Термоэлектрический термометр

Принцип действия термоэлектрических термометров основан на свойстве металлов, сплавов и некоторых неметаллических материалов создавать термо-э.д.с. при нагревании места соединения (спая) двух разнородных проводников или полупроводников. Простейшая термоэлектрическая цепь из двух разнородных термоэлектродов, концы которых электрически соединены, называется термопарой. Термопара помещается в защитный чехол, вместе с которым образует термоэлектрический термометр.

Схема термоэлектрического термометра

1 – горячий спай; 2 – колпачок; 3 – керамические бусы; 4 – чехол; 5 – засыпка; 6 – головка; 7 – герметик.

Стандартные термоэлектрические термометры применяются для измерения температур в пределах —от +200 до +2500° С. При температурах до 1300° С в качестве изоляции между термоэлектродами применяются трубки и бусы из фарфора. При более высоких температурах — из окиси алюминия, окиси магния, окиси бериллия, двуокиси циркония.

КТхх 01.01
  КТхх 01.02
термопарный разъем   КТХА 01.02р

Термопреобразователи (термоэлектрические термометры), оснащенные термопарными разъемами

Термопара– это спай двух разнородных металлических проводников, которые предназначены для измерения температуры рабочих объектов. Возникновение термо-эдс в термопаре объясняется тем, что при нагревании электроны на «горячем» (рабочем) спае приобретают более высокие скорости, чем на «холодном» (свободные концы, подключаемые к измерительному прибору), в результате чего возникает поток электронов от «горячего» конца к «холодному». На «холодном» конце накапливается отрицательный заряд, на «горячем» - положительный: разность этих потенциалов определяет величину термо-эдс., величина которой зависит от не только от разности температур «горячего» и «холодного» спаев, но и от материалов, образующих термопару (хромель: 89% никеля, 10% хрома, 1%железа; алюмель: 95% никеля, 5% алюминия, марганца и железа; копель: 45% никеля, 55% меди).

Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управленияи контроля.Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны.Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры.К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур.Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах. Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01°С.Они вырабатывают на выходе термо–э.д.с. в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.

 

Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру, то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у температур спаев сопровождается изменением направления тока. Схема явления Зеебека

Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термо – э.д.с.), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями из различных металлов и сплавов.

Термопара может образовывать устройство (или его часть), использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры. В сочетании с электроизмерительным прибором термопара образует термоэлектрический термометр. Измерительный прибор или электронную измерительную систему подключают либо к концам термоэлектродов, либо в разрыв одного из них. Схема подключения термопары к измерительному прибору

 

В местах подключения проводников термопары к измерительной системе возникают дополнительные термо – э.д.с.. В результате их действия на вход измерительной системы фактически поступает сумма сигналов от рабочей термопары и от «термопар», возникших в местах подключения. Схема принципа действия термопары

Существуют различные способы избежать этого эффекта. Самым очевидным из них является поддержание температуры холодного спая постоянной.

Типы термопар и область их применения

Тип термопары Особенности применения
ТХА Обладают: — наиболее близкой к прямой характеристикой. Предназначены для работы в окислительных и инертных средах
ТХК Обладают: — наибольшей чувствительностью; — высокой термоэлектрической стабильностью при температурах до 600°С. Предназначены для работы в окислительных и инертных средах. Недостаток: высокая чувствительность к деформациям
ТПП Обладают: — хорошей устойчивостью к газовой коррозии, особенно на воздухе при высоких температурах; — высокой надежностью при работе в вакууме (но менее стабильны в нейтральных средах). Предназначены для длительной эксплуатации в окислительных средах. Недостаток: высокая чувствительность термоэлектродов к любым загрязнениям, появившимся при изготовлении, монтаже или эксплуатации термопар
ТВР Обладают: — возможностью длительного применения при температурах до 22О0°С в неокислительных средах; — устойчивостью в аргоне, гелии, сухом водороде и азоте. Недостаток - плохая воспроизводимость термоЭДС.
ТНН Обладают: — высокой стабильностью термо - ЭДС (по сравнению с термопарами ТХА, ТПП, ТПР); — высокой радиационной стойкостью; — высокой стойкостью к окислению электродов. Предназначены в качестве универсального средства измерения температур в диапазоне температур 0-1230°С

Взависимости от конструкции иназначения различают термопары:

-погружаемые и поверхностные;

-с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки;

-обыкновенные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные;

-стационарные и переносные и т.д.

показан внешний вид контактного термометра, в комплект поставки которого входят термопары:

Конструкции термопар Контактный термометр