Градуировка термопар

 

Цель работы: Освоение практической методики градуировки термоэлектрических измерителей температуры.

14.1. Краткие теоретические сведения*

 

Термопара - датчик температуры, состоящий из двух соединенных между собой разнородных электропроводящих элементов 1, 2 (обычно из металлических, иногда из полупроводниковых). Действие термопары ______________

*Более подробно теорию термоэдс смотри в приложении.

основано на эффекте Зеебека, который заключается в возникновении электродвижущей силы (термоэдс) в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру (рис.14.1).

I

Т1

Т2

Т1 > Т2

Рис. 14.1.Контур, состоящий из двух разнородных проводников.

Величина термоэдс однозначно определяется температурой горячего и холодного контактов и природой материалов, примененных в качестве термоэлектродов.

Количественной характеристикой термоэлектрических явлений служит коэффициент термоэдс или дифференциальная термоэдс

 

, (14.1)

 

численно равная разности потенциалов, возникающей при разности температур нагретого и холодного контактов равной одному градусу.

Для большинства пар металлов эта величина порядка сотых долей милливольта на градус.

В небольшом интервале температур (1-100⁰С) для многих пар металлов зависимость термоэдс ε от разности температур спаев можно считать линейной

 

, (14.2)

 

где t₁ и t₂ – температуры горячего и холодного спаев соответственно.

Однако величина коэффициента α, в свою очередь, может меняться с изменением температуры, поэтому зависимость ε от t в общем случае является нелинейной.

Любую гладкую функцию можно аппроксимировать с достаточной степенью точности на ограниченном интервале значений степенным многочленном вида

, (14.3)

 

где ε ₀ –значение термоэдс при разности температур контактов Δ Т=0 и оно должно быть нулевым,

t – температура “горячего” контакта при температуре ”холодного” равного 0 ⁰С.

Для практического использования термопары можно ограничиться слагаемыми ~ t, t². Тогда формула (14.3) будет иметь вид

 

. (14.4)

 

Следовательно, зная постоянные β ₁ и β ₂ данной термопар, ее можно использовать для измерения температуры. Экспериментальное определение β ₁ и β ₂ называется градуировкой термопары.

Эдс термопар из металлических проводников обычно лежит в пределах 5-60 мкВ/К. Эдс термопар из полупроводников может быть на один-два порядка выше. Точность определения температуры с помощью термопар составляет, как правило, несколько К, а некоторых термопар достигает ~0, 01 К.

Термопары используются в самых различных диапазонах температуры (от нескольких К до примерно 2800 К). Применяются в устройствах для измерения температуры и различных автоматизированных системах контроля и управления. В сочетании с электроизмерительными приборами (милливольтметром, потенциометром и т. п.) термопары образуют термоэлектрический термометр.