Термопара

Термопара – датчик температуры, состоящий из двух соединенных между собой разнородных металлических (или полупроводниковых) элементов. Если контакты (обычно спаи) проводящих элементов (их часто называют термоэлектродами), образующих термопару находятся при разных температурах, то в цепи термопары возникает ЭДС (термоэдс), величина которой однозначно определяется температурой горячего и холодного контактов и природой материалов, примененных в качестве термоэлектродов.

Удельная ЭДС термопары из металлических проводников лежит в пределах 5 – 60 , ЭДС термопары из полупроводников может быть на порядок выше. Точность определения температуры с помощью термопары составляет, как правило, нескольких кельвин, а у некоторых термопар достигает  0,01 К.

Термопары используются в самых различных диапазонах температуры (от нескольких кельвин до примерно 2800 К). Применяются в устройствах для измерения температуры и различных автоматизированных системах управления и контроля.

Термопарой можно измерить только разности температур. Если температура одного из спаев постоянна, то термоэдс будет зависеть только от температуры другого спая. Обычно один спай поддерживается при 0^оС, т.е. этот спай термостатируется. Он называется холодным спаем. Другой спай называется горячим или измерительным.

Существуют различные схемы включения термопар. Простейшая схема: термопара подключается непосредственно к клеммам измерительного прибора или через удлинительные провода (рис.5): a и b - проволоки из разнородных металлов, c - удлинительные провода, 1 - горячий спай, 2 и 3 - холодные спаи соединения металлов с проводами.

Для более точных измерений используется дифференциальная термопара. В этом случае измерительный прибор включается в одну из ветвей термопары (рис.6), один из спаев, например точка 2, термостатируется, т.е. поддерживается постоянная температура.

Рис.5

Рис.6

Описание установки

Установка для выполнения работы (рис.7) состоит из терморезистора (1), помещенного в специальный защитный футляр, омметра для измерения сопротивления терморезистора (2), дифференциальной термопары (3), милливольтметра (4) для измерения термоэдс термопары.

Один из спаев термопары помещается в сосуд с тающим льдом (5), другой спай является измерительным. Измерительный спай термопары, терморезистор опускают в сосуд с водой (6).

Вода подогревается на электроплитке (7), а изменение температуры фиксируется жидкостным термометром (8).

Рис.7

Порядок выполнения работы

Градуировка терморезистора и термопары

1. Соберите установку, соответствующую рис.7.

2. Поместите один из спаев термопары в сосуд (5) с тающим льдом (t_о = 0^o C).

3. Поместите второй спай термопары, терморезистор и термометр в сосуд (6) с водой комнатной температуры t_н.

4. Запишите в ячейки вместо t_н показание термометра, а также показания омметра в таблицу 1 и милливольтметра в таблицу 2 при данной температуре.

5. Поставьте сосуд (6) на электроплитку.

6. Нагревая воду до 80^о, проведите измерение сопротивления R_наг терморезистора для температур, указанных в таблице 1, и термоэдс термопары для температур, указанных в таблице 2.

7. Снимите сосуд (6) с электроплитки, проведите измерения сопротивления R_охл терморезистора и термоэдс термопары для тех же температур t при остывании воды.

8. Вычислите среднее сопротивление терморезистора для каждой температуры.

9. Вычислите среднее значение термоэдс для каждой температуры.

10. Постройте график зависимости сопротивления терморезистора от температуры R = f (t).

11. Постройте график зависимости термоэдс от температуры горячего спая = f (t).

12. Методом наименьших квадратов определите удельную термоэдс .

Определение произвольной температуры воды

1. Смешайте в сосуде (6) холодную и горячую воду.

2. Поместите в сосуд (6) терморезистор и термопару.

3. Измерьте сопротивление терморезистора и термоэдс при произвольной температуре воды. Запишите результаты измерений в таблицу 3.

4. По графикам R = f (t) и = f (t) определите значения температуры воды. Запишите результаты в таблицу 3. Сравните результаты измерения температуры.

Таблица 1 t, оС Rнаг, Ом Rохл, Ом R, Ом tн 24 28 32 36 40 44 50 54 58

Таблица 2 t, оС , мВ , мВ , мВ , tн 25 30 35 40 45 48 52 55 60

Таблица 3

R, Ом	tтермистор, оС	, мВ	tтермопара, оС