Біметалеві перетворювачі температури

У основу вимірювання температури термоелектричними перетворювачами (термопарами) покладено термоелектричний ефект, суть якого полягає в тому, що в замкненому електричному колі, до складу якого входить два і більше різнорідні метали (рис.1), виникає електричний струм, якщо місця з’єднання цих провідників мають різну температуру. З’єднання, яке має температуру t, називається робочим (гарячим), а з’єднання, що має постійну температуру, to — називається вільним кінцем термоелектричного термометра. Провідники А і В називаються термоелектродами.

Термопара

 

Рисунок 1 — Термопара

Термоелектричний ефект пояснюється наявністю вільних електронів у металах електродів, число яких в одиниці об’єму для різних металів різне. Допустимо, що в з’єднанні двох термоелектродів з температурою t електрони із металу А дифундують у метал В у більшій кількості, ніж у зворотному напрямку, тому метал А заряджається позитивно, а метал В — негативно. Електричне поле, яке виникає в місці з’єднання (спайці) двох металів, перешкоджає цій дифузії і тоді під впливом сталого електричного поля, настане стан рухомої динамічної рівноваги. При такому стані між провідниками А і В виникає різниця потенціалів, величина якої пропорційна температурі з’єднаних електродів. Ця різниця потенціалів називається контактною термоелектрорушійною силою (ТЕРС) термопари.

Проте в простому термоелектричному колі, до складу якого входять провідники А і В виникають термо-ЕРС в обох спайках. Сумарна ТЕРС замкненого кола із двох провідників А і В, спайки яких мають різні температури, дорівнює:

ЕАВ(t; to) = еАВ(t)АВ(to)

Таким чином, ТЕРС термопари не залежить від кількості послідовно підключених провідників, а залежить лише від різниці температур робочої та холодної спайок провідників термоелектрич­ного термометра.

Якщо ж температура вільних кінців дорівнює 0°С, то вимірювана температура визначається безпосередньо по градуювальній таблиці відповідного термоелектричного термометра.

Відповідно до державних стандартів найбільше практичне використання одержали стандартні термоелектричні перетворювачі (табл. 1), термоелектроди яких виготовлені як із чистих матеріалів, так і сплавів.

Таблиця 1 — Основні дані термоелектричних перетворювачів

Матеріали електродів Позначення градуювальної характеристики Нижня межа вимірювання, °С Верхня межа вимірювання, °С ТЕРС при 100 °С, тВ
Платинорідний (10% радія) — платина S(ПР) 0 1300 0,64
Платинорідний (30% радія) — платина (6% радія) B(ПР) 300 1600 0
Хромель-Алюмаль K(ХА) -200 1000 4,10
Хромель-копель хк -200 600 6,95
Вольфрам (5% Ke), Вольфрамреній (20% Re) BP-5/20 0 2300
 

Получать интересное на почту

Добавить комментарий

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