Лекция № 17

Глава 5. Термоэлектрические преобразователи

5.1. Основные понятия

План

1 Термоэлектрический метод измерения температуры

2 Измерение ТЭДС

1 Термоэлектрический метод измерения температуры

Т ермоэлектрический метод измерения температуры основан на возникновении электродвижущей силы (ТЭДС) в цепи, составленной из двух разнородных проводников, при неравенстве температур в местах соединения концов проводников. Если составить замкнутую цепь из двух разнородных металлических проводников (электродов) А и В (рис. 5.1), а температуру мест их соединения (спаев 1 и 2) сделать неодинаковой (t₁>t₂), то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила, зависящая от материала электродов и разности температур спаев 1 и 2. Возникновение ТЭДС связано с наличием в металлах свободных электронов. Так как плотность свободных электронов в различных металлических электродах неодинакова электроны диффундируют из электрода с большей плотностью свободных электронов (например, электрода А) в электрод с меньшей плотностью свободных электронов (например, электрод В). Диффузия свободных электронов будет тем больше, чем больше температура спаев. Вследствие ухода свободных электронов из электрода А на электроде (в месте спаев 1 и 2) создается положительный потенциал φ_А, а на электроде В создается отрицательный потенциал φ_В. Таким образом, в месте спаев 1 и 2 возникает разность потенциалов φ_А — φ_В, т.е. возникают электродвижущие силы е₁ = φ_А — φ_В и е₂ = φ_А — φ_В.

ЭДС е₁ и е₂ будут тем больше, чем больше температура спаев 1 и 2. ТЭДС е₁ и е₂ направлены навстречу друг другу, поэтому результирующая ТЭДС, действующая в замкнутом контуре АВ — Е_АВ, равна алгебраической сумме е₁ и е₂, т.е. Е_АВ = е₁ — е₂. Если температуру одного из спаев, например спая 2, поддерживать постоянной (f₂ = const), то ТЭДС этого спая также будет постоянной (e₂ = const). В этом случае результирующая ТЭДС будет равна:

Е_АВ = е₁ — const. (5.1)

Спай, помещенный в среду, температура которой измеряется, называется рабочим концом, второй спай, к которому подключается измерительный прибор, называется свободным концом. Если температура свободного конца поддерживается постоянной, то результирующая Е_АВ будет зависеть только от температуры рабочего конца. Так как рабочий конец соприкасается со средой, температуру которой необходимо измерить, он имеет ту же температуру, что и среда, поэтому по ТЭДС Е_АВ можно судить о температуре среды.

2 Измерение тэдс

Для измерения ТЭДС свободный конец 2 цепи разрывают и подключают в разрыв проводами 2 милливольтметр 3 (рис. 5.2), а рабочий конец 6 в защитном чехле 4 помещают в среду, температуру которой необходимо измерить (трубопровод 5). Включение 1 соединительных проводов 2 и милливольтметра 3 не влияет на результирующую ТЭДС. Для предохранения электродов от вредного воздействия среды, температура которой измеряется, их размещают в защитной арматуре (чехле). Комплект, состоящий из чехла и термопары, установленной в защитном чехле, называется термоэлектрическим преобразователем. Термопара является чувствительным элементом термоэлектрического преобразователя. Зависимость ТЭДС Е_АВ от температуры рабочего конца при температуре свободных концов 0 °С называется статической характеристикой преобразования (градуировочной характеристикой). Эта зависимость дается в виде графика (рис. 5.3) или в виде таблиц, называемых номинальными статическими характеристиками преобразования (градуировочными таблицами). Термоэлектрические преобразователи в комплекте с прибором, измеряющим ТЭДС, нашли применение для измерения температуры. В качестве вторичных приборов, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями, применяются пирометрические милливольтметры, автоматические потенциометры со шкалой, отградуированной в градусах.

Контрольные вопросы

1 На чем основан термоэлектрический метод измерения температуры?

2 Пояснить схему измерения ТЭДС.

3 Чем термоэлектрический преобразователь отличается от термопары?

4 Дать определение НСХ для термоэлектрических преобразователей.

5 Какие вторичные приборы работают в комплекте с термоэлектрическими преобразователями?

Литература

1 Старостин В.А. Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы в промышленности строительных материалов.- М.; Стройиздат, 1988. [стр. 57 - 60]

2 Старостин В.А. Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы в промышленности строительных материалов.- М.; Стройиздат, 1980. [стр. 140 - 142]

Лекция № 18

5.2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

План

1 Виды промышленных термоэлектрических преобразователей

2 Конструкция термоэлектрического преобразователя