Устройство термопар.

Конструктивное устройство термопары промышленного ти­па, применяемое для измерения температур в печах, соляных ваннах, газоходах – рассмотрим на примере термопары, изображенной на рис. 3.21.

Рис. 3.21. Устройство термопары промышленного ти­па.

1 – винты; 2 – фарфоровые колодки; 3 – корпус; 4 и 7 – соответственно нерабочий и рабочий участки; 5 – передвижной фланец; 6 – бусы; 8 – фарфоровый наконечник; 9 – рабочий спай; 10 – зажимы; 11 – крышка

Эта термопара из неблагородных ме­таллов, расположенная в составной защитной трубе, с по­движным фланцем для ее крепления. Рабочий спай 1 термопары изолирован от трубы фарфоровым наконечником 2. Тер­моэлектроды изолированы бусами 3. Защитная труба состоит из рабочего 4 и нерабочего 5 участков. Передвижной фланец 6 крепится к трубе винтом. Головка термопары имеет ли­той корпус 7 с крышкой 8, закрепленной винтами 9. В голов­ке винтами укреплены фарфоровые колодки 10, с незакреплен­ными зажимами 12. Они позволяют термоэлектродам удли­няться под воздействием температуры без возникновения ме­ханических напряжений, ведущих к быстрому разрушению термоэлектродов.

Основным вопросом при конструировании термопар про­мышленного типа является выбор материала защитной трубы (арматуры) и изоляции.

Защитная арматура термопары должна ограждать ее от воздействия горячих химически агрессивных газов, которые быстро разрушают термопару. Поэтому арматура должна быть газонепроницаемой, хорошо проводить тепло, быть ме­ханически стойкой и жароупорной. При температурах до 600^оС обычно применяют стальные трубы без шва, при температуре до 1100°С – защитные трубы из легированных сталей. Для термопар из благородных металлов часто применяют кварце­вые, фарфоровые трубы. В качестве изоляции термоэлектро­дов друг от друга применяют асбест – до 300°С; фарфоровые трубки или бусы – до 1300 – 1400^оС, и кварцевые трубки или бусы до 2000 – 2500°С. В лабораторных условиях при измере­нии низких температур применяют теплостойкую резину – до 150^оС; шелк –до 100 – 120°С; эмаль – до 150 – 200°С.

Термоэлектроды термопары, помещаемые в защитную тру­бу, обычно выполняют жесткими, а соединения их с другими элементами измерительной цепи осуществляется гибкими про­водами. Соединительные провода, идущие от зажимов, в го­ловке термопары до места нахождения нерабочего спая, назы­ваются удлинительными электродами. Удлинительные элект­роды в необходимом диапазоне температур должны иметь та­кую же термо-э.д.с., как и электроды основной термопары, и место присоединения удлинительных термоэлектродов к основ­ным термоэлектродам в головке термопары должны иметь оди­наковую температуру. При невыполнении этих условий возни­кает погрешность измерения. Удлинительные термоэлектроды для термопар из неблагородных металлов выполняют из тех же материалов, что и основные термоэлектроды.

Например, для термопары платинородий – платина приме­няются удлинительные термоэлектроды из меди и сплава ТП, образующие термопару, термоидентичную термопаре платино­родий – платина в пределах до 150°С.

Большое значение при измерении температуры с помощью термопар имеет их инерционность, определяемая как время, за которое показания термопары при переносе из среды с ком­натной температурой (15…20°С), в среду с температурой 100^оС достигают 97…98^оС. Для уменьшения инерционности необходимо обеспечить хороший тепловой контакт между ра­бочим спаем термопары и средой с измеряемой температурой.

Кроме погрешности от тепловых потерь, при монтаже и эксплуатации термопар могут возникнуть погрешности от па­разитных термо-э.д.с. Паразитные термо-э.д.с. возникают из-за наличия неоднородностей в материалах, из которых со­ставляется электрическая цепь пирометра, при наличии гра­диентов температуры вдоль этой цепи.

Неоднородности в электродах термопары могут возникнуть как при изготовлении проволоки, так и при изготовлении тер­мопары вследствие ее деформации. Паразитные термо-э.д.с., обусловленные неоднородностями, возникшими при изготов­лении проволоки и термопары, учитываются при градуировке. Не­однородности, возникшие в термопаре после градуировки

(рис. 3.22), вызывают погрешности при измерении.

Рис. 3.22. Градуировочная кривая термопары