§3. Термоэлектрические термометры.

Термоэлектрические термометры – устройства для измерения температуры, в комплект которых входит электроизмерительный прибор (милливольтметр, потенциометр) и термопара, соединенные электрическими проводами.

Принцип действия этих термометров основан на явлении термоэлектрического эффекта: если между горячим и холодным спаями термопары.

Существует разность температур:

, то между свободными концами термопары возникает термоэдс, величина и направление которой зависят от материалов электродов и от разности температур.

Если температура холодного спая = const, а температура горячего спая равна температуре контролируемой среды, в которую помещена термопара, то эдс термопары Е(t, t _o) будет отражать изменения контролируемой температуры.

Для поддержания температуры холодных спаев термопары постоянной и известной применяются специальные устройства:

В производственных условиях, когда в комплекте с термопарой работает милливольтметр, термостатирование холодных спаев осуществляется либо с помощью специального термостата, либо с помощью специальной компенсационной коробки, осуществляющей автоматическую коррекцию.

Схема автоматической компенсации температуры холодных спаев термопары имеет вид:

Автоматический корректор выполнен по схеме неуравновешенного моста, плечи которого в виде небольших катушек из манганиновой () и медной () проволоки смонтированы внутри коробки. Мост питается постоянным током (диагональcd). Провода термопары подсоединяются к зажимам а и б’.

При температуре +20С мост находится в равновесии и не оказывает влияния на т.э.д.с. термопары. Отклонение температуры воздуха от +20°С изменит величину медного сопротивления , нарушит равновесие моста и в диагоналипоявится разность потенциалов, равная по величине и противоположная по знаку изменению т.э.д.с. Термопары, вызванному отклонением температуры ее холодных спаев от +20°С.

Термопара может быть изготовлена из любой пары разнородных проводников, однако далеко не всякая такая термопара будет пригодна для практических целей, поэтому термоэлектродные материалы должны отвечать следующим требованиям:

стойкость в диапазоне измеряемых температур (неизменность физических и химических свойств);

возможно большая т.э.д.с.;

однородность материалов, обеспечивающая взаимозаменяемость термопар.

В нашей стране в качестве стандартных приняты и серийно изготавливаются пять типов технических термопар:

ТПП (платинородий – платина), (-20÷1300)

ТПР (платинородий 30%родия – платинородий 6% родия) (300 - 1600°)

ТХА (хромель – алюмель) (-50 – 1000)

ТХК (хромель – копель) (-50 - 600°С)

ТВР (вольфрам – рений) (800-1800)

В качестве вторичных приборов в комплекте с термопарой применяются милливольтметры магнитоэлектрической системы и потенциометры.

Потенциометрический или компенсационный метод измерения заключается в уравновешивании неизвестной измеряемой т.э.д.с. известным падением напряжения от постороннего источника тока, которое в момент равновесия измеряется с высокой точностью.

Принципиальная схема потенциометрического метода измерения температуры имеет следующий вид:

,

Такая схема измерения применяется в потенциометрах типа ПП.

Принципиальная схема автоматического потенциометра

В автоматических электронных потенциометрах типа КСП (см. рис.) измеряемая ТЭДС компенсируется падением напряжения на сопротивлении реохорда R, зависящего от положения движка реохорда, и на сопротивлении . Если т.э.д.с. термопары Е(t, t0) не равна падению напряжения на указанных сопротивлениях, то напряжение разбаланса падает на электронный усилитель (ЭУ). Реверсный двигатель (РД), вращаясь по часовой стрелке или против нее в зависимости от знака разбаланса, передвигает движок потенциометраR.

Для компенсации т.э.д.с. от изменения температуры холодного спая сопротивление R₁ выполняет из меди.