому діапазоні температур зазвичай нелінійна, тому дані таблиці можна поширити на більш високі температури.

При користуванні даними таблиці слід мати на увазі, що розвиваються термоелектроди термо-е.р.с. в значній мірі залежать від найменших домішок, механічної обробки (наклеп) і термічної обробки (загартування, отжиг).

При конструюванні термопар, природно, прагнуть поєднувати термоелектроди, один з яких розвиває з платиною позитивну, а інший — негативну термо-е.р.с. При цьому необхідно враховувати також придатність того чи іншого термоелектрода для застосування в заданих умовах вимірювання (вплив на термоелектроди середовища, температури і т. Д.).

Для підвищення вихідний е.р.с. використовується кілька термопар, що утворюють термобатарей. Робочі спаї термопар розташовані на чорнене пелюстці, поглинає випромінювання, холодні кінці — на масивному мідному кільці, який слугує теплоотводом і прикритому екраном. Завдяки масивності і хорошою тепловіддачі кільця температуру вільних кінців можна вважати постійною і рівною кімнатній.

1.2 Подовжувальні термоелектроди, вимірювальні ланцюги, похибки термопар

Подовжувальні термоелектроди. Вільні кінці термопари лолжни перебувати при постійній температурі, найкраще при 0 ° С. Однак не завжди можливо зробити термоелектроди термопари настільки довгими і гнучкими, щоб вільні кінці її можна було розмістити в достатньому видаленні від робочого спаю. Крім того, при використанні благородних металів робити довгі термоелектроди економічно невигідно, тому доводиться використовувати дроти від іншого матеріалу.

З’єднувальні дроти A1 і B1, що йдуть від затискачів в голівці термопари до місця знаходження неробочих спаїв і виконувані з дешевих матеріалів, називають подовжувальними термоелектроди. Щоб при включенні подовжувальних термоелектродів з матеріалів, відмінних від матеріалів основних термоелектродів, не змінилася термо-е.р.с. термопари, необхідно виконати дві умови. Перше — подовжувальні термоелектроди повинні бути термоелектричного ідентичні з основною термопарою, т. Е. Мати ту ж термо- е.р.с. в діапазоні можливих температур.

Місця з’єднання термоелектродів в голівці термопари (приблизно в діапазоні від 0 до 100 ° С). І друге-місця приєднання подовжувальних термоелектродів до основних термоелектроди в голівці термопари повинні мати однакову температуру,

Для термопари платинородій — платина застосовуються подовжувальні термоелектроди з міді і сплаву ТП, що утворюють термопару, термоідентічную термопарі платинородій — платина в межах до 150 ° С. Такі ж подовжувальні термоелектроди зі зміненими знаками полярності застосовують для термопари вольфрам — молібден. Для термопари хромель — алюмель подовжувальні термоелектроди виготовляються з міді і константана. Для термопари хромель — копель подовжувальними є основні термоелектроди, але виконані у вигляді гнучких проводів.

Похибка, обумовлена ​​зміною температури нераб-ihx спаев термопари. Градуювання термопар здійснюється при температурі неробочих спаїв, яка дорівнює нулю. Якщо при практичному використанні термоелектричного пірометра температура неробочих спаїв буде відрізнятися від 0 ° С на величину 0. то необхідно ввести відповідну поправку в показання термометра.

Однак слід мати на увазі, що через нелінійної залежності між е.р.с. термопари і температурою робочого спаяний величина поправки до показань покажчика, градуйованого безпосередньо в градусах, не дорівнюватиме різниці температур 0 вільних кінців.

Величина поправки пов’язана з різницею температур вільних кінців через коефіцієнт k званий поправочних коефіцієнтів на температуру неробочих решт. Величина k різна для кожної ділянки кривої, тому градуювальну криву поділяють на ділянки по 100 ° С і для кожної ділянки визначають значення k.

У ланцюг термопари і мілівольтметра включено міст, одним з плечей якого є терморезистор RТ з мідної або нікелевої дроту, поміщений біля неробочих спаїв термопари (інші плечі моста виконані з манганіновим резисторів). При температурі міст знаходиться в рівновазі і напруга на його вихідний діагоналі дорівнює нулю. При підвищенні температури неробочих спаїв опір RТ також збільшується, міст виходить з рівноваги і виникає напруга на вихідний діагоналі моста коригує зменшення термо-е.р.с. термопари. Внаслідок нелінійності термопар повної корекції похибки, обумовленої зміною температури неробочих спаїв, за допомогою описуваного пристрою отримати не вдається, проте величина залишкової похибки не перевищує 0,04 мВ на 10 К.

Недоліком подібних пристроїв є необхідність в джерелі струму для живлення моста і поява додаткової похибки, обумовленої зміною напруги цього джерела.

Похибка, обумовлена ​​зміною температури лінії, термопари і покажчика. У термоелектричних термометрах для вимірювання термо-е.р.с. застосовують як звичайні мілівольтметри, так і низькоомних компенсатори з ручним або автоматичним уравновешиванием на .предел вимірювання до 100 мВ.

У тих випадках, коли термо-е.р.с. вимірюється компенсатором, опір ланцюга термо-е.р.с. як відомо, ролі не грає. У тих же випадках, коли термо-е.р.с. вимірюється милливольтметром, може виникнути похибка, обумовлена ​​зміною опорів всіх елементів, складових ланцюг термо-е.р.с .; тому необхідно прагнути до постійного значення опору проводів і самої термопари.

У вітчизняних термоелектричних термометрах при їх градуювання враховується опір зовнішньої щодо мілівольтметра ланцюга, т. Е. Проводів і термопари (Rпр + RТП), рівне 5 Ом. Регулювання опору цієї зовнішньої ланцюга здійснюється за допомогою додаткової котушки опору з манганина безпосередньо при монтажі приладу.

Паразитні термо-е.р.с. виникають внаслідок наявності неод-нородного в матеріалах і за даними, наведеними в роботі, можуть становити для різних матеріалів 10-100 мкв. Зокрема, для платинового дроту при протяжності розподілу температури 30 мм і температурному градієнті величина паразитної термо-ерс становить 10 мкВ.

1.3 Промислові термопари

термопара промисловий температура електровимірювання

Основні параметри термопар промислового типу

Для вимірювання температур нижче — 50 ° С можуть знайти застосування спеціальні термопари, наприклад мідь — константан (до

— 270 ° С), мідь — копель (до — 200 ° С) і т. Д. Для вимірювання температур вище 1300-1800 ° С виготовляються термопари на основі тугоплавких металів: іридій-ренійірідій (до 2100 ° С), вольфрам-реній ( до 2500 ° С), на основі карбідів перехідних металів — титану, цирконію, ніобію, талія, гафнію

(Теоретично до 3000-3500 ° С), на основі вуглецевих і графітових волокон.

Градуювальні характеристики термопар основних типів приведені в табл. 6. У цій таблиці вказана температура робочого спаю в градусах

Цельсія і приведені величини термо-е.р.с. відповідних термопар в мілівольтах при температурі вільних кінців 0 ° С.

Температура робочого спаю

12.2, 16.40, 20.65, 24.91, 33.32, 41.26, 48.87

2.31, 3.249, 4.128, 5.220, 7.325, 9.564, 11.92, 14.33, 16.71

4.913, 6.902, 9.109, 11.47, 13.92

Допускаються відхилення реальних термо-е.р.с. від значень, наведених в табл. 6, на величини, зазначені в табл. 7.

Найбільше відхилення температур

Конструкція термопари промислового тіпа.Ето термопара з термоелектроди з неблагородних металів, розташованими в складовою захисній трубі з рухомим фланцем для її кріплення. Робочий спай термопари ізольований наконечником. Термоелектроди ізольовані брусами. Захисна труба складається з робочого і неробочого ділянок. Пересувний фланець кріпиться до труби гвинтом. Головка термопари має литий корпус з кришкою, закріпленою гвинтами; У голівці укріплені порцелянові колодки (гвинтами) плаваючими (незакріпленими) зажимами, які дозволяють термоелектроди подовжуватися під впливом температури без виникнення механічної напруги, що ведуть до швидкого руйнування термоелектродів. Термоелектроди кріпляться до цих затискачів гвинтами, а з’єднувальні дроти — гвинтами. Ці дроти проходять через штуцер з азбестовим ущільненням.

Основним питанням при конструюванні термопар промислового типу є вибір матеріалу захисної труби (арматури) та ізоляції. Захисна арматура термопари повинна захистити її від впливу гарячих, хімічно агресивних газів, швидко руйнують термопару. Тому арматура повинна бути газонепроникної, добре проводить тепло, механічно стійкою і жаротривкої. Крім того, при нагріванні вона не повинна виділяти газів або парів, шкідливих для термоелектродів.

При температурах, що не перевищують 600 ° С, зазвичай застосовують сталеві труби без шва, при більш високих температурах (до1100 ° С) — захисні труби з легованих сталей. Для зменшення вартості захисних труб їх часто виконують складовими (зварними) з двох частин: робочої ділянки труби з нержавіючої сталі і неробочого зі звичайної сталі.

Для термопар з благородних металів часто застосовують неметалеві труби (кварцові, порцелянові і т. Д.), Однак такі труби механічно неміцні і дороги. Порцелянові труби належного складу можна використовувати при температурах до 1300- 1400 ° С.

Застосовуючи захисні труби з карбіду кремнію і графіту, необхідно враховувати, що при нагріванні вони виділяють відновлюють гази; тому що поміщаються в них термопари (особливо термопари на платинової основі) повинні бути захищені додатково газонепроникним чохлом.

В якості ізоляції термоелектродів один від одного застосовують асбестдо300 ° С, кварцові трубки або намиста до 1000 ° С, порцелянові труби 1300 С. Для лабораторних термопар, які використовуються при вимірюванні низьких температур, застосовують також теплостойкую гуму до 150 ° С, шовк до 100-120 ° С, емаль до 150-200 ° С.

Інерційність термопар і термометрів характеризується їх постійної часу Т, яка визначається як час, необхідний Для того, щоб зміна вихідної величини перетворювача, перенесеного з середовища з температурою 30-35 ° С в посудину з інтенсивно перемішується водою з температурою 15-20 ° С, досягло 63 % від сталого значення перепаду. Розрізняють термопари і термометри опору малоінерційні (ТТП < 40 з для термопари і ТТС <9 з для термометра), середньої інерційності ТТП < 60 с, Ттc < 80 с), великий інерційності (ТТП < 3,5 хв, Ттc < 4 хв) і ненормований інерційності.

2. Методи контактних Електровимірювання різних діапазонів температур

2.3 Методи контактних Електровимірювання середніх і високих температур за допомогою термопар

Середніми в термометрії вважаються температури від 500 (початок світіння) до 1600 ° С (біле каління), а високімі- від 1600 до 2500 ° С, до яких вдається поширити термоелектричний метод з використанням високотемпературних, жаростійких матеріалів.

Принцип термоелектричного методу і основні властивості термоелектродів були розглянуті вище в п. 1. Основним питанням при використанні цього методу для вимірювання середніх і високих температур є захист термоелектродов від руйнівного хімічного і термічного впливу середовища. Для цього термопари забезпечуються захисної арматурою у вигляді чохлів, трубок або ковпачків з вогнетривких матеріалів. Головна вимога до захисної оболонки — висока щільність будови і температурна стійкість.

При вимірюванні температур нижче 1300 ° С використовуються порцелянові чохли, при більш високих температурах — ковпачки з тугоплавких матеріалів (такі, як корунд, окису алюмінію, берилію або торію), заповнені інертним газом.

Залежність терміну служби термопар від пористості захисної оболонки.

При вимірюванні температури поверхні тіл особливу складність становить контакт робочого спаю термопари з поверхнею нагрітого тіла.

Для поліпшення контакту використовуються термопари, робочий спай яких виконаний у вигляді стрічки або пластини. Така конфігурація робочого спаю при деформації дозволяє відтворювати поверхню об’єкта вимірювання.

Для-вимірювання температур до 2000-2500 ° С використовуються вольфрамові або іридієві термопари. Особливістю їх застосування є вимір в вакуумі, в інертному або відновної середовищах, так як на вездухе вони окислюються. Чутливість вольфрамо-молібденової термопари становить 7 мкВ / К, а вольфрамо-ренієві 13 мкВ / К.

В умовах високих температур застосовуються термопари з вогнетривких матеріалів (пари карбід титану — графіт, карбід цирконію — борид цирконію і дисилицида молібдену — дисилицида вольфраму). У таких термопарах всередині циліндричного електрода (діаметр близько 15 мм) є другий електрод-стрижень, з’єднаний з першим електродом на одному кінці трубки.

Чутливість термопар з вогнетривких матеріалів досягає 70 мкВ / К, проте їх застосування обмежене інертними і відновними середовищами.

Для вимірювання температури розплавленого металу термопарами з благородних металів використовується метод, який полягає в зануренні термопари в метал на час, безпечне для її працездатності. При цьому термопара на короткий час (0,4-0,6 с) занурюється в контрольоване середовище, і вимірюється швидкість наростання температури робочого спаю. Знаючи залежність між швидкістю нагріву термопари (її теплову інерційність) і температурного середовища, можна розрахувати значення вимірюваної температури. Цей метод застосовується для вимірювання розплавленого металу (2000-2500 С) і газового потоку (1800 С).

Розміщено на Allbest.ru

подібні документи

Рівняння теплового балансу. Перехідний процес в перетворювачі при стрибкоподібному зміні температури. Матеріали, що застосовуються для термопар. Подовжувальні термоелектроди, вимірювальні ланцюги, похибки термопар. Терморезистори, основи їх розрахунку.

реферат [1,4 M], добавлена ​​29.01.2011

Метрологічні характеристики засобів вимірювань. Термопари: поняття і принцип дії, конструкція, переваги і недоліки, умови і можливості застосування. Методи поліпшення метрологічних характеристик і виключення похибок термопари.

реферат [222,8 K], добавлена ​​29.10.2014

Основні технічні характеристики електромеханічних ВП. Магнітоелектричні вимірювальні перетворювачі. Електростатичні вимірювальні прилади. Електростатичні вольтметри і електрометрії і їх включення. Значення захисного опору.

реферат [104,1 K], добавлена ​​12.11.2008

Роль і значення трансформатора, його конструктивні частини і принцип дії. Характеристика трансформатора струму типу ТФН, електротехнічні матеріали, що застосовуються для його виготовлення. Властивості міді та електротехнічної сталі, трансформаторна папір.

реферат [222,2 K], добавлена ​​29.03.2012

Реостатні і індуктивні перетворювачі. Аналіз методів і засобів контролю лінійних переміщень. Розрахунок параметрів оптичної системи. Опис оптико-механічною схеми. Розрахунок інтегральної чутливості. Розрахунок втрат випромінювання в оптичній системі.

реферат [662,2 K], добавлена ​​19.05.2013

Необхідність управління напругою на вхідних клемах пристроїв з метою регулювання їх вихідних характеристик при використанні електротехнічних пристроїв постійного струму. Напівпровідникові статичні перетворювачі як керовані випрямлячі.

реферат [199,1 K], добавлена ​​08.07.2014

Приведення змінних і параметрів робочого механізму до валу виконавчого двигуна. Основні характеристики і параметри електроприводу. Силові напівпровідникові перетворювачі, принцип їх дії і структура. Схеми двигунів постійного струму.

реферат [1,0 M], добавлена ​​30.04.2011

Класифікація вуглецевих нанотрубок, їх отримання, структурні властивості та можливі застосування. Основні принципи роботи сонячних батарей. Перетворювачі сонячної енергії. Фотоелектричні перетворювачі, геліоелектростанції, сонячний колектор.

реферат [492,8 K], добавлена ​​25.05.2014

Використання різниці температур води і побудова схеми ОТЕС, що працює по замкнутому і відкритого циклу. Застосування перепаду температур океан-атмосфера. Пряме перетворення теплової енергії. Перетворювачі і баланс відновлюваної енергії хвиль.

реферат [1,1 M], добавлена ​​27.10.2011

Традиційні термоелектричні матеріали, теллуріди вісмуту і свинцю. Поліпшення термоелектричної добротності однорідних матеріалів. Термовольтаіческій ефект в поликристаллическом SmS. Вибір оптимальної концентрації носіїв і ширини забороненої зони.

реферат [1,3 M], добавлена ​​11.07.2015

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *