Способ измерения температуры. Измерение температуры всегда связано с передачей небольшой порции тепловой энергии от объекта к датчику

Измерение температуры всегда связано с передачей небольшой порции тепловой энергии от объекта к датчику, который преобразует эту энергию в электрический сигнал.

Наиболее распространенным способом измерения температуры является использование термопары (термоэлектрического преобразователя температуры). Термопара - термочувствительный элемент, применяемый в разнообразных устройствах, а также системах управления и контроля, для измерения температуры. Термопара состоит из двух последовательно соединенных (спаянных) разнородных проводников или (реже) полупроводников. Действие термопары основано на эффекте появления термо-ЭДС при нагревании или охлаждении контакта между проводниками (Т. Зеебек, 1821). Если соединить два провода из разнородных металлов, между их концами возникнет электродвижущая сила величиной порядка милливольта, изменяющаяся с температурным коэффициентом около 50 мкВ на градус. Подобные соединения называются термопарами и используются для измерения температуры в диапазоне от -270 до +2500 градусов Цельсия. Зависимость напряжения от температуры нелинейна, однако, в небольшом диапазоне температур термо-ЭДС пропорциональна разности температур спаев Т1 и Т2:

ε th = S (T 2 − T 1) (1.1)

где S - коэффициент Зеебека.

Принцип действия термопары иллюстрируется следующим рисунком (Рис. 1-1).

Рис. 1-1 Принцип действия термопары

Если температуры спаев различаются, и температура одного из спаев известна (например, измерена с помощью термометра или терморезистора), искомую температуру второго спая можно найти из уравнения (2). Для упрощения измерения температуры с помощью термопары температуру холодного спая можно стабилизировать, например, опустив холодный спай в ванночку со льдом. Поскольку при измерениях температура 6

 

холодного спая изменяется в небольших пределах, с помощью компьютера можно с высокой точностью осуществить программную компенсацию температуры холодного спая, используя показания недорогого терморезистивного датчика.

Рис. 1-2 Подключение вольтметра с помощью третьего металла

При подключении к термопаре внешней электрической цепи появляются новые контакты между разнородными металлами, которые вводят в измерительную цепь дополнительные ЭДС. Однако можно видеть (Рис. 1-2), что, например термо - ЭДС двух контактов медь-константан имеют противоположную полярность и компенсируют друг друга. Это позволяет использовать термопару на большом удалении от измерителя напряжения, соединив их обычными медными проводами.