3.1 Принцип действия и устройство тэп (термопары)

Замкнутая электрическая цепь (рисунок 16), состоящая из двух разнородных проводников - термоэлектродов А и Б, образует термопару.

Спай, погружаемый в измеряемую среду, называется рабочим или горя­чим спаем термопары; второй спай носит название свободного или холодного.

Суммарную термоэлектродвижущую силу замкнутой цепи из проводни­ков А и Б, спаи которой нагреты до температур t и t₀, можно выразить уравнением:

Е_АБ(tt_О)=е_АБ(t)+е_АБ(t_о),

где Е_АБ(tt_о) - суммарная Т.Э.Д.С. термопары;

е_АБ(t),e_AБ(t₀) - потенциалы, возникающие в местах соприкосновения про­водников.

а) – цепь, состоящая из двух разнородных проводников;

б) – схема включения третьего проводника в цепь термопары

Рисунок 16 - Схемы термоэлектрических цепей.

Индексы при Е и е указывают направление Т.Э.Д.С.: от А к Б или от Б к А. При изменении порядка индексов, например, у символа е_БА должен измениться также и знак, т. е.

Е_АБ(tt_о) = t_АБ(t)-е_АБ(t_о).

Так как потенциалы е спаев зависят от температуры, то суммарная Т.Э.Д.С., наблюдаемая в цепи из двух разнородных проводников с разными температурами спаев, равна разности функций температур t и t_о:

E_АБ(tt₀)=f₁(t)-f₂(t₀).

Поддерживая температуру одного из спаев постоянной, например, пола­гая, что t₀=const, т.е.f₂(t₀)=const, получим

E_АБ(tt₀)=f₁(t) – const

или E_АБ(tt₀)=f₁(t).

Таким образом, если для данной термопары экспериментально, т.е. пу­тём градуировки, найдена последняя зависимость, то измерение неизвестной температуры сводится к определению Т.Э.Д.С. термопары.

При введении в цепь термопары третьего проводника (рисунке 3б), если концы последнего имеют одинаковые температуры, Т.Э.Д.С. термопары не изменяется. Поэтому включение в цепь термопары соединительных проводов, измерительных приборов не отражается на точности измерения.

Термопары, как правило, градуируются при температуре свободного (холодного) спая t₀=0°С. В действительности же температура холодных спаев термопары обычно отличается от 0°С, поэтому для нахождения дейст­вительной температуры вводят поправку по уравнению

E_АБ(tt₀)=E_АБ(tt₀')±EАБ(t₀'t₀),

где Е_АБ(tt₀) - Т.Э.Д.С., развиваемая термопарой при температурах рабочего t и свободного t₀=0°С спаев;

Е_АБ(tt₀') - Т.Э.Д.С., развиваемая термопарой при температуре рабочего (горячего) спая t и свободного t₀ cпая.

Знак плюс относится к случаю, когда t_о' > t_о, а минус - к случаю, когда t_о' < t_о .

Конструктивно термопара представляет собой две проволоки из разно­родных металлов, нагреваемые концы которых скручиваются, а затем свари­ваются или спаиваются.

Для соединения термопары с измерительными приборами служит го­ловка термопары, выполненная из электроизоляционного материала,

Соединение термопары с вторичными приборами производится термоэлектродными проводами, изготовленными из таких же материалов, что и сама термопара, или из других сплавов, развивающих в пределах до 100^оС Т.Э.Д.С., равную Т.Э.Д.С. термопары.

В качестве вторичных приборов в комплекте с термопарами для измере­ния температуры используются, как правило, лабораторные, автоматические потенциометры или милливольтметры.