Термопары в векторной энергетике
Зависимость напряжения от температуры нелинейна, однако в небольшом диапазоне температур термо ЭДС пропорциональна разности температур спаев Т1 и Т2: ЭДС-8ГГ2-Т1К (1), где S- коэффициент Зеебека.
При постоянной температуре свободного конца термоэлектродвижущая сила зависит только от температуры рабочего конца термопары. Такая зависимость позволяет использовать термопары для измерения температуры после предварительной градуировки. Термопары, как правило, градуируют при температуре свободного спая t0=0°С Градуировкой, или характеристикой термопары, называют зависимость между термоэлектродвижущей силой и температурой горячего спая при температуре свободных концов 0°С. Принцип действия термопары иллюстрируется следующим рисунком (рисунок 2). Если температуры спаев различаются, и температура одного из спаев известна (например, измерена с помощью термометра или терморезистора), то температуру второго спая (то есть измеряемую температуру) можно найти из уравнения (1). Для того, чтобы упростить процесс измерения температуры с помощью термопары, температуру холодного спая можно застабилизироватъ например, опустив холодный спай в ванночку со льдом (рисунок 3). Однако применение компьютера совместно с системой сбора данных делает эту процедуру излишней, поскольку температура холодного спая изменяется в небольших пределах, и поэтому применение даже недорогого терморезисторного датчика позволяет получить хорошие результаты с помощью программной компенсации температуры холодного спая.
 |
|
|
Ж елезо |
|
Железо
|
|
|
Константан |
|
Константан |
Рисунок 2 - Принцип действия термопары
Рисунок 3 - Стабилизация температуры холодного спая
Рисунок 4 - Подключение вольтметра с помощью третьего металла
При подключении к термопаре внешней электрической цепи появляются новые контакты разнородных металлов, которые вводят в измерительную цепь дополнительные ЭДС. Однако можно видеть (рисунок 4), что, например термоЭДС двух контактов медь-константан включены встречно и поэтому компенсируют друг друга. Это позволяет использовать термопару на большом удалении от измерителя напряжения, соединив их обычными медными проводами. Сварка проводов, изготовленных из разных металлов, выполняется таким образом, чтобы получилось небольшое но размеру соединение – спай. Провода можно просто скрутить, однако такое соединение ненадежно и имеет большой уровень шумов. Сварку металлов иногда заменяют пайкой, однако верхний температурный диапазон такой термопары ограничен температурой плавления припоя. При температурах, близких к температуре плавления припоя, контакт разнородных металлов в термопаре может, нарушишься. Термопары, наготовленные сваркой, выдерживают более высокие температуры, однако химический состав термопары и структура металла в месте сварки могут нарушаться, что приводит к разбросу температурных коэффициентов термопар. Под действием высоких температур может произойти раскаллибровка термопары вследствие изменения диффузии компонентов металла в месте сварки. В таких случаях термопару следует откалибровать заново или заменить. При высоких температурах сопротивление материала изоляции термопары уменьшается, и токи утечки через изоляцию могут вносить погрешность в результат измерения. Погрешность термопары возрастает также при попадании жидкости внутрь термопары, вследствие чего возникает гальванический эффект.
Промьшленностъю выпускаются термопары трех различных конструкций: с открытым спаем, с изолированным незаземленным спаем и с заземленным спаем. Термопары с открытым контактом имеют малую постоянную времени, но плохую коррозионную стойкость. Термопары двух других типов применимы для измерения температуры в агрессивных средах. В таблице 1 приведены кипы термопар и их маркировка в соответствии со стандартом ANSI. Особенностью термопар по сравнению с другими типами термодатчиков является то, что температурный коэффициент зависит только от материала, из которою изготовлена термопара и не зависит от ее конструкции (термопары выполняются в форме щупа, прокладки, бронированного зонда.). Это делает термопары взаимозаменяемыми без дополнительной подстройки.
Выбирать подходящую термопару для измерения определенной температуры следует с учетом различных требований, причем в отношении некоторых требований приходиться принимать компромиссные решении. Однако к термоэлектродам наряду с приемлемой ценой и надежностью представляют следующие требования: высокая чувствительность к изменениям температуры (высокий коэффициент термоЭДС), линейность характеристики термоЭДС., благоприятные динамические свойства (малая инертность), достаточная механическая прочность при высоких температурах, стойкость против коррозии, стабильность термоэлектрических свойств во времени. С течением времени из большого числа возможных комбинации материалов термоэлектродов получили лишь некоторые, причем каждая пара, как правило, имеет свою специфическую область применения. Все материалы для термопар делят на две группы: пары благородных металлов.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10