Принцип роботи термоелектричного термометра - студопедія
Термоелектричні термометри в авіації використовуються в основному для вимірювання температури окремих частин силових установок і газових потоків, що виходять з реактивного сопла двигуна.
Принцип дії термоелектричного термометра заснований на використанні термоелектричного ефекту.
Мал. 6.16. Термопари: а - виникнення термоЕРС; б - з'єднання термоелектродних проводів; в - градуювальні характеристики
Для більшості термопар контактні ЕРС виникають при будь-яких температурах і є їх лінійними функціями, так що можна прийняти
де до - коефіцієнт пропорційності, що залежить від властивостей матеріалів термопари.
Для деяких термопар контактні ЕРС є нелінійними функціями температури.
Для електродів застосовуються матеріали, що забезпечують найбільше значення ТЕДС. Вимірюючи термоЕРС, що розвивається термопарою, можна визначити температуру гарячого спаю. В цьому і полягає принцип дії термоелектричних термометрів.
Електрорушійну силу, що розвивається термопарою, можна виміряти за допомогою гальванометра або компенсаційним методом.
Метод вимірювання за допомогою гальванометра заснований на вимірюванні сили струму, що протікає в замкнутому ланцюзі, складеної з послідовно з'єднаних термопари і чутливого гальванометра (ріс.6.16, б). Вимірювання ЕРС зводиться до вимірювання сили струму, пропорційний величині вимірюваної ЕРС.
Для вимірювання термоЕРС в термоелектричних термометрах застосовують магнітоелектричної гальванометр, висока чутливість якого забезпечує такі вимірювання. Прилад працює, як мілівольтметр, а шкала його отградуирована в градусах Цельсія.
Показання вимірювача будуть відповідати температурі вимірюваного середовища тільки в випадків забезпечення умови сталості температури вільних кінців термопари або обліку зміни цієї температури, для чого вільні кінці термопари за допомогою сполучних проводів С і D винесені в зону невеликих коливань температури (на приладову дошку). Практично температура середовища, що оточує вільні кінці, термопари, змінюється в межах від +50 до - 60 ° С.
Матеріалами для виготовлення термопар служать благородні і неблагородні метали та їх сплави. Термопари з благородних металів застосовуються для вимірювання високих температур і при особливо точних вимірах. Для технічних вимірювань використовуються термопари з неблагородних металів. Такі термопари мають значно більші за величиною ТЕДС, ніж термопари з благородних металів, і їх виготовлення дешевше. Кожна термопара, що складається з двох термоелектродів, характеризується залежністю зміни термоЕРС від температури, званої градуировкой. На термопарах і шкалою приладу, що показує, виготовлених для однієї градуювання, ставиться знак «Гр» з позначенням градуювання. Наприклад, «Гр ХА» - градуювання термоелектродів хромель-алюмель. Найбільш широке застосування в авіаційних термометрах отримали термопари: хромель-копелеві (хромель - сплав з 89% Ni, 9.8% Cr, 1% Fe, 0.2% Мn; копель - сплав з 45% Ni, 55% Сu); хромель-алюмелеві (алюмель - сплав з 94% Ni, 0.5% Fe, 2% AI, 2.5% Mn і 1% Si), железокопелевая, медькопелевая, медьконстантановая і ін. Прийнято в позначеннях градуювань термоелектричних перетворювачів першим вказувати позитивний термоелектроди, другим - негативний.
Залежність термоЕДC пpeoбpaзoвaтeля від різниці температур його гарячого і холодного спаїв встановлюють експериментальним шляхом і являють у вигляді таблиць або графіків, які називаються градуювальними.
У довідкових таблицях зазвичай призводять значення термоЕРС для термоелектродів з різних матеріалів і сплавів, з'єднаних з нормальним платиновим термоелектроди, причому температура холодного спаю приймається рівною 0 ° С. На малюнку 6.16 в показані градуювальні характеристики деяких термопар. Як видно з формули (6.30), мінливість температури холодного спаю є причиною однієї з методичних похибок термоелектричних термометрів. Для її зменшення застосовують або різні способи компенсації, або такі термопари, які не вимагають компенсації цієї похибки. Значного поширення в авіаційних термометрах отримала термопара з нікель-кобальтового сплаву (НК) і спеціального алюмелю. ТермоЕРС, що розвивається термопарою НК-СА, з'являється тільки тоді, коли різниця температур становить 240 ° С, при цьому коливання температури холодного спаю в межах від -60 до +50 ° С практично не впливають на показання приладу. Характеристика такої термопари наведена на малюнку 6.16, в.
Для отримання більшої величини термоелектродвіжущей сили необхідно збільшувати різницю температур гарячого і холодного спаїв, т. Е. Відводити холодний спай далі від гарячого. У той же час збільшення довжини і відповідно опору сполучних проводів зменшує величину струму гальванометра, що вимірює термоЕРС. Зміна опору сполучних проводів внаслідок коливань температури зовнішнього повітря призводить до виникнення похибки комплекту. Тому вибір матеріалу і довжини проводів, що з'єднують термопару з покажчиком, в термоелектричних термометрах має дуже важливе значення.
Матеріал цих сполучних проводів може бути таким же, як і матеріал електродів термопари. В такому випадку холодним спаєм служить місце підключення сполучних проводів до покажчика. Однак в разі застосування термопар з благородних металів (наприклад, з платини і її сплавів) термо електродний з'єднувальні дроти виконуються з дешевих металів, мають термоелектричного ідентичних термоелектроди. Під терміном «термоелектрична ідентичність» розуміється відсутність термоЕРС в парі, складеної з з'єднувального проводу і приєднаного термоелектрода. Холодні спаї термоелектродів можуть виводитися і в сполучну коробку, що встановлюється в місці, що виключає підвищення її температури.
У всіх випадках для кожної термопари з певних термоелектродів необхідно застосовувати свої термо електродний дроти, величина електричного опору яких повинна бути строго визначеною і не повинна, залежатиме від навколишньої температури. Значення опору сполучних проводів, що входять в комплект термоелектричного термометра взаимозаменяемой частиною, вказується при градуюванні приладу. Довжину з'єднувальних проводів змінювати не можна.
Для забезпечення взаємозамінності і зручності монтажу на літальному апараті термоелектроди А і В і з'єднувальні дроти C і D (ріс.6.16, б), що входять в комплект термометра, виготовляються окремо. При цьому термоелектроди виконуються короткими, а довжина сполучних проводів залежить від відстані до гальванометра.
Якщо холодний спай винесено до гальванометра, то при неоднаковою температурі в точках a і b приєднання до приладу можуть виникнути паразитні термоЕРС, які є причиною виникнення ще однієї методичної похибки термоелектричних термометрів. Щоб зменшити цю похибку, точки повинні бути розташовані якомога ближче одна до одної.
Термоелектричні термометри призначені для вимірювання високих температур. Термопари цих приладів захищені оболонками, що володіють жаростійкістю, газонепроницаемостью, здатністю витримувати різкі зміни температури, гарну теплопровідність і механічну міцність.