Термоэлектрические преобразователи температуры (термопары)

Термопары применяются для измерения температур в диапазоне от минус 200 до плюс 2500 °С.Они обладают достаточно высокой точностью и могут быть использованы в автоматизированных системах сбора и обработки экспериментальных данных.

В основу термоэлектрического метода измерения температуры положен эффект Зеебека; суть его заключается в том, что в разомкнутой цепи, составленной из двух различных и термоэлектрически однородных проводников, спаи которых помещены в среды с различными температурами, возникает термоЭДС, пропорциональная разности температур спаев.

Таким образом, термоЭДС термопары Е_АВ(t,t₀) равна разности контактных термоЭДС е_АВ (t) и е_АВ (t₀) (формула 2.1)

Е_АВ(t,t₀) = е_АВ (t) - е_АВ (t₀), (2.1)

где t и t₀- температуры спаев.

Обычно t₀ поддерживается постоянной, равной 0 °С, поэтому, полагая в уравнении (2.1) t₀ = const, получим равенство (2.2):

Е_АВ(t,t₀) = F(t), (2.2)

Зависимость (2.2) может быть найдена при градуировке термопары методом сравнения ее показаний с показаниями образцового измерителя температуры. Результаты градуировки представляют в виде таблиц или графиков.

В практике измерения температур в воздушной и нейтральной средах широкое распространение получили термопары, изготовленные из неблагородных металлов и их сплавов, по причине их низкой стоимости и достаточно высокой чувствительности. Основным недостатком термопар из неблагородных металлов является то, что для их изготовления практически очень трудно получить термоэлектрически однородную проволоку, а, следовательно, и обеспечить хорошую воспроизводимость стандартной градуировочной кривой. Хромель (84 % М + 9,8 % Сг + 10 % Fе + 0,2 % Мn) - копелевые (56 % Сu + 44 % Ni) термопары типа (ТХК).

ТХК имеют наибольшую термоЭДС [Е(1000 °С) = 6,88 мВ] по сравнению с другими термоэлектрическими измерителями температуры, но сравнительно невысокий верхний предел длительного использования (500...600 °С) в воздушной среде.

Хромель-алюмелевые (94 % Ni + 2 % А1 + 2,5 % Мn + 1 % si + 0,5 % примеси) термопары (ТХА). Термопары типа ТХА имеют более высокий температурный предел (1000 °С), но меньшую термоЭДС.

Допустимые отклонения термоЭДС весьма значительны, но не должны превышать для термопары ТХА ΔЕ_Т = 0,16 мВ в диапазоне температур (50...300 °С) и ΔЕ_Т = 0,16 + 2·10 (t - 300) мВ в диапазоне температур 300...1300 °С, а для термопары ТХК ΔЕ_Т= 0,2 мВ в диапазоне температур - 50...300 °С.