Haroratni o’lchash usullari, asboblari va ularning sxemalarining tavsiflari

1.1 Haroratni o’lchash usullari, asboblari va ularning sxemalarining tavsiflari

Harorat (lotincha temperature – me'yoriy holatdan siljish degan ma'noni anglatadi) tizimlarning termodinamik muvozanat holatini tavsiflovchi fizik kattalik bo‘lib, jismlarning isiganlik darajasini bildiradi. Deyarli barcha texnologik jarayonlar va moddalarning turli xossalari haroratga bog‘liq.

Harorat — texnologik jarayonlarning muhim parametri bo‘lib, amalda ham past, ham yuqori haroratlar bilan ish ko‘rishga to‘g‘ri keladi. Jismiing harorati molekulalarning issiqlik harakatidan hosil bo‘ladigan ichki kinetik energiyasi bilan belgilanadigan qizdirilganlik darajasi orqali xaraktzerlanadi. Haroratni o‘lchash amalda ikkalasidan birining qizdirilish darajasi ma'lum bo‘lgan ikki .jismning qizdirilishini taqqoslash yordamidagina mumkin bo‘ladi. Jismlarning qizdirilganlik darajasini taqqoslashda ularning haroratga bog‘liq bo‘lgan va osongina o‘lchanadigan fizik xossalaridan birortasini o‘zgartirishdan foydalaniladi.
Molekulalarning o‘rtacha kinetik energiyasi va ideal gaz harorati orasidagi bog‘lanish quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:


(4.1)
bu yerda, K. — 1,380·10-23 J·K-1, — Bolsman doimiysi; T — jismning mutlaq harorati, ⁰K.
Agar jismning harorati turlicha bo‘lsa, ular bir-biriga tegib turganida energiyalarning tenglashuvi ro‘y beradi: yuqoriroq haroratga va, demak, molekulalarining ko‘proq o‘rtacha kinetik energiyasiga ega bo‘lgan jism o‘z issiqligini (energiyasini) kamroq haroratga va, demak, molekulalarining kamroq o‘rtacha kinetik energiyasiga ega bo‘lgan jismga beradi. Shunday qilib, harorat issiqlik almashish, issiqlik o‘tkazish jarayonlarining ham sifat, ham mikdoriy tomonlarini xarakterlaydigan parametrdir. Ammo haroratni bevosita o‘lchash mumkin emas: uni jismning haroratga bir qiymatli bog‘liq bo‘lgan qandaydir boshqa fizik parametrlari bo‘yicha aniqlash mumkin. Haroratga bog‘liq parametrlarga masalan, hajm, uzunlik, elektr qarshilik, termoelektr yurituvchi kuch, nurlanishning energetik ravshanligi va hokazolar kiradi.
.
Haroratni termoeletrik usulda o‘lchashning nazariy asoslari.
Termoelektrik o‘zgartirgichlar ham qarshilikli termoo‘zgartirgichlar kabi keng tarqalgan harorat o‘lchash vositalari hisoblanib, beshinchi bobda sanab o‘tilgan firmalar tomonidan ishlab chiqariladi.



Termopara zanjiri:
a – ikki o‘tkazgichning ulanishi; b,v – uchinchi o‘tkazgichni ulash usullari; g,d – o‘lchash asbobini ulash usullari

Haroratni o‘lchashning termoelektrik usuli [12, 13] termoparada hosil bo‘luvchi termoelektryurituvchi kuch (termoEYuK) ni termopara uchidagi haroratga bog‘liqligiga asoslanadi. Ikkita turli jinsli A va V o‘tkazgichlar (elektrodlar) dan tuzilgan zanjirda agar ushbu o‘tkazgichlarning tutashgan nuqtasidagi t va t0 haroratlar teng bo‘lmasa (agar teng bo‘lsa termoEYuK nolga teng bo‘ladi) termoEYuK yuzaga keladi. Termopara zanjirlarida EYuK ni yuzaga kelishi Zeebik va Tompson effektlarining ta'sir natijalari hisoblanadi. Birinchidan EYuK ni paydo bo‘lishi turli jinsli ikkita o‘tkazgichning o‘zaro ulanish joyiga bog‘liq, chunki EYuK kattaligi kavsharlangan joyning haroratiga bog‘liq. Bir jinsli o‘tkazgichning uchlaridagi haroratlar o‘rtasida farqni yuzaga kelishi EYuK ni paydo bo‘lishiga sabab bo‘ladi, ushbu effekt Tompson effekti deb ataladi.

Hosil bo‘lgan EYuK ning qiymati ikkala t va t0 haroratlarning qiymatlariga bog‘liq, chunki (t, t0) farq ortishi bilan uning ham qiymati ortib boradi. Termoparaning termoEYuK ning qiymati shartli ravishda E(t, t0) bilan belgilanadi. Agar quyidagi shartlar bajarilsa, termopara yordamida haroratni o‘lchash mumkin:

• 
  termoparaning ishchi uchini nazorat qilinayotgan muhitga tushirish, boshqa uchi (erkin uchi) ning haroratini esa stabillashtirish;
  
• 
  termoparada hosil bo‘luvchi termoEYuK ni o‘lchash;
  
• 
  termoparaning E(t, t0) darajalash tavsifi – termoEYuK ni ma'lum t0 haroratda termoparaning ishchi uchini haroratiga bog‘liqligiga ega bo‘lish.
  

Endi “uchinchi o‘tkazgich haqidagi teorema” ga e'tibor qaratamiz. Uning ma'nosi quyidagicha: ixtiyoriy “S” materialdan tayyorlangan uchinchi o‘tkazgich (barcha sxemalarda u to‘lqinsimon chiziq bilan belgilangan) termopara zanjiriga ulanganda, ushbu o‘tkazgichning harorati ulanish joyining haroratiga teng bo‘lsa, zanjirda termoEYuK ni yo‘qotish yuzaga kelmaydi. Shuning uchun ham sxemalar (6.1, b, v -rasmlar) da hosil bo‘luvchi termoEYuK, faqat t' va t" lar o‘zaro teng bo‘lganda, ya'ni t' = t" shart bajarilganda bir xil bo‘ladi. Keltirilganlar asosida o‘lchash asbobi (O‘A) ni termopara zanjiriga ulashning quyidagi ikki usulini tasavvur qilish mumkin: erkin uchlarning uzilish qismiga yoki elektrodlarning uzilish qismiga.
Ikkita ixtiyoriy turli jinsli o‘tkazgich termopara hosil qilishi mumkin, lekin ixtiyoriy termoparani haroratni o‘lchash uchun qo‘llab bo‘lmaydi. Termoparaning materialiga quyidagi bir qator talablar qo‘yiladi: isiqqa chidamlilik, kimyoviy stabillik, termoparaning termoEYuK larini haroratga bog‘liqligini bir xilligiga ko‘ra materiallarning bir birini aks ettiruvchanligi (termoparalarning o‘zaro bir birlarini o‘rnini bosa olishini ta'minlash uchun).
Endi atamalarga e'tiborni qaratamiz.
Termopara – bu ikkita turli jinsli o‘tkazgichlar – elektrodlarning bog‘lanishi. Termoparadan amalda foydalanish uchun uning elektrodlari izolyasiyalangan va himoya qutilariga joylashtirilgan bo‘lishi kerak.
Bunday konstruksiya termoelektrik o‘zgartirgich deb ataladi. Ta'rifga ko‘ra “termoelektrik o‘zgartirgich”(TEO‘) – bu termoparaning termoelektr yurituvchi kuchini haroratga bog‘liqligiga asoslanib ishlaydigan termoo‘zgartirgich.
Termopara harorat o‘lchash vositasi – termoelektrik o‘zgartirgich (TEO‘) ning asosiy elementi hisoblanadi. GOST R50431-92 dan kelib chiqqan holda 6.1 – jadvalda quyidagi belgilanishlarga ega bo‘lgan turli TEO‘ lar uchun uzoq (qisqa vaqtli) qo‘llanilish chegaralari keltirilgan:
PRT (rus tilida TPR) (xalqaro belgisi V) – platinarodiy-platinarodiyli;
PPT (TPP) (S, R) – platinarodiy-platinali;
XAT (TXA) (K) – xromel-alyumenli;
XKT (TXK) (L) – xromel-kopelli;
XKT (TXK) (ye) – xromel-konstantanli;
NNT (THH) (N) – nikrosil-nisilli;
MKT (TMK) (T) – mis-konstantanli;
TKT (TJK) (J) – temir-konstantanli.

Standart termoelektrik o‘zgartirgichlar

TEO‘ guruhi	NST ning shartli belgilanishi	Uzoq (qisqa vaqtli) qo‘llanilish diapazoni, °S	O‘zgartirish koeffitsienti mV/°S-103
PRT	PR(V)	300...1600 (1800)	3,1…5,9
PPT	PP(S) PP(R)	0...1300 (1600) 0...1300 (1600)	5,4...14,1
XAT	XA(K)	-200... 1000 (1300)	16,1...39,0
XKT	XK(L) XK(E)	-200...600 (800) -200...700 (900)	28,5...87,8 26,3...79,8
NNT	HH(N)	-270...1300 (1300)	0,9...36,2
MKT	MK(T)	-200...700 (900)	16,4...61,7
TKT	TK(J)	-200...700 (900)	23,1...62,0

Termoo‘zgartirgichda hosil bo‘ladigan termoEYuK ni termopara erkin uchining harorati t₀ = 0 °S bo‘lganda ishchi uchining harorati t ga bog‘liqligi (E(t,0) =f(t)) o‘zgartirishning nominal statik tavsifi (NST) deyiladi. U jadval yoki formula shaklida beriladi va mahalliy hamda xalqaro belgilanishga ega. Bugungi kunda GOST R50431-92 ga muvofiq NST ni belgilashda faqat lotin harflari ishlatiladi (qavsga olingan holda berilgan).

O‘zgartirgichlarni belgilanishidagi birinchi harf musbat elektrodni bildiradi (masalan, XKT da musbat elektrod – xromel, manfiyi – kopelli). Shartli grafik belgilanishda musbat elektrod ingichka, manfiy elektrod yo‘g‘on chiziq bilan ko‘rsatiladi. Elektrodlarning diametri katta bo‘lmaganda yuqori o‘lchash chegarasi kamayishi mumkin. Termoparalar uchun termoEYuKni haroratga bog‘liqligi nochiziqlidir, shuning uchun ham ularni o‘lchash diapazonlarini chegarasida qo‘llash ularning o‘zgartirish koeffitsientini (sezgirligini) o‘zgartiradi. jadvalda qo‘llash diapazonining boshi va oxiri uchun sezgirlikning qiymati qavs ichida berilgan.
Jadval va rasmda XA, XK, PP turdagi termoparalarning statik tavsiflari keltirilgan. Grafikdan ko‘rinib turibdiki, eng ko‘p termoEYuK (uchalasi bo‘yicha qaralganda) XK termoparada, eng kami PP turdagi termoparada xosil bo‘ladi. Shuning uchun ham yuqori bo‘lmagan haroratlarda XKT turidagi termoo‘zgartirgichlarni qo‘llash maqsadga muvofiq.

Termoelektrik o‘zgartirgichlarning nominal statik tavsiflari