4.3 Жылуэлектрлік түрлендіргіштер

Жылуэлектрлік түрлендіргіштер ожылулық түрлендіргіштер түріне жатады және академик Ф.Эпинус (1759) ашқан жылуэлектр көзі құбылысына негізделген. Құбылыс келесідей түсіндіріледі. Егер тізбекті екі түрлі А және В өткізгіштерден (немесе жартлыай өткізгіштерден) құрсақ және оларды өзара ұштарын байланыстырсақ (4.11, а-сурет), бір байланыстыратын жердің температурасын t₁ басқа жердегіден t₀ ерекшелеп алсақ, онда тізбекте жылуэлектр қозғаушы күші (жылу ЭҚК) деп аталатын ЭҚК пайда болады. Ол өткізгіштердің байланысу жерлерінің температуралар функциясының айырымы болып табылады

Е_АВ(t₁,t₀) = f (t₁) - f (t₀) (4.5)

Берілген тізбек жылуэлектрлік түрлендіргіш немесе терможұп деп аталады; терможұпты құраушы өткізгіштер – термоэлектродтар, ал оларды байланыстыру орны – дәнекерленген жер деп аталады.

Терможұп температураны өлшеуге қолданылады. Егер терможұптың бір дәнекерленген жерін өлшенетін температурасы t₁ ортаға қойылса, ал басқа дәнекерленген жердің температурасын тұрақты етіп алсақ f(t₀) = const, онда

Е_АВ = (t₁, t₀)=f(t₁) - f(t₀)= f₁(t₁). (4.6)

Соңғы өрнек температураны терможұп көмегімен өлшеуге негізделген.

Сонымен, терможұптың кіріс шамасы – жұмысшы дәнекерленген жердің температурасы t₁, ал шығыс шамасы – жұмысшы емес дәнекерленген жердің температурасын t₀ қатаң тұрақты ұстағанда дамытып отыратын термоЭҚК.

Температура өлшейтін терможұп пен өлшеуіштің бірігуінен құралған құралдар жылуэлектрлік пирометр деп аталады.

Өлшеуішті (сілтеуішті) терможұп тізбегіне қосу екі схема бойынша жүргізіледі (4.11, б және в-сурет), өлшеуішті терможұп тізбегіне қосу термоЭҚК мәнін өзгертпес үшін өлшеуіштің термоэлектрдтармен байланысқан жері бірдей температураға ие болуы керек.

4.11-сурет. Жылуэлектрлік түрлендіргіштер

1100 ˚С-қа дейінгі температураны өлшеу үшін бағалы емес металдардан жасалған терможұптар, ал 1100... 1600 °С-ден жоғары термпература үшін – платиналық топтағы бағалы металдардан жасалған терможұптар, ал 1600 °С-тен жоғары – ыстыққа төзімді материалдардан (вольфрам — молибден) жасалған терможұптар алынады. ТермоЭҚК бағыты термоэлектродтар ретінде қолданылатын материалдар табиғатына тәуелді. Оң деп терможұптың жұмысшы дәнекерленген жері арқылы ток өтетін термоэлектродты айтады.

Терможұп түзетін кезде біреуі платинамен оң, ал басқасы – теріс термоЭҚК-ін дамытатын электродтарды сәйкестендіруге тырысады. Берілген өлшеу шарттарында термоэлектродьың қолдануға жарамды не жарамсыз екенін ескеру қажет (термоэлектродқа ортаның әсері, температура, т.б.).

Тәжірибеде кең таралған терможұптар: платиналық - платиналық, хромель — алюмель, хромель — копель, вольф­рам — молибден, борид-карбид циркония.

Бағалы емес металдардан жасалғандардың ішіндегі стандарттысы және көп тарағаны негізгі сипаттамалары 3-кестеде көрсетілген 4 терможұп.

Кесте 3

Терможұп сипаттамалары

Терможұп	t= 100 °С температурадағы термоЭҚК; (t0 = 0°С), мВ	өлшеу температцрасының жоғарғы шегі, 0°С
		Ұзақ өлшеу кезінде	Қысқамерзімді өлшеу кезінде
Мыс — копель	4,75	350	500
темір — копель	5,75	600	800
Хромель — копель	6,90	600	800
Хромель — алюмель	4,10	1100	1250

Пештердегі, тұзды ванналарда, газөткізгіштердегі температураны өлшеуге арналған кәсіпорындық терможұптар құрылғысы 4.12-суретте келтірілген терможұп мысалында қарастырайық.

Бағалы емес металл терможұптары оны бекіту үшін қозғалмалы фланеці бар құрама қорғаушы құбырда орналасқан. Терможұптың жұмысшы дәнекерленген жері 9 құбырдан фарфор ұштармен 8 оқшауланған. Термоэлектродтар моншақтармен 6 оқшауланған. Қорғаушы құбыр жұмысшы 7 және жұмысшы емес 4 аймақтардан тұрады. Қозғалмалы фланец 5 құбырға винтпен бекітіледі. Терможұп басы винтпен 1 бекіген қақпағы бар 11 құйма корпусқа 3 ие. Терможұп басында бекітілмеген қысқыштары 10 бар фарфор қалыптар 2 винтпен бекітілген. Олар термоэлектродтарға температура әсерінен ұзаруға мүмкіндік береді.

4.12-сурет. Кәсіпорындық терможұп құрылғысы:

1 — винттер; 2 — фарфор қалыптар; 3 — корпус; 4 және 7— сәйкес жұмысшы емес және жұмысшы аймақтар; 5- қозғалмалы фланец; 6 —моншақтар; 8 — фар­фор ұштар; 9 — жұмысшыдәнекерленген жер; 10 — қысқыштар; 11 — қақпақ

Кәсіпорындық терможұптарды құрастырудағы ең басты мәселе – қорғаушы құбырдың (арматура) және оқшаулау материалын таңдау.

Терможұптың қорғаушы арматурасы терможұпты тез бұзатын ыстық химиялық агрессивті газдардан қорғау үшін қажет, сондықтан арматура газөткізбейтін, жылуды жақсы өткізетін, механикалық берік және ыстыққа төзімді болуы қажет. 600 °С-қа дейінгі температурада әдетте жіксіз болат құбырлар, 1100 °С-қа дейінгі температурада — қоспаланған болаттардан жасал,ан құбырлар, бағалы метал терможұптары үшін – негізінен кварцтық, фарфор құбырлар қолданылады. 300 °С-қа дейінгі температурада термоэлектродтарды бір-бірінен оқшаулау үшін асбест; 1300... 1400°С-қа дейінгі – фарфор құбырлар немесе моншақтар және 2000... 2500 °С-қа дейін – кварцтық құбырлар немесе моншақтар қолданылады. Тәжірибелерде төменгі температураларды өлшеу үшін жылуға төзімді резеңке - 150°С-қа дейінгі; жібек - 100... 120°С-қа дейінгі; эмаль - 150...200°С-қа дейінгі температуралар үшін.

Қорғаушы құбырға орналастырылатын терможұп термоэлектродтары әдетте қатты болып дайындалады, ал оларды өлшеу тізбегінің басқа эле­менттерімен байланыстыру үшін иілмелі сымдардан жасалады. Қысқыштардан терможұп басына қарай баратын жұмысшы емес дәнекерленген жерді табу үшін байланыстырушы сымдар ұзартушы электродтар деп аталады. Бұл электродтар негізгі терможұп электродтары сияқты қажетті температура диапазонында дәл сондай жылуЭҚК-іне ие болуы керек, және терможұп басында негізгі электродтар мен ұзартушы электродтардың байланысқан жерінің температурасы бірдей болуы керек. Бұл шарттар орындалмаған жағдайда өлшеу қателігі пайда болады. Ұзартқыш термоэлектродтар бағалы емес металл терможұптары үшін негізгі термоэлектродтар жасалатын материалдардан жасалады.

Терможұптар көмегімен температураны өлшегенде олардың инерциялылығына үлкен мән беріледі, ол терможұп көрсеткіші бөлме температурасынан 100°С-тан жоғары температураға ауыстырғанда 97... 98 °С-ті көрсететін уақыт ретінде анықталады. Инерциялықты азайту үшін терможұптың жұмысшы дәнкерленген жері мен өлшенетін температура ортасы арасында жақсы жылулық контакт орнату қажет.

Жылуэлектрлік түрлендіргіштер қателігі және оларды түзету тәсілдері. Терможұптың жұмысшы емес дәнкерленген жерінің температурасының өзгеруімен шартталған қателік. Терможұптың бөліктенуі жұмысшы емес спайдың температурасы нолге тең болғанда жүзеге асырылдаы. Егер тәжірибелік қолдануда терможұп температурасы 0 °С-тен өзгеше болса, онда бұл қателік тудырады. Оны болдырмау үшін еруші мұзы бар ыдыста жұмысшы емес дәнкерленген жерлер термостатталады, яғни t= 0°С температурада. Мұндай тәсіл әрқаша қолданыла бермейді. Жұмысшы емес дәнкерленген жерлер не температура уақыт бойынша тұрақты болып қалатындай, не қоршаған орта температурасының өзгерімен бірге баяу өзгеретіндей термостаттау қажет. Термостаттау температура тұрақтылығын жылдар бойы сақтайтындай жерге жеткілікті тереңдікте жұмысшы дәнекерленген жерді батыру арқылы немесе сынаптық термометрмен және ұзатрқыш және мыс сымдарды енгізетін екі штуцермен жабдықталған жылулық изоляциясы бар шомбал қорапқа орналастыру арқылы жүзеге асырылады. Үлкен жылулық инерцияға ие бола отырып қорап сыртық температураның өзгеруін баяу сезінеді.

Жұмысшы емес дәнекерленген жер температурасын тұарқты ұстаудың ең тиімді жолы электрлік жылытуы бар автоматты термостаттау саналады.

Жылуэлектрлік пирометр түрлендіргіштерінің жылулық жоғалтулары және паразиттік жылуЭҚК-імен шартталған қателіктер. Терможұп орналасатын сұйық немесе газ тәрізді орта температурасын өлшеу кезінде термоэлектродтардың байланысу жерлерінің температурасы өлшенетін орта температурасынан қатты ерекшеленуі мүмкін. Бұл терможұптың дәнекерленген жері қорғаушы қаппен және жылу өткізбейтін қорғаушы ыстыққа төзімді құбырмен жабылғандығымен түсіндіріледі. Терможұп жұмысшы дәнекерленген жер мен қорғаушы қап арасында жақсы жылулық контактты қамтамасыз ететіндей жасалады.

Сұйық және газ тәрізді орта температурасын өлшеу кезінде жылулық жоғалтулардан болатын қателіктерді азайту үшін терможұпты өлшенетін ортаға тереңірек орналастыру қажет; орта өозғалысының бағытына қарсы орналастыру қажет; температураны өлшеу аймағында құбырды жылудан оқшаулау қажет; терможұптың жұмыстық ұшын ең үлкен орта жылдамдығымен орнату қажет; қорғаушы құбырды жылу өткізгіштік коэффициенті төмен материалдан дайындау қажет; терможұп басын суық қоршаған ортадан қорғау қажет.

Қатты және сусымалы денелер температурасын өлшеу үшін сәуле шығару арқылы жылужоғалтуларымен шартталған қателік болмайды, себебі әдетте бұл денелер мөлдір емес және жылу өткізгіштігі нашар. Бұл жағдайда қателік терможұптың қорғаушы құбырының жылу өткізгіштігі арқылы жылу жоғалтуларынан шұғыл өседі. Қателікті азайту үшін терможұпты орта қалыңдығына терең батыру қажет. Көлемі аз денелерде температураны өлшеу кезінде бұл қателікті азайту үшін изотермиялық бетпен терможұп аймағын төсеу керек, яғни жылудың қайтуы жұмысшы дәнекерленген жерден қашықтықта өтетіндей бетте жүзеге асуы қажет.

Қорғаушы арматурасы жоқ терможұп көмегімен бет температурасын өлшеу кезінде қателік негізінен терможұптың жылу өткізгіштігі есебінен пайда болады. Бұл қателікті азайту үшін терможұпты изотермиялық бетке қою керек.

Жылулық жоғалтулар қателігінен басқа терможұптарды монтаждау және пайдалану кезінде паразиттік жылуЭҚК-нің қателіктері пайда болуы мүмкін. Олар электрлік пирометр тізбегін құрайтын материалдардың біртексіздігінен пайда болады.

Терможұп электродындағы біртексіздіктер сымды дайындау кезінде де, оның деформациясы кезінде терможұп дайындауда да тууы мүмкін. Сымды немесе терможұпты дайындау кезінде пайда болатын біртексіздіктермен шартталған паразиттік жылу ЭҚК бөліктеу кезінде ескеріледі. Бөліктеуден кейін терможұпта пайда болатын біртексіздіктер өлшеу кезінде қателіктер туғызады.