Схемы термоэлектрических преобразователей

Термоэлектрические преобразователи. (Термопары).

Манометрические термопреобразователи.

Манометрические преобразователи, в которых температура преобразуется в давление, а затем в механическое перемещение, применяется в технических приборах для измерений в диапазоне от –150 до +600 ⁰С с основной допускаемой погрешностью от ±1 до ±2,5%.

Манометрический термометр представляет собой пружинный манометр, герметично соединённый с термосистемой. Последняя состоит из чувствительного элемента (термобаллона) и соединительной капиллярной трубки. Упругий элемент манометра может приводить в действие стрелку прибора либо элемент промежуточного (передающего) преобразователя для дистанционной передачи информации. В зависимости от используемого термометрического вещества (заполнителя) манометрические преобразователи подразделяются на газовые, жидкостные и парожидкостные, или конденсационные.

Термоэлектрические преобразователи (ТП) преобразуют температуру в электродвижущую силу (термо-ЭДС). Действие ТП основано на явлении Зеебека, т.е. на генерации термо-ЭДС в месте соединения двух различных проводников. Величина термо-ЭДС зависит от материалов термоэлектродов и является функцией температуры. Распрстранение получили ТП медь-константановые (МК) и хромель-копелевые (ХК).

Медькостантаноые ТП не имеют стандартизованных градуировочных таблиц, однако в силу целого ряда достоинств находят применение в лабораторной практике для измерений в области от –200 до +300 ⁰С. Основное достоинство - большое постоянство термоэлектрических свойств. При соответствующей градуировке МК ТП позволяют измерять температуру с погрешностью ±(0,1—0,2)⁰С.

Хромель-копелевые ТП в соответствии с ГОСТ 3044-77 могут использоваться в области температур от –50 до +600⁰С. Достоинство этих ТП— наивысшая чувствительность по сравнению с другими типами ТП. Недостатками хромель-копелевых ТП являются плохая воспроизводимость функции преобразования (градуировочной характеристики) различными париями термоэлектродных проводов, а также наличие неоднородностей материала, особенно хромеля, которые приводят к возникновению паразитных термо-ЭДС. Достижимая точность порядка ±(0,3—0,5)⁰С.

a b ^о И И ^о e ^о

А В A₁ A₂

e_AC U e_BC C K B₁ B₂

е_АВ

t t_И e_CB(t_И) e_p(t) e_CB

А е_АВ В А В t t_o

t е_р(t)

a) б) в) t г)

В схеме а) два термоэлектродных проводника А и В соединены между собой (обычно сваркой или пайкой), и спай помещён в измеряемую среду с температурой t. В спае генерируется термо-ЭДС е_АВ(t), которая полностью передаётся на концы а и b. Изменениям температуры соответствует однозначное изменение величины е_АВ.

В схеме б) И(измеритель) подключен к точкам а и b проводом из материала С. В связи с этим в местах контакта материалов АС и ВС возникают дополнительные термо-ЭДС и в измерительной цепи действует сумма термо-ЭДС, подводимая к измерительному прибору:

U_и = e_AB(t) + e_AC(t_и) + e_BC(t_и), (*)

где е_АС(t_и), е_ВС(t_и) – термо-ЭДС, возникающие в точках присоединения а и b; t_И – температура в местах контакта АС и ВС.

Из теории известно (Сосновский,Столяров), что при включении в цепь термоэлектрических проводов третьего провода и при условии, что места соединения этого провода с проводами А и В имеют одинаковую температуру t_и, имеет место равенство

e_AС(t_и) + e_BC(t_и) = e_AB(t_и). (**)

Подставляя (**) в (*) и принимая во внимание фактическое направление ЭДС, получим

U_и = e_AB(t) – e_BC(t_и).

Спай, воспринимающий измеряемую температуру, называется рабочим, а концы, присоединяемые к измерительным приборам, - свободными.

Во избежание дополнительных погрешностей применяют измерительные приборы с корректирующим устройством К (схема в). Это устройство в зависимости от температуры t_и генерирует напряжение U_К таким образом, чтобы компенсировать изменение термо-ЭДС свободных концов.

Для точных измерений в области умеренных температур применяют ТП с двумя спаями: рабочим и свободным (схема г). Рабочий спай термоэлектродов А₁ и В₁ воспринимает измеряемую температуру t. Свободный спай А₂ и В₂ из таких же проводов помещают термостатируемый сосуд с постоянной температурой t_o. Чаще всего это сосуд Дюара с таящим льдом, в котором с достаточно высокой точностью поддерживается температура 0^оС. Результирующая термо-ЭДС

e = е_р(t)--e_CB(0).

Т.к. е_СВ(0) = const, величина результирующей термо-ЭДС (Е) однозначно зависит от t.

При помощи термопар возможно измерение температуры в нескольких точках путём подключения нескольких термоспаев к одному измерительному прибору через многоточечный переключатель.

Дата добавления: 2015-04-30