Термоэлектрические преобразователи

Термоэлектрические преобразователи

Термоэлектрический термометр — прибор для измерения температуры, состоящий из термопары в качестве чувствительного элемента и электроизмерительного прибора (милливольтметра, автоматического потенциометра и др.).

Термоэлектрическим преобразователем, или термопарой, называют два разнородных электропроводящих элемента (обычно металлические проводники, реже полупроводниковые), соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Измерение температуры с помощью термоэлектрического преобразователя основано на термоэлектрическом эффекте Зеебека: в замкнутой термоэлектрической цепи, составленной из двух разнородных проводников, возникает электрический ток, если два спая (места соединения) проводников имеют разную температуру.

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в проводнике (металле) свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных проводников (металлов). Допустим, что в спае с температурой t электроны из проводника А диффундируют в проводник В в заведомо большем количестве, чем обратно. Проводник А заряжается положительно, а проводник В — отрицательно. Появившийся электрический ток генерирует разность потенциалов на двух спаях, известную как контактная разность потенциалов. Она зависит от температуры спаев и ее можно измерить или милливольтметром, или потенциометром.

Спай, помещенный в измеряемую среду с температурой Термоэлектрические преобразователи, называют измерительным (горячим или рабочим) или рабочим концом термопары. Второй спай, находящийся при постоянной температуре Термоэлектрические преобразователи называют соединительным (опорным, холодным, свободным) или свободным концом термопары. Опорный спай подвержен действию температуры в месте присоединения к измерительному прибору. Опорная температура должна выдерживаться с определенной точностью.

Если существует зависимость термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) термоэлектрического преобразователя от температуры рабочего конца и при постоянно заданной температуре свободных концов, то измерение температуры сводится к измерению ТЭДС термоэлектрического преобразователя (предполагая, что температура свободных концов термоэлектрического преобразователя постоянна: ее стандартное значение Термоэлектрические преобразователи= О °С). Чтобы подключить измерительный прибор (милливольтметр, либо потенциометр) в термоэлектрическую цепь, ее разрывают (либо в спае с температурой Термоэлектрические преобразователи, либо в одном из термоэлектродов, например В, — рис. 63, б, в).

Термоэлектрические преобразователи Термоэлектрические преобразователи Термоэлектрические преобразователи

Рис. 5.63. Принцип действия термоэлектрического преобразователя:

а — термоэлектрическая цепь из двух проводников (термоэлектродов) А и В; б — термоэлектрическая цепь с третьим проводником С, включенным между термоэлектродами; в — термоэлектрическая цепь с третьим проводником С, включенным в термоэлектрод В термоэлектрического преобразователя ( Термоэлектрические преобразователи— температура рабочего спая; Термоэлектрические преобразователи— температура опорного спая)

ТЭДС термоэлектрического преобразователя не изменяется от введения в его цепь третьего проводника, если концы этого проводника имеют одинаковые температуры. На этом основании в цепь термоэлектрического преобразователя подключают соединительные провода, измерительные устройства (приборы) и подгоночные сопротивления. Желательно в цепи термоэлектрического преобразователя применять проводники, термоэлектрические свойства которых незначительно отличаются от свойств термоэлектродов.

Основные типы стандартных промышленных термоэлектрических преобразователей приведены в табл. 4, а технические характеристики некоторых из них — в табл. 5.

Таблица 4. Стандартные промышленные термоэлектрические преобразователи

Термоэлектрические преобразователи

Рис. 64. Номинальные статические характеристики термоэлектрических преобразователей

Номинально приписываемая термопаре данного типа зависимость ТЭДС от температуры рабочего конца при постоянно заданной температуре свободных концов называется номинальной статической характеристикой (НСХ) преобразования термопары (рис. 64).

НСХ термоэлектрических преобразователей не линейны и могут быть аппроксимированы полиномами:

Термоэлектрические преобразователи

где E(t, 0), мВ — ТЭДС термопары при температуре рабочего конца Термоэлектрические преобразователии температуре свободного конца Термоэлектрические преобразователи= 0 Термоэлектрические преобразователи; Термоэлектрические преобразователи— коэффициенты полинома. В зависимости от природы термоэлектродов и диапазона температур степень полинома п может изменяться от 3 до 14.

В реальных производственных условиях температура свободных концов термопары обычно отличается от температуры Термоэлектрические преобразователи= 0 °С, для которой составлены таблицы номинальных статических характеристик, поэтому в показания измерительных приборов необходимо вводить поправку.

7.2.4. Термопреобразователи сопротивления

Принцип действия термометров сопротивления основан на зависимости электрического сопротивления материалов от температуры.

Термометр сопротивления представляет собой комплект, в который входят:

• первичный измерительный преобразователь, воспринимающий тепловую энергию и преобразующий изменение температуры в изменение электрического сопротивления;

• прибор, измеряющий электрическое сопротивление и отградуированный в единицах измерения температуры.

Первичный измерительный преобразователь термометров сопротивления называют термопреобразователем сопротивления (ТС).

В отличие от термопар, являющихся активными преобразователями (преобразователями генераторного типа), термопреобразователи сопротивления являются пассивными преобразователями (преобразователями параметрического типа). Для них необходим вспомогательный источник энергии, тогда как для термопар он обычно не требуется.

Различают металлические и полупроводниковые термопреобразователи сопротивления. Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления называют также термисторами.

Металлические термопреобразователи сопротивления

В качестве материала для металлических ТС используют чаще всего платину, медь и никель, из которых изготовляются технические ТС для измерения температуры в интервале от —200 °С до +750 °С (платиновые) и от —50 °С до +180 °С (медные).

Термопреобразователи сопротивления могут быть охарактеризованы двумя параметрами: Термоэлектрические преобразователи— сопротивлением термопреобразователя при температуре 0 °С и Термоэлектрические преобразователи— отношением сопротивления термопреобразователя при 100 °С к его сопротивлению при 0 Термоэлектрические преобразователи Величина Термоэлектрические преобразователизависит от чистоты материала.

Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры может быть с весьма высокой точностью описана уравнениями третьей степени.

При обычных требованиях к точности зависимость сопротивления ТС от температуры можно выразить линейной функцией

Термоэлектрические преобразователи

где Термоэлектрические преобразователи— сопротивление датчика при температуре О °С, Ом; Термоэлектрические преобразователи— температура,°С; Термоэлектрические преобразователи— температурный коэффициент сопротивления, Термоэлектрические преобразователи

Типовые зависимости сопротивления некоторых металлов от температуры приведены на рис. 70. Они свидетельствуют о достаточно высокой линейной взаимосвязи между сопротивлением и температурой (за исключением никеля).

В соответствии с ГОСТ выпускаются термопреобразователи сопротивления следующих номинальных статических характеристик(НСХ) преобразования: платиновые (ТСП) — 1П, 5П, 10П, 50П, 100П, 500П; медные (ТСМ) — 10М, 50М, 100М; никелевые (ТСН) -100Н. Число в условном обозначении НСХ показывает сопротивление термопреобразователя (Ом) при температуре 0 Термоэлектрические преобразователи

Термоэлектрические преобразователи

Рис. 70. Зависимость отношения Термоэлектрические преобразователидля некоторых металлов от температуры:

Термоэлектрические преобразователи— сопротивление термометра при температуре Термоэлектрические преобразователи, Ом; Термоэлектрические преобразователи— сопротивление термометра при температуре 0°С (273,15 К), Ом

Конструктивно термопреобразователи сопротивления представляют собой тонкую платиновую или медную проволоку, намотанную бифилярно на специальный слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас, или свернутую в спираль и вложенную в каналы защитного корпуса. Вариант конструкции термопреобразователя сопротивления изображен на рис. 71. Чувствительный элемент на керамическом каркасе состоит из двух последовательно соединенных платиновых спиралей /. К двум концам этих спиралей припаяны короткие платиновые выводы 3, к которым затем привариваются необходимой длины выводные проводники. Платиновые спирали размещаются в каналах керамического каркаса 2. Крепление платиновых спиралей и выводов в каркасе осуществляется глазурью 4, изготовляемой на основе оксидов алюминия и кремния: коэффициент линейного расширения глазури близок к коэффициентам линейного расширения материала выводов и каркаса. Подгонка номинального сопротивления чувствительного элемента Термоэлектрические преобразователипри 0 °С осуществляется постепенным уменьшением длины противоположных концов платиновых спиралей с последующей пайкой в точке 5. Пространство между платиновыми спиралями заполняют порошком оксида для улучшения теплового контакта между витками спиралей и каркасом.

Термоэлектрические преобразователи

Рис. 71. Схема платинового термопреобразователя сопротивления.

Термоэлектрический преобразователь

Термоэлектрический преобразователь как элемент системы регулирования в значительной степени определяет характеристики температурного устройства испытательной машины. Тепловая инерция термопреобразователя зависит от его конструктивного исполнения, уровня температуры и диаметра термоэлектродов.  [1]

Термоэлектрические преобразователи пригодны для измерения мощности, причем шкала термоваттметра линейна.  [2]

Термоэлектрические преобразователи ( термопары, термоэлементы) [15, 16] содержат спай из двух разнородных материалов, при нагреве которого появляется термоЭДС, монотонно возрастающая при увеличении температуры спая и зависящая от материалов термопары.  [3]

Термоэлектрические преобразователи могут включаться в различные измерительные цепи. В общем случае термоэлектрический термометр состоит из термоэлектрического преобразователя ( термопары), удлиняющих проводов, коробки холодных спаев, соединительных проводов, измерительного или регистрирующего прибора. Коробки холодных концов термопары представляют собой некоторый кожух, в котором размещают места соединений удлиняющих и соединительных проводов. Эти коробки должны обеспечивать надежный контакт между проводами и уравнивать температуры обеих точек соединений.  [5]

Термоэлектрический преобразователь ( ТП) ( термопара) — прибор, служащий для измерения температуры в нагревательных и других установках. ТП содержит термоэлемент, заключенный в корпус, помещаемый Одним концом в среду, где измеряется температура. Другой конец корпуса укрепляется на установке. От корпуса идут провода, связанные с термоэлементом, к прибору, воспринимающему термо — ЭДС и показы-вающеиу стрелкой на шкале температуру объекта.  [6]

Термоэлектрический преобразователь ( ТП), или термопара — прибор, служащий для измерения температуры в нагревательных или других установках. ТП содержит термоэлемент, заключенный в корпус, помещаемый одним концом в среду, где измеряется температура. От корпуса выходят провода, связанные с термоэлементом, и присоединяются к прибору, вопринимающему термо — ЭДС и показывающему стрелкой на шкале температуру объекта.  [7]

Термоэлектрические преобразователи ( термопары) относятся к приборам, принцип действия которых основан на термоэлектрическом эффекте.  [8]

Термоэлектрические преобразователи ( термопары) служат для дистанционного измерения температуры.  [9]

Термоэлектрические преобразователи обозначаются в зависимости от применяемых сплавов: хромель-копель — ТХК; хромель-алюмель — ТХА; платинородий-платина — ТПП; пла-тинородий ( 30 % родия) — платинородий ( 6 % родия) — ТПР.  [10]

Термоэлектрический преобразователь устроен аналогично термопреобразователю сопротивления.  [11]

Термоэлектрические преобразователи ( термопары) служат также для дистанционного измерения температуры. Ик принцип действия основан на использовании ЭДС, получаемой от двух спаянных концов разного металла, если их спай и свободные концы находятся при разных температурах.  [12]

Термоэлектрические преобразователи обозначаются в зависимости от применяемых сплавов: хромель-копель — ТХК, хромель-алюмель — ТХА, платинородий-платина — ТПП, платинородий ( 30 % родия) — платинородий ( 6 % родия) — ТПР.  [13]

Термоэлектрический преобразователь устроен аналогично термопреобразователю сопротивления.  [14]

Термоэлектрический преобразователь как элемент системы регулирования в значительной степени определяет характеристики температурного устройства испытательной машины. Тепловая инерция термопреобразователя зависит от его конструктивного исполнения, уровня температуры и диаметра термоэлектродов.  [15]

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

Поделиться ссылкой:

2.3. Термоэлектрические преобразователи температуры

Действие термоэлектрических преобразователей (ТЭП) основано на эффекте возникновения термо-ЭДС в цепи, составленной из разнородных проводников, если места их соединений имеют различную температуру tиtه (рис. 8).

Спай, имеющий температуру t, Термоэлектрические преобразователи

называется рабочим спаем, а спай, имеющий

постоянную температуру tه — свободным.

Термоэлектрический эффект объясняется

наличием в металле свободных электронов,

число которых в единице объема различно

для разных металлов. Предположим, что в

спае с температурой tэлектроны из металла

А диффундируют в металл В в большем

количестве, чем в обратном направлении;

поэтому металл А заряжается

Рис. 8. Термоэлектрическая

цепь из двух разнородных проводников

положительно, а металл В – отрицательно.

Электрическое поле, возникающее в месте

препятствует этой диффузии, и когда

скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и В в точках 1 и 2 возникнут разности потенциалов еАВ (t) и еАВ (tه), величина которых зависит от материала проводников и от температуры спаев.

Результирующая термо-ЭДС в цепи ЕАВ (t,tه) будет равна алгебраической сумме термо-ЭДС обоих спаев, т.е. ЕАВ (t,tه) = еАВ (t) — еАВ (tه). Таким образом, термо-ЭДС ТЭП равна разности двух термо-ЭДС, действующих навстречу друг другу, и величина каждой из них зависит от температуры соответствующего спая. При равенстве температур обоих спаев результирующая термо-ЭДС будет равна нулю.

Поддерживая температуру одного из спаев постоянной, например, полагая tە =constполучим:

Если для данного ТЭП, экспериментально, т.е. путем градуировки, найдена зависимость 4 (рис.9), то измерение температуры сводится к определению термо-ЭДС преобра -зователя.

ТЭП состоит из изолированных друг от друга керамическими изоляторами термоэлектродов. Концы их сварены между собой и образуют горячий спай. Свободные концы термоэлектродов подсоединены к контактам специальной колодки. Термоэлектроды и контактные зажимы помещены в защитную арматуру.

Для изготовления термоэлектродов ТЭП используют некоторые чистые металлы и сплавы ( табл. 1).

Для подключения измерительного прибора к ТЭП необходимо разорвать электрическую цепь. Разрыв чаще всего производят в спае с температурой tە (рис. 9).

ТЭП градуируют при определенной постоянной температуре tە (обычноtە = 0 ºС). При измерениях температураtە’ может отличаться от температуры градуировки. В этом случае необходимо вносить поправку.

Таблица 1. Характеристики термоэлектрических преобразователей

Рис. 9. Включение измерительного

прибора в разрыв ТЭП

Если tە’>tە, то ЕАВ (t,tە’) < ЕАВ(t,tە). Величину поправки можно записать в виде ЕАВ(tە',tە) и получить для данного ТЭП из градуировочной таблицы. Тогда ЕАВ (t,tە) =EAB(t,tە')+ EAB(tە’,tە).

Правильное измерение температуры возможно лишь при постоянстве температуры свободных концов ТЭП. Это достигается применением специальных схем подключения ТЭП к измерительному прибору.

Первая схема – подключение ТЭП с помощью термоэлектродных проводов. В этом случае свободный конец ТЭП может быть перенесен на всю длину проводов, т.е. практически свободный конец ТЭП можно вынести из зоны с переменной температурой в зону с постоянной температурой. Так, свободные концы ТЭП (рис. 10) из точек 1 и 2 при на

ращивании ТЭП термоэлектродными проводами Б и Г переместятся в точки 1’и 2′. В качестве термоэлектродных проводов применяют обычно те же материалы, из которых состоит сам ТЭП.

Рис. 10. Схема включения

торая схема подключения ТЭП к измерительному прибору предусматривает использование специальной компенсационной коробки. По этой схеме ТЭП включается последовательно с неуравновешенным мостом, образованным резисторамиR1,R2,R3 из манганина иR4 из меди. Концы компенсационных проводов ( Термоэлектрические преобразователихолодный спай ТЭП) и резисторы (R1 -R4) находятся при одинаковой температуре. Мост питается от стабилизированного источника питания 4 через добавочный резисторRд, который служит для подгонки напряжения питания до расчетного значения. При отклонении

температуры холодильных спаев 20°С мост

находится в равновесии и в диагонали сdразность

потенциалов равна нулю. При отклонении

температуры холодных спаев от градуировочной

изменяется сопротивление R4 и в диагонали сdпоявляется разность потенциалов, противоположная по знаку изменению термо-ЭДС ТЭП, вызванной этим отклонением.

2.4. Вторичные приборы, работающие в комплекте с ТЭП

Для измерения термо-ЭДС в комплектах ТЭП применяют магнитоэлектрические милливольтметры и потенциометры.

Принцип действия магнитоэлектрического милливольтметра основан на взаимодействии проводника, по которому течет ток, и магнитного поля постоянного магнита. В результате взаимодействия этих полей возникает вращающий электромагнитный момент, действующий на проводник. На рис. 11 приведена принципиальная измерительная схема милливольтметра, которая образована подвижной рамкой и постоянным магнитом. По виткам рамки протекает электрический ток, создавая вокруг нее магнитное поле. Между полюсными наконечниками постоянного магнита помещен цилиндрический стальной сердечник, создающий радиальный магнитный поток. Рамка крепится на кернах и вращается в кольцевом воздушном зазоре между полюсными наконечниками и сердечником. К рамке жестко крепится стрелка, конец которой перемещается вдоль шкалы прибора, проградуированной в единицах измеряемой величины. У опор рамки размещены две специальные пружины, которые создают противодействующий момент, уравновешивающий систему в момент измерения. После окончания измерения противодействующий момент возвращает рамку в нулевое положение. Кроме того, спиральные пружины выполняют роль токопроводящих проводов для подвода термо-ЭДС от ТЭП к рамке милливольтметра.

Поскольку сила тока в рамке зависит от сопротивления подсоединительных проводов, то для правильного измерения необходимо подгонять сопротивление внешней цепи Rвн до значения, при котором градуировался прибор. Это значение указывают на шкале прибора. Для подгонкиRвн до заданной величины служит подгоночная катушкаRдоб ( см. рис. 11).

Милливольтметры некоторых типов (Ш4501, МВУ6-К) снабжаются двухпозиционным регулирующим устройством.

Термоэлектрические преобразователи

Рис. 11. Электрическая схема милливольтметра

с подключением ТЭП

2.5. Динамическая характеристика элемента

В общем случае переход элемента (при поступлении на его вход сигнала) из одного установившегося состояния в другое происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Характер изменения входного сигнала в это время определяется динамическими характеристиками (свойствами) элемента. Вид динамических характеристик элемента зависит и от формы изменения входного сигнала. В связи с этим для обеспечения сопоставимости динамических свойств элементов (объектов) за входные принимают типовые сигналы (чаще всего это ступенчатое (скачкообразное) входное воздействие).

Все устройства, в том числе и измеряющие температуру, обладают некоторой инерцией, зависящей от конструкции чувствительного элемента и массы. Инерция зависит также от массы, теплоемкости и теплопроводности защитных слоев. Инерционность характеризуется постоянной времени Т. Чем она больше, тем медленнее протекает переходный процесс в элементе, и наоборот. Термоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления характеризуются показателем тепловой инерции, в зависимости от которых различают ТЭП и ТС большой инерционности ( Т < 60 с ), средней инерционности ( Т < 40 с ) и малой инерционности ( Т < 10 с).

Постоянная времени определяется как отрезок времени по оси абсцисс, соответствующий моменту, когда измеряемый параметр примет величину 0,63 от своего установившегося знвчения (рис. 12).

Запаздыванием τ 3 называется отставание во времени начала изменения измеряемого параметра от момента приложения возмущения.

Термоэлектрические преобразователи

Рис. 12. Динамическая характеристика элемента

3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1. Порядок выполнения работы

Описание лабораторной установки. В лабораторную установку входят: нагреватель, бак с водой, ртутный термометр, электрические термопреобразователи сопротивления ТМЛ-6097, термоэлектрический преобразователь ТХК-0515, милливольтметрШ 4500, логометр Ш 69000, автоматический мост КСМ 2, выключатель питания стенда и нагревателя ( SA1 ).

До начала эксперимента записать показания ртутного термометра, помещенного в бак с холодной водой.

Предварительно нагреть на нагревателе бак с водой. Установить на него крышку с датчиками температуры. Довести температуру в баке до 60 – 70 градусов Цельсия.Снять показания ртутного термометра, логометра. милливольтметра и автоматического моста одновременно. Затем осторожно переместить крышку с датчиками на бак с холодной водой и произвести замеры температуры на всех приборах с интервалом пять секунд. Замеры проводить до тех пор. пока показания ртутного термометра не будут оставаться неизменными в продолжении трех измерений.

3.2. Обработка результатов эксперимента

Результаты измерений занести в таблицу, по ним построить динамические характериститики элементов данной системы контороля температуры ( ртутный термометр, милливольтметр, логометр, мост ).Считая показания ртутного термометра действительными, определить абсолютную, относительную, приведенную погрешности измерений для логометра и моста в комплекте с термометрами сопротивления, и милливольтметра в комплекте с термопарой для последней точки измерений в установившемся режиме.

3.3. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

— краткое описание теоретического материала;

— протокол работы и таблицы результатов;

— обработку результатов измерений, расчеты. графики;

— выводы по результатам исследований.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Температура, влияние температуры на физические свойства тел.Температурные шкалы, единицы измерения температуры. Методы измерения температуры.

2. В процессе работы реализуется функция Е=f(T).

Преобразователи термоэлектрические конструктивно представляют собой два разнородных термоэлектрода, изолированные термостойкой изоляцией (кремнеземистая нить, керамика и т.д.) и сваренные с одного конца в термопару.

Термоэлектродные материалы-хромель, алюмель, копель, изготавливаются в соответствии с ГОСТ 1790, а термопары, изготовленные из этих материалов имеют нормированные номинальные статические характеристики ХК(L), ХА(К) по ГОСТ Р 50431.

ТПL 004 — преобразователь термоэлектрический с термопарным кабелем

Преобразователи термоэлектрические с термопарным кабелем ТПL 004

Термоэлектрические преобразователи

Термопары изготавливаются из термоэлектродной проволоки диаметром 0,2; 0,3; 0,5; 0,7; 1,2; 3,2 мм.

Для механической защиты и защиты от агрессивной среды термопары помещаются в защитные корпуса, выполненные из сплавов металлов различных марок. Конструкция термоэлектрических преобразователей определяется техническими требованиями, предъявляемыми к процессу измерения температуры.

Преобразователи термоэлектрические ТПL004Преобразователи термоэлектрические предназначены для использования во всех отраслях промышленности для измерения температуры различных объектов.

Технические характеристики термоэлектрического преобразователя ТПL004

Номинальная статическая характеристика. …………..…… L(ХК)

Рабочий диапазон измеряемых температур, °С. ………. …. -40. +400

Сопротивление изоляции, МОм, не менее. …. …… 100

Количество рабочих спаев в изделии, шт. …. 1 или 2

Защищенность от воздействия пыли и воды по ГОСТ 14254. IP54

Группа и вид климатического исполнения по ГОСТ 12997. … Д2 и Р2

Устойчивость к механическим воздействиям

по ГОСТ 12997. ……. ………..…. …….Вибропрочные гр.исполнения №3

Материал защитной арматуры:……. ….Сталь 12Х18Н10Т (для ТПL204-Л63)

Конструктивное исполнение ТПL004

Примеры записи при заказе и в документации другой продукции, в которой ТП могут быть применены:

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

— термопреобразователь одинарный с НСХ преобразования L, модификация корпуса 054, неизолированный от корпуса измерительный спай, диаметр термоэлектродной проволоки 0,5 мм, длина погружаемой части 120 мм и длина термопарного кабеля 3 метра

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

— термопреобразователь двойной с НСХ преобразования L, модификация корпуса 134, изолированный измерительный спай, диаметр термоэлектродной проволоки 0,7 мм, длина погружаемой части 60 мм и длина термопарного кабеля 5 метров

Условное обозначение термоэлектрического преобразователя ТПL004

Для более длительного срока эксплуатации выбирайте преобразователи с большим диаметром термоэлектродов, а для наибольшего быстродействия с наименьшим диаметром;

Инерционность преобразователя определяется конструкцией рабочего спая: наименее инерционный – открытый, неизолированный рабочий спай

1. Длина термопарного кабеля определяются заказчиком

2. По желанию заказчика термопреобразователи могут поставляться с экранированным термопарным кабелем.

Cрок службы преобразователей установлен для номинальной температуры применения. Использование преобразователей при температурах выше указанных в каталоге, значительно снижает их срок службы.

Защищайте соединительные линии, удлинительные провода от механических повреждений, источников импульсных и электрических помех, влияния высоких температур и влажности окружающей среды.

Уменьшение погрешности измерения из-за теплоотвода по материалу защитной арматуры обеспечивается правильным выбором глубины погружения и длины наружней части преобразователя.

Термоэлектрические преобразователи (термопары)

Термоэлектрические преобразователи Принцип работы термопары

Еще в 1821 г. Зеебеком было открыто явление, названное его именем, заключающееся в том, что в состоящей из разных проводниковых материалов замкнутой цепи появляется э. д. с. (так называемая термо-э. д. с), если места контакта этих материалов поддерживаются при разных температурах.

В простейшем виде, когда электрическая цепь состоит из двух различных проводников, она носит название термоэлемента, или термопары.

Сущность явления Зеебека заключается в том, что энергия свободных электронов, обусловливающих возникновение электрического тока в проводниках, различна и по-разному изменяется с температурой. Поэтому если вдоль проводника имеется перепад температур, на его горячем конце электроны будут иметь большие энергии и скорости по сравнению с холодным, что обусловит возникновение в проводнике потока электронов от горячего конца к холодному. В результате на обоих концах будут накапливаться заряды — отрицательный на холодном и положительный на горячем.

Так как у разных проводников эти заряды различны, то при соединении двух из них в термоэлемент появится разностная термо-э. д. с. Для анализа проходящих в термоэлементе явлений удобно считать, что образующаяся в нем термо-э. д. с. Е является суммой двух контактных электродвижущих сил е, возникающих в местах их контакта и являющихся функцией температуры этих контактов (рис. 1,а).

Термоэлектрические преобразователи

Рис. 1.Схема термоэлектрической цепи из двух и трех проводников, схема включения электроизмерительного прибора в спай и термоэлектрод термопары.

Термоэлектрические преобразователи

Термоэлектродвижущая сила, возникающая в цепи из двух разнородных проводников, равна разности электродвижущих сил на их концах.

Из этого определения следует, что при равенстве температур на концах термоэлемента его термо-э. д. с. будет равна нулю. Отсюда может быть сделан чрезвычайно важный вывод, обусловливающий возможность использования термопары, как датчика для измерения температуры.

Термоэлектрические преобразователи Электродвижущая сила термопары не изменится от введения в ее цепь третьего проводника, если температуры на его концах будут одинаковыми.

Этот третий проводник может быть включен как в один из спаев, так и в разрез одного из проводников (рис. 1,6,в). Этот вывод может быть распространен и на несколько проводников, вводимых в цепь термопары, лишь бы температуры на их концах были одинаковы.

Поэтому в цепь термопары можно включить измерительный прибор (также состоящий из проводников) и ведущие к нему соединительные провода, не вызвав изменения развиваемой ею термо-э. д. с, если только температуры точек 1 и 2 или 3 и 4 (рис. 1, г и д) будут равны. При этом температура этих точек может отличаться от температуры на выводах прибора, но температура обоих выводов должна быть одинакова.

Если сопротивление цепи термопары будет оставаться неизменным, то проходящий в ней ток (а следовательно, и показание прибора) будет зависеть только от развиваемой ею термо-э. д. с, т. е. от температур рабочего (горячего) и свободного (холодного) ее концов.

Далее, если поддерживать неизменной температуру свободного конца термопары, показание прибора будет зависеть только от температуры рабочего конца термопары. Такой прибор будет показывать непосредственно температуру рабочего спая термопары.

Таким образом, термоэлектрический пирометр состоит из термопары (термоэлектродов), электроизмерительного прибора постоянного тока и соединительных проводов.

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы.

1. Способ изготовления рабочего конца термопары (сварка, пайка, скрутка и т. д.) не влияет на развиваемую ею термо-э. д. с, если только размеры рабочего конца таковы, что температура во всех его точках одинакова.

2. Так как параметром, измеряемым прибором, является не термо- э. д. с, а ток цепи термопары, не обходимо, чтобы сопротивление цепи в эксплуатации оставалось неизменным и равным его значению при градуировке. Но так как осуществить это практически невозможно потому, что сопротивление термоэлектродов и соединительных проводов меняется с изменением температуры, возникает одна из принципиальных погрешностей метода: погрешность от несоответствия сопротивления схемы ее сопротивлению при градуировке.

Для уменьшения этой погрешности приборы для тепловых измерений выполняются высокоомными (50—100 Ом при грубых измерениях, 200—500 Ом при более точных) и с малым температурным электрическим коэффициентом, с тем чтобы суммарное сопротивление схемы (а следовательно, и связь между током и термо-э. д. с.) менялось в минимальной степени при колебаниях окружающей температуры.

3. Термоэлектрические пирометры градуируются всегда при вполне определенной температуре свободного конца термопары — при 0°С. Обычно в работе эта температура отличается от градуировочной, в результате этого возникает вторая принципиальная погрешность метода: погрешность на температуру свободного конца термопары.

Так как эта погрешность может достигать десятков градусов, то необходимо в показания прибора вносить соответствующую поправку. Эта поправка может быть высчитана, если известна температура свободных концов.

Так как температура свободного конца термопары при градуировке to равна 0°С, а в эксплуатации она, как правило, выше 0°С (свободные концы находятся обычно в помещении, часто они расположены близко к печи, температура которой замеряется), то пирометр дает заниженное против действительной измеряемой температуры показание и значение последнего надо увеличить на величину поправки.

Обычно это осуществляется графическим путем. Это вызывается тем, что обычно отсутствует пропорциональность между термо-э. д. с. и температурой. Если же зависимость между ними пропорциональная, то градуировочная кривая представляет прямую линию и в этом случае поправка на температуру свободного конца термопары будет равна непосредственно его температуре.

Конструкция и типы термопар

К материалам для термоэлектродов предъявляются следующие требования:

1) высокая термо-э. д. с. и близкий к пропорциональному характер ее изменения от температуры;

2) жаростойкость (неокисляемость при высоких температурах);

3) неизменяемость физических свойств с течением времени в пределах измеряемых температур;

4) высокая электрическая проводимость;

5) малый температурный коэффициент сопротивления;

6) возможность производства в больших количествах с неизменными физическими свойствами.

В настоящее время применяются следующие стандартные термопары.

Термоэлектрические преобразователиПлатинородий-платиновая термопара. Эти термопары могут быть применены для измерения температур до 1300°С при длительном применении и до 1600 °С при кратковременном, при условии их использования в окислительной газовой среде. При средних температурах платинородий-платиновая термопара зарекомендовала себя как очень надежная и стойкая, поэтому она применяется как образцовая в интервале 630 — 1064°С.

Хромель-алюмелевая термопара. Эти термопары предназначены для измерения температур при длительном применении до 1000 °С и при кратковременном — до 1300°С. Они надежно работают в этих пределах в окислительной атмосфере (если отсутствуют агрессивные газы), так как на поверхности электродов при нагреве образуется тонкая защитная пленка окислов, препятствующая проникновению кислорода в металл.

Хромель-копелевая термопара. Эти термопары позволяют измерять температуры длительно до 600°С и кратковременно до 800 °С. Они успешно работают как в окислительной, так и в восстановительной атмосфере, а также в вакууме.

Железо-копелевая термопара. Пределы измерений — те же, что и хромель-копелевых термопар, условия работы — такие же. Она дает меньшую термо-э. д. с. по сравнению с термопарой ХК: 30,9 мВ при 500 °С, но ее зависимость от температуры ближе к пропорциональной. Существенным недостатком термопары ЖК является коррозия ее выполненного из железа электрода.

Медь-копелевая термопара. Так как медь в окислительной атмосфере начинает интенсивно окисляться уже при 350°С, то пределы применимости этих термопар — 350 °С длительно и 500 °С кратковременно. В вакууме эти термопары можно применять до 600 °С.

Термоэлектрические преобразователи

Кривые зависимости термо-э. д. с. от температуры для наиболее распространенных термопар. 1 — хромель-копелевая; 2 — железо-копелевая; 3 — медь-копелевая; 4 — ТГБЦ-350М; 5 — ТГКТ-360М; 6 — хромель-алюмелевая; 7 — платинородий-платиновая; 8 —ТМСВ-340М; 9 — ПР-30/6.

Сопротивление термоэлектродов стандартных термопар из неблагородных металлов составляет 0,13 — 0,18 Ом на 1 м длины (в оба конца), для платинородий-платиновых термопар 1,5—1,6 Ом на 1 м. Допустимые отклонения термо-э. д. с. от градуировочных для неблагородных термопар составляют ±1%, для платинородий-платиновых ±0,3—0,35%.

Стандартная термопара представляет собой жезл диаметром 21—29 мм и длиной 500 — 3000 мм. На верхней части защитной трубы надета штампованная или литая (обычно из алюминия) головка с карболитовой или бакелитовой пластиной, в которую запрессованы две пары выводов с винтовыми зажимами, соединенные попарно. В один из выводов зажат термоэлектрод, к другому присоединен соединительный провод, ведущий к измерительному прибору. Иногда соединительные провода заключаются в гибкий защитный шланг. При необходимости герметизировать отверстие, в котором устанавливается термопара, последняя снабжается штуцером с резьбой. Для ванн термопары выполняются также коленчатой формы.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Добавить комментарий

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