Принципы измерения температуры термоэлектрическими термометрами

Измерение температуры с помощью термопар основывается на нормированных калибровочных характеристиках и термоэлектрических законах.

Закон внутренних температур. Наличие температурногоградиента в однородном проводнике не приводит к возникновению электрического тока. Таким образом, термо-ЭДС определяется только разностью температур в местах контакта различных проводников.

Закон промежуточных проводников. Два однородных проводника из металлов А и В образуют термоэлектрическую цепь с контактами, имеющими температуры Т1 и Т2. В разрыв проводника А включается проводник из металла Х, образующий два новых контакта J1 и J2 . Если температура проводника Х одинакова по всей длине, то результирующая ЭДС цепи не изменится. Поэтому можно использовать удлинительные провода для подключения к измеряющим приборам, а также не сваривать, а спаивать концы электродов. На рисунке показановключение в один из проводников термопары(А)дополнительного проводника (Х).

Закон промежуточной температуры. Если в цепи,образованной двумя термоэлектродами из разнородных металлов, индуцируется термо-ЭДС Е1 при температурах контактов Т1 и Т2 и термо-ЭДС Е2 при температурах контактов Т2 и Т3, то при температурах Т1 и Т3 ЭДС будет равна Е1 + Е2. Это означает, что градуировочные таблицы можно использовать и при температу-ре опорного контакта, не равной 0°С.

Закон аддитивности термо-ЭДС. Если известны термо-ЭДС металлов А и В в паре с опорным металлом R, то термоЭДС пары А и В будет равна их сумме. Это означает, что можно создавать нестандартные комбинации термоэлектродов и по-прежнему пользоваться для них градуировочными таблицами.

На практике не обязательно помещать холодный спай термопары в сосуд с температурой 0 °С. Наибольшее распространение обеспечения точности измерений с помощью термопар получил метод компенсации холодного спая, который заключа-ется во введении в измерительную цепь источника напряжения с ЭДС, равной по величине и противоположной по знаку термо-ЭДС контакта.

Существуют также специальные микросхемы для подключения термопар, содержащие устройства компенсации холодного спая, усилители и схемы контроля исправности термопар.

Калибровка термопар

Калибровка (или градуировка термопары) – это установле-ние зависимости величины термо-ЭДС от разницы температур спаев термопары.

У большинства термопар зависимость термо-ЭДС от температуры в некоторых диапазонах имеет нелинейный характер. Основная причина этого — зависимость коэффициента Зеебека от температуры, примерный вид которой показан на рис.

Для достижения высокой точности измерений термоэлектрического термометра во всем диапазоне рабочих температур необходима его калибровка. Простейший (и наиболее точный) метод калибровки заключается в составлении таблицы соответствия значений термо-ЭДС и температуры, измеренной с помо-щью образцового термометра.

На рисунке приведена схема экспериментальной установки для градуировки термопар. Один спай термопары погружен в сосуд с маслом температурой Т, другой – в сосуд со льдом с Т0 = = 0 °С. Так как градуировочные таблицы в литературе приводятся относительно 0 °С , то лучше всего придерживаться этого условия, потому что в дальнейшем можно будет легко сравнить полученные экспериментальные результаты с табличными. Кроме того, тающий лед дает возможность достаточно просто и точно фиксировать одну из температур, относительно которой выполняется градуировка, а в дальнейшем и измерения с помощью данной термопары. Сосуд с маслом нагревается электрическим нагревателем Н, а температура Т измеряется термометром t необходимой точности. Возникающую в результате нагревания термо-ЭДС измеряют и строят график зависимости ЭДС от температуры Т.

Если не нужна высокая точность градуировки и измерений, то можно градуировать относительно комнатной температуры. В этом случае второй спай можно поместить в масло, находящееся при комнатной температуре.

Конструкция термопары, предназначенной для измерения температуры в средах с повышенным давлением, представлена на рисунке. Арматура состоит из защитного чехла 1, неподвижного или передвижного штуцера 5 с сальниковым уплотнением и головки 7, прочно присоединенной к защитному чехлу. В головке, снабжен ной крышкой 8 и штуцером под кабель9, помещена розетка 6 из изоляционного материала с клеммами для присоединения электродов 2 и проводов, соединяющих термопару с измерительным прибором или преобразователем.

Для измерения малых разностей температур применяется последовательное включение термоэлементов. При таком включении ЭДС термоэлементов складываются, поэтому даже при малых разностях температур можно получить большую ЭДС, которую измеряют сравнительно простыми приборами.

Такая термобатарея называется гипертермопарой. Все рабочие концы термопар помещаются в область регистрируемых температур, а свободные концы термостатируются. Термобатареи используются в тепломерах – измерителях тепловых потоков.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: