Термоэлектрические термометры (термопары) – пр-и д/ия основан на термоэлектрическом эффекте. Тетмоэл-кий преобразователь пред. собой цепь, состоящую из 2-ух соединенных м/ду собой разнородных проводников (термоэлектродов) А и В.
Места их соединения наз. спаями. Если температуры спаев t и t0 не равны, то в замкнутой цепи потечёт эл. ток. При размыкании такой цепи на ее концах м.б. измерена термоЭДС. Термоэлектрод, от кот. в спае с меньшей t ток будет идти к 2-ому термоэлектроду, считается «+» А, а 2-ой – «-» В.
Термо-ЭДС:
ЕАВ(t, tO) = eAB(t) - eAB(tO),
где eAB(t, tO) – контактные разности.
Спай, погруженный в объект измерения температуры, наз. рабочим или горячим, а спай вне объекта – свободным или холодным.
Статическая хар-ка термопары не м.б. получена аналитически, ⇒ она устан-ся экспериментально.
Требования к материалам и электородам:
- Однозначное и близкое к линейной зав-ти термо-ЭДС от Т;
- Жаростойкость и мех. прочность для измерения высоких Т;
- Хим. инертность;
- Термоэлектрическая однородность материала проводника по длине; технологичность изготовления и дешевизна;
- Стабильность и воспр-ть термоэлектрических св-в. Это позволяет создать станд-ные градуировки ХК.
Измерение термо-ЭДС.
Пр-п д/ия основан на уравновешивании (компенсации) неизвестной ЭДС известным падением напряжения, которое создается током от дополнительного источника.
Компенсационный м-д измерения ТЭДС наиб. точен из-за отсутствия тока в цепи в момент измерения. Для контроля постоянства рабочего тока IR предусмотрен дополнительный контур III - контур нормального элемента. Нормальный эл-т выдает образующую меру ЭДС, сохраняющую постоянное значение. При установке ключа в положение К проводят корректировку рабочего тока. Для этого с помощью реостата RP изменяют ток в контуре 1, пока стрелка индикатора не установится на 0. При этом:
Ен.э. = Rк . Iр,
где Ен.э. – ЭДС нормального эл-та.
Далее переключается ключ с положения I и перемешается движок реохорда до установления стрелки индикатора на 0.
ЕАВ(t, tO) = Ен.э. ∙ (Rp / Rк) ∙ (Lаб / Lас) = К ∙ lаб
Т.о. измерение ТЭДС сводится к измерению длины lаб участка реохорда, кот. проградуирована в 1-х напряжениях.
Такие потенциометры имеют класс точности от 0,005 до 0,02 и использ-ся в лаб. исследованиях.
1) Автоматические потенциометры – класс точности 0,2-0,5%. Они
выиукаются в сист-х конструк-х модиф-ях, а некоторые модели имеют встроенные регуляторы.
2) Милливольтметры – измеряют ТЭДС термопары и благодаря современных усилителей удалось резко улучшить их точностные хар-ки.
Динамич. хар-ки контактных термометров.
При резком изменении измеряемой Т соотв-щее значение выходного сигнала термометра устан-ся не мгновенно, а лишь через некоторое время, в соответствие тепловой инерции термометра. Динамич. хар-ки зав. от конструкции термометра и условий его теплообмена с окр. средой.
1 – чувствительный элемент
2 – корпус термометра
3 – защитный чехол
Временная хар-ка термометра в 1-ом приближении описывается диф. ур-ем 1-го порядка, решение которого:
Y(τ ) = k ∙ (1 – e^ --τ / Т),
где k – чувст-ость термометра; Т – постоянная времени прямо пропорциональная теплоёмкости С и массе m чувст-го элемента и обратно пропорц-на площади теплообмена F и коэф-ту теплоотдачи α от измеряемой среды к термометру:
Т = (С ∙ m) / (α∙F )
Если коэф. теплоотдачи «МЕ / жидкость» выше, чем коэф. теплоотдачи «МЕ / воздух», то один и тот же концентрации термометр при измерении газов имеет повышенную в 6-8 раз инерционность, чем при измерении Т жидкости.
Защитный чехол 3 защищает от мех. повреждений , но ухудшает динамич. хар-ки. Это частично компенсируется заполнением маслом пр-ва м/ду корпусом термометра 2 и чехлом 3.
Динамическая хар-ка такого термометра описывается диф. ур-ем более высокого порядка.
Временные хар-ки термометра:
1 – апериодическое звено 1-го порядка
2 – апериодическое звено 2-го порядка
Чтоб получить динамическую хар-ку звена 2 аналитически упрощенно его замещают комбинацией 2-ух звеньев чистого запаздывания и апериодического звена 1-го порядка:
W(P) = (k∙ e^ --p∙τ ) / (T ∙ p + 1)
