Термоелектрични претварачи (термопарови)

Како функционише термопар

Већ 1821. године, Сеебецк је открио феномен назван по њему, који се састоји у чињеници да се е. појављује у затвореном колу које се састоји од различитих проводних материјала. итд. (тзв. термо-ЕМЦ) ако се контактне тачке ових материјала одржавају на различитим температурама.

У свом најједноставнијем облику, када се електрично коло састоји од два различита проводника, назива се термоелемент или термоелемент.

Суштина Сеебецковог феномена лежи у чињеници да је енергија слободних електрона, који изазивају појаву електричне струје у жицама, различита и различито се мења са температуром. Према томе, ако постоји температурна разлика дуж жице, електрони на њеном врућем крају ће имати веће енергије и брзине у поређењу са хладним крајем, узрокујући ток електрона од врућег краја до хладног краја у жици. Као резултат тога, наелектрисања ће се акумулирати на оба краја - негативно на хладном и позитивно на топлом.

Пошто су ова наелектрисања различита за различите жице, онда када се два од њих споје у термопар, појавиће се диференцијални термопар. итд. ц) За анализу појава које се дешавају у термопару, погодно је претпоставити да се термопар генерише у њему. итд. ц) Е је збир две контактне електромоторне силе е, које се јављају на местима њиховог додира и које су функција температуре ових контаката (слика 1, а).

Пиринач. 1. Шема дво- и трожичног термоелектричног кола, шема за прикључење електричног мерног уређаја на спој и термоелектрода са термоелементом.

Термоелектромоторна сила која настаје у колу два различита проводника једнака је разлици електромоторних сила на њиховим крајевима.

Из ове дефиниције следи да је при једнаким температурама на крајевима термоелемента његова термоелектрична снага. итд. с ће бити нула. Из овога се може извући изузетно важан закључак који омогућава коришћење термоелемента као температурног сензора.

Електромоторна сила термоелемента неће се променити увођењем треће жице у његово коло ако су температуре на његовим крајевима исте.

Ова трећа жица се може укључити и у један од спојева и у пресек једне од жица (слика 1.6, ц). Овај закључак се може проширити на неколико жица уведених у коло термоелемента, све док су температуре на њиховим крајевима исте.

Дакле, мерни уређај (који се такође састоји од жица) и прикључне жице које воде до њега могу бити укључене у коло термоелемента без изазивања промене у термоелектричној снази коју развија. е.ц, само ако су температуре тачака 1 и 2 или 3 и 4 (сл. 1, д и е) једнаке. У овом случају, температура ових тачака може се разликовати од температуре терминала уређаја, али температура оба терминала мора бити иста.

Ако отпор круга термоелемента остане непромењен, струја која тече кроз њега (а самим тим и очитавање уређаја) зависиће само од термоелектричне снаге коју развија. д.од, односно од температура радног (врућег) и слободног (хладног) краја.

Такође, ако се температура слободног краја термоелемента одржава константном, очитавање мерача зависиће само од температуре радног краја термоелемента. Такав уређај ће директно указати на температуру радног споја термоелемента.

Дакле, термоелектрични пирометар се састоји од термоелемента (термоелектрода), мерача једносмерне струје и прикључних жица.

Из наведеног се могу извући следећи закључци.

1. Начин производње радног краја термоелемента (заваривање, лемљење, увијање, итд.) Не утиче на термоелектричну снагу коју развија. итд. са, ако су само димензије радног краја такве да је температура у свим његовим тачкама иста.

2. Зато што параметар који мери уређај није термоелектрични. са и струјом кола термоелемента, неопходно је да отпор радног кола остане непромењен и једнак својој вредности током калибрације.Али пошто је то практично немогуће учинити, пошто се отпор термоелектрода и спојних жица мења са температуром, јавља се једна од главних грешака методе: грешка неусклађености између отпора кола и његовог отпора током калибрације.

Да би се ова грешка смањила, уређаји за термичка мерења се израђују са високим отпором (50-100 ома за груба мерења, 200-500 ома за тачнија мерења) и са ниским температурним електричним коефицијентом, тако да укупан отпор кола (и , дакле, однос између струје и — е. д. с.) варира до минимума са флуктуацијама температуре околине.

3. Термоелектрични пирометри се увек калибришу на добро дефинисаној температури слободног краја термоелемента — на 0°Ц. Обично се ова температура разликује од температуре калибрације у раду, услед чега се јавља друга главна грешка методе : грешка у температури слободног краја термоелемента.

Пошто ова грешка може достићи десетине степени, потребно је извршити одговарајућу корекцију очитавања уређаја. Ова корекција се може израчунати ако је позната температура успона.

Пошто је температура слободног краја термоелемента током калибрације једнака 0°Ц, а у раду је обично изнад 0°Ц (слободни крајеви су обично у просторији, често се налазе у близини пећи чија се температура мери). ), пирометар даје потцењивање у поређењу са стварно измереном температуром, индикација и вредност последње морају бити повећане за вредност корекције.

Ово се обично ради графички. То је због чињенице да обично не постоји пропорционалност између термосетова.итд. стр и температура. Ако је однос између њих пропорционалан, онда је калибрациона крива права линија и у овом случају ће корекција за температуру слободног краја термоелемента бити директно једнака његовој температури.

Дизајн и врсте термопарова

Следећи захтеви се примењују на материјале термоелектрода:

1) висока термоелектричност. итд. в. и близу пропорционалне природе његове промене од температуре;

2) отпорност на топлоту (неоксидација на високим температурама);

3) постојаност физичких својстава током времена у оквиру мерених температура;

4) висока електрична проводљивост;

5) нискотемпературни коефицијент отпора;

6) могућност производње у великим количинама са сталним физичким својствима.

Међународна електротехничка комисија (ИЕЦ) је дефинисала неке стандардне типове термопарова (стандард ИЕЦ 584-1). Елементи имају индексе Р, С, Б, К, Ј, Е, Т према опсегу мерених температура.

У индустрији се термопарови користе за мерење високих температура, до 600 — 1000 — 1500˚Ц. Индустријски термопар се састоји од два ватростална метала или легуре. Топли спој (означен словом «Г») се поставља на место где се мери температура, а хладни (Кс») се налази на месту где се налази мерни уређај.

Тренутно се користе следећи стандардни термопарови.

Платина-родијум-платина термоелемент. Ови термопарови се могу користити за мерење температура до 1300 °Ц за дуготрајну употребу и до 1600 °Ц за краткотрајну употребу, под условом да се користе у оксидационој атмосфери.На средњим температурама, платина-родијум-платина термопар се показао као веома поуздан и стабилан, због чега се као пример користи у опсегу од 630-1064 °Ц.

Хром-алумел термоелемент. Ови термопарови су дизајнирани да мере температуре за дуготрајну употребу до 1000°Ц и за краткотрајну употребу до 1300°Ц. Поуздано раде у овим границама у оксидационој атмосфери (ако нема корозивних гасова), јер када загрејан на површини електрода, танак заштитни оксидни филм који спречава да кисеоник продре у метал.

Цхромел-Цопел термоелемент… Ови термопарови могу дуго да мере температуре до 600°Ц, а кратко до 800°Ц. Успешно раде како у оксидационој тако и у редукционој атмосфери, као иу вакууму.

Ирон Цопел термоелемент... Границе мерења су исте као за хромел-цопел термоелементе, услови рада су исти. Даје мање термо. итд. у поређењу са КСК термопаром: 30,9 мВ на 500 ° Ц, али је његова зависност од температуре ближа пропорционалној. Значајан недостатак ЛЦ термоелемента је корозија његове гвоздене електроде.

Термопар бакар-бакар... Пошто бакар у оксидационој атмосфери почиње да интензивно оксидира већ на 350°Ц, опсег примене ових термопарова је 350°Ц дуго времена и 500°Ц кратко. У вакууму, ови термопарови се могу користити до 600 °Ц.

Термо-е криве зависности. итд. температуре за најчешће термопарове. 1 — хромел-бастард; 2 — гвоздено копиле; 3 — бакар-бастард; 4 — ТГБЦ -350М; 5 — ТГКТ-360М; 6 — хромел-алумел; 7-платина-родијум-платина; 8 — ТМСВ-340М; 9 — ПР -30/6.

Отпор термоелектрода стандардних термопарова од неплеменитих метала је 0,13-0,18 ома по 1 м дужине (оба краја), за термоелементе платина-родијум-платина 1,5-1,6 ома на 1 м Дозвољена одступања термоелектричне снаге. итд. од калибрације за неплемените термопарове су ± 1%, за платина-родијум-платина ± 0,3-0,35%.

Стандардни термопар је шипка пречника 21-29 мм и дужине 500-3000 мм. На врх заштитне цеви поставља се утиснута или ливена (најчешће алуминијумска) глава са карболитном или бакелитном плочом, у коју су два пара жица утиснута навојним стезаљкама у пару спојеним. Термоелектрода је причвршћена на један терминал, а на други спојна жица која води до мерног уређаја. Понекад су прикључне жице затворене у флексибилно заштитно црево. Ако је потребно заптити рупу у којој је термоелемент уграђен, овај други има навојни прикључак. За каде се израђују и термопарови у облику лакта.

Закони термопарова

Закон унутрашње температуре: Присуство температурног градијента у хомогеном проводнику не доводи до појаве електричне струје (не јавља се додатни ЕМФ).

Закон међупроводника: Нека два хомогена проводника од метала А и Б формирају термоелектрично коло са контактима на температурама Т1 (врући спој) и Т2 (хладни спој). Жица од метала Кс је укључена у прекид жице А и формирају се два нова контакта. «Ако је температура жице Кс иста по целој дужини, онда се резултујућа ЕМФ термоелемента неће променити (не произилази ЕМФ из додатних спојева).»