2.4.3 Особенности практической реализации термоэлектрических эффектов в измерительных устройствах
Термоэлектрический эффект (Зеебека) используется для создания термопар, широко применяемых в практике для измерения температуры различных сред. При этом температуру холодного спая поддерживают постоянной, или компенсируют.
Используют различные варианты схем включения термопар.
Достоинство термопар:
малые размеры спая обеспечивают высокое быстродействие измерений;
не требуется внешний источник энергии;
может применяться для измерения высоких температур.
Недостатки:
необходимо знать температуру свободных концов;
нелинейная зависимость;
сигнал малой мощности.
При подключении термопар применяют специальные компенсационные провода с соответствующей расцветкой жил. При измерении быстропеременных температур необходимо учитывать наличие тепловой инерционности термопар.
В промышленности широко используют термопары типа ТХК, ТХА, ТПП, ТПР, ТВР и др. Для измерения низких температур используют сплав серебра с кобальтом и медь. Чем тоньше провода, тем ниже максимальная рабочая температура и срок службы термопар, так как при высоких температурах происходят изменения структуры материала в приповерхностном слое.
При эксплуатации термоэлектрических устройств необходимо учитывать наличие следующих составляющих погрешности измерений:
методическая погрешность - возникает из-за непостоянства температуры холодного спая термоэлемента;
инструментальная погрешность – возникает из-за непостоянства параметров электрической измерительной цепи;
погрешности, обусловленные генерацией в измерительной цепи паразитными термо-ЭДС;
погрешности, обусловленные электростатическими и электромагнитными наводками.
Для устранения влияния на результат измерений материала соединительных проводов используются термокомпенсационные провода. Они выполняются из специальных материалов, которые при соединении с термопарой не дают паразитную ЭДС. Для устранения влияния непостоянства температуры холодного спая используют специальные методы измерения, в основе которых лежит термостабилизация холодных спаев или термокомпенсация изменения температуры холодных спаев (рис. ).
Рис. 2.14 Схема включения термоэлектрического преобразователя.
RП – сопротивление проводов; RT – сопротивление термопреобразователя; Rg – дополнительное сопротивление; Rt – термокомпенсационное сопротивление;
RR – сопротивление рамки гальванометра.
2.5 Гальваномагнитные эффекты и применение их в измерительных устройствах
К настоящему времени известно более 200 эффектов данного типа. Например, известно, что в проводнике, движущемся или совершающем колебания в магнитном поле, наводится ЭДС. На этом принципе создают устройства для измерения параметров магнитных полей и связанных с ними других параметров (например, преобразователь Чепина).
В расплавах и растворах, движущихся в магнитном поле, в направлении перпендикулярном движению и магнитному полю генерируется ЭДС (магнитоиндукционный метод измерения скорости потока):
(2.31)
Фотоэлетромагнитный эффект (Носкова - Кикоина) заключается в том, что в полупроводнике, находящемся в магнитном поле и подвергаемом облучению светом, возникает электрический градиент по направлению светового потока. При этом электроны и дырки, генерируемые фотонами, приобретают импульс и диффундируют вглубь вещества, разделяясь под действием силы Лоренца и генерируя в результате этого ЭДС.
Такие явления генерации ЭДС могут происходить и в растворах, находящихся в магнитных полях, при протекании в них химических реакций.