1. Термоэлектрический метод измерения температур и

автоматические потенциометры.

1.1 Термоэлектрический метод измерения температур

Т ермоэлектрический метод измерения температур построен на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-э.д.с.) термоэлектрического термометра от температуры. В основу измерения температур с помощью термоэлектрических термометров положены термоэлектрические явления, открытые Зеебеком в 1821 году. Применение этих явлений к измерению тем­ператур основано на существовании определенной зависимости между термо-э.д.с, устанавливающейся в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурами мест их соединения. Если взять цепь (рис. 1.1.1), составленную из двух различных тер­моэлектрически однородных по длине проводников А и В (напри­мер, меди и платины), то при подогреве спая 1 в цепи появляется электрический ток, который в более нагретом спае 1 направлен от платины В к меди А, а в холодном спае 2 — от меди к платине. При подогреве спая 2 ток получает обратное направление. Такие токи называются термоэлектрическими. Электродвижущая сила, обусловленная неодинаковыми температурами мест соединения 1 и 2, называются термоэлектродвижущей силой, а создающий ее преобразователь — термоэлектрическим первичным преобразователем или термометром (употреблявшееся название — термопара).

Основное уравнение термоэлектрического термометра, выражающее в общем виде зависимость суммарной термо-э.д.с., возникающей в цепи из двух разнородных термоэлектродов А и В, от температуры мест их соединения:

(1.1.1)

т.е. термо-э.д.с. термоэлектрического термометра, места соединений которых имеют разные температуры, равна разности контактных термо-э.д.с.

При измерении температуры термопарой t₀ поддерживают постоянной, а t в этом случае является переменной температурой. Тогда пологая в уравнении t₀ =const и вводя обозначение , приходим к зависимости:

(1.1.2)

Если зависимость, выраженная уравнением, известна из кривой или таблицы, составленной на основании эксперимента, т.е. путем градуировки термоэлектрического термометра, то измерение неизвестной температуры t сводиться к измерению E_AB(t, t₀). При этом предполагается, что температура t₀ остается неизменной, так как нарушение постоянства этой температуры влечет за собой изменение термо-э.д.с. термоэлектрического термометра. Обычно градуировку термоэлектрических первичных преобразователей или термометров производят при температуре t₀ =0 ⁰С.

Из уравнения также вытекает, что термо-э.д.с. E_AB(t, t₀) термоэлектрического термометра можно рассматривать как непрерывную функцию от t, производная которой

(1.1.3)

Значение S_t зависит от температуры t и от природы термоэлектродов, образующих термоэлектрический термометр и характеризует его чувствительность.

Для измерения термо-э.д.с. термоэлектрического термометра в его цепь необходимо включить измерительный прибор. Для этого необходимо разорвать термоэлектрическую цепь в спае 2 (рисунок 1.1.2), тогда у термоэлектрического термометра будет три конца: рабочий 1, погружаемый в среду, температура которой измеряется, и свободные 2 и 3, которые должны находиться при постоянной температуре (t₀ =const).

При градуировке термоэлектрического термометра температура свободных концов обычно поддерживается при постоянной температуре, равной 0 ⁰С. При измерении температуры в практических условиях температура свободных концов термометра, в большинстве случаев, поддерживается постоянной, но не равной 0 ⁰С. С изменением температуры свободных концов изменяется термо-э.д.с. термоэлектрического термометра, что и вызывает необходимость введения поправки.

Термоэлектрические термометры широко применяются для изме­рения температур до 2500⁰С в различных областях техники и в науч­ных исследованиях. Они могут использоваться для измерения тем­пературы от - 200⁰С, но в области низких температур термоэлектрические термометры получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления, рассматриваемые ниже. В области высоких температур (выше 1300 - 1600⁰С) термоэлектрические тер­мометры находят применение главным образом для кратковремен­ных измерений; для длительного же измерения высоких температур они применяются только в отдельных особых случаях.

Следует иметь в виду, что с ростом температуры возрастает влияние агрессивных свойств среды, и продолжительность работы термоэлектрических термометров быстро снижается. Созданию надежных высокотемпературных термоэлектрических термометров для длительного применения уделяется в настоящее время большое внимание, как у нас, так и за границей.

К числу достоинств термоэлектрических термометров следует отнести достаточно высокую степень точности, возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких термоэлектрических термометров через переключатель к одному измерительному прибору, возможность автоматической записи измеряемой температуры с помощью самопишущего прибора, воз­можность раздельной градуировки измерительного прибора и тер­моэлектрического термометра.