Термоэлектрические преобразователи

Термоэлектрические преобразователи (термопары) основаны на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников, течёт ток, если места спаев находятся при разной температуре. Ток протекает под действием термоэлектродвижущей силы (термоЭДС). При размыкании этой цепи на её выводах будет присутствовать термоЭДС, изменяющаяся с температурным коэффициентом единицы-десятки мкВ/°С. Таким образом, термопары относятся к классу генераторных датчиков. Термопары используются для измерения температуры в широком диапазоне - в зависимости от материала проводников от -270 до +2500 °С с хорошей точностью - не хуже 20С. Материал электродов термопар стандартизирован.

Традиционное конструктивное устройство промышленной термопары показано на рисунке 1.8.1,а; внешний вид современного кабельного термопарного термопреобразователя - на рисунке 1.8,б. На рисунке 1.8.1,а термоэлектроды 1 изолированы друг от друга керамическими бусами 2 или керамической трубкой; одним из своих концов они сварены, другим присоединены к зажимам в головке 5, служащей для подключения внешних проводов. Термоэлектроды помещены в защитный чехол 4. Чехол выполняется из жаропрочной ткани, а при измерении очень больших температур - из керамики или кварца.

На рис. 1.8.1,б пара термоэлектродов 1 помещена внутрь гибкой металлической трубки 2 и изолирована уплотненным плавленым порошком - оксидом магния. Термоэлектроды термопары со стороны рабочего торца сварены между собой лазерной сваркой, образуя рабочий спай внутри стальной оболочки термопарного кабеля. При работе в потоках жидкости или газа, двигающихся с большой скоростью, а также при высоких давлениях и температурах, в агрессивных средах, кабельный термопреобразователь может быть помещен в защитный чехол 3 стандартной конструкции.

Рисунок 1.8.1 - Устройство промышленной термопары.

Место соединения термоэлектродов называется горячим или рабочим спаем. Противоположные концы называются холодными или свободными. Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить, а свободные концы предназначены для подключения к вторичному прибору.

Наиболее простой (классический) способ подключения термопары к измерительному усилителю (ИУ) поясняет рисунок 1.8.2. Рабочий спай находится в среде с измеряемой температурой tр.c., а опорный (холодный) спай находится, как правило, возле вторичного измерительного преобразователя при температуре tо.с

Эквивалентная ЭДС на входе ИУ при этом составляет:

(1.8)

В данной схеме опорный спай позволяет избежать погрешности из-за наличия на входах ИУ двух различных паразитных термопар «электрод-клемма», которые могут находиться в различных температурных условиях.

Рисунок 1.8.2 - Классический способ подключения термопары к ИУ

Если температура свободных концов возле рабочего спая постоянна, то подключение к термопаре может быть сделано медным проводом, а иначе оно выполняется удлинительными (компенсационными) проводами. В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются так, чтобы при температуре холодных спаев и в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При присоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют её и дают возможность отвести холодный спай образованной составной термопары в такое место, где температура остаётся постоянной [2].

Статья в тему

САПР устройств промышленной электроники
Измерению температуры придается большое значение в различных отраслях промышленного производства. Температура является наиболее массовым и, зачастую, решающим параметром, характеризующим различные технологические процессы металлургической, химической, энергетической и других видов пр ...