Термоэлектрические термометры

Первичным преобразователем (датчиком) термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух проводников или полупроводников А и Б с разной работой выхода электронов. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разную температуру.

Один из спаев с температурой t является горячим или рабочим, а температуру t₀ второго спая (холодного) поддерживают строго постоянной. Для включения измерительного прибора необходимо разорвать цепь термопары (рисунок 5.7)

Рисунок 5.7 – Схема включения термопары

Конструктивное оформление термопар разнообразно и зависит главным образом от условий их применения. В зависимости от конструкции и назначения различают термопары: погруженные и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные,

виброустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные (рисунок 5.8).

а) б)

а – термопары с эластичной измерительной вставкой; б – кабельная

термопара;

Рисунок 5.8 – Промышленные термопары

Промышленные термопары отличаются высокой стабильностью характеристик, что позволяет заменять их без какой-либо переналадки остальных элементов измерительной цепи. Термопары, как и термометры сопротивления, устанавливают в защитных чехлах, на которых указан тип термопары. Для высокотемпературных термопар применяют защитные чехлы из теплостойких материалов: фарфора, оксида алюминия, карбида кремния и т. п.

На рисунке 5.9 показана конструкция термопары промышленного назначения.

1 - электроды; 2 - рабочий пай; 3 - трубка; 4 - защитная арматура;

5 - керамический наконечник; 6 - заливка; 7 - головка; 8 - сборка;

9 - зажимы; 10 - удлиняющие провода; 11 - герметизированный ввод;

12 - элементы крепления термопреобразователя

Рисунок 5.9 - Конструкция термопары промышленного назначения

Главным достоинством термопар является большой температурный диапазон измерения от минус 200 °С до плюс 2500 °С, а также простота и прочность конструкции, невысокая цена. Основные недостатки термопар - точность измерения от 1 °С, необходимость компенсации температуры холодного спая (в современных приборах вводится автоматическая поправка к измеренной ЭДС), нелинейная зависимость напряжения на выходе термопары от температуры.

К материалам для изготовления термопары предъявляются следующие требования:

-постоянство ТЭДС во времени;

-устойчивость к воздействию высоких температур;

-возможно большая величина ТЭДС и однозначная зависимость ее от температуры;

-небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления и большая электропроводность;

-воспроизводимость термоэлектрических свойств, обеспечивающих взаимозаменяемость термопар.

В промышленности применяют термопары, электроды которых изготовлены как из чистых металлов (платина), так и из сплавов хрома и никеля (хромйль), меди и никеля (копйль), алюминия и никеля (алюмйль), платины и родия (платинородий), вольфрама и рения (вольфрамрений).

Материалы термоэлектродов определяют предельное значение измеряемой температуры. В таблице 3.1 представлены обозначения градуировок и диапазоны измерения температур для наиболее распространенных термопар.

Таблица 5.1 – Характеристики термопар

Тип термопары ТХК ТХА ТПП ТВР

В качестве измерительных приборов в термоэлектрических термометрах используются милливольтметры, потенциометры, цифровые приборы. На рисунке 5.10 показан реле-регулятор температуры ОВЕН ТРМ502 в комплекте с термопарой. Прибор предназначен для контроля и регулирования температуры в диапазоне 0...+400 °С.

Рисунок 5.10 – Реле-регулятор температуры ОВЕН ТРМ502 с термопарой ТХК