Учебное пособие Нижний Новгород 2015 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное

Термоэлектрические преобразователи

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на зависимо- сти термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), развиваемой термопарой, от температуры её рабочего конца. Данные термопреобразователи являются одни- ми из самых распространенных средств измерения температуры наряду с тер- мопреобразователями сопротивления. Возникающая в цепи термопары ЭДС яв- ляется результатом действия эффектов Зеебека и Томпсона. Эффект Зеебека связан с появлением ЭДС в месте спая двух разнородных проводников, величи- на ЭДС в данном случае будет зависеть от температуры спая. Эффект Томпсона связан с возникновением ЭДС в однородном проводнике при наличии разности температур на его концах.

Термоэлектрические преобразователи подразделяются на термопреобра- зователи общепромышленного и специального назначения. На рис. 2.4, а [16] представлена схема устройства термоэлектрических преобразователей обще- промышленного назначения. Электроды 1 термопреобразователя выполняют из проволоки, обеспечивающей пренебрежимо малое сопротивление термопары и достаточную механическую прочность. Для изоляции термоэлектродов исполь- зуются кварцевые или фарфоровые трубки 3. Рабочий спай 2 защищается меха- ническим наконечником 5. Защитная арматура 4 присоединяется к головке 7, в которой располагается сборка 8 и зажимы 9. К зажимам 9 подводятся электро- ды термопары с одной стороны и термоэлектродные удлиняющие провода 10 через герметизированный ввод 11.
Специальные термопреобразователи изготавливаются на основе кабель- ных термопреобразователей, которые предназначены для измерения темпера- тур от –50 до 1000 °C и в основном используются в реакторной термометрии.
Схема устройства кабельного термопреобразователя представлена на рис. 2.4, б. Для измерения температуры в нескольких точках используются ка- бельные многозонные термопреобразователи (рис. 2.4, в).
Термопара – это два проводника из разнородных материалов, соединен- ных на одном конце и образующих часть устройства, использующих термо-
электрический эффект для измерения температуры. Общепринятые обозначе- ния термопар в зависимости от наименования промышленного термопреобра- зователя представлены в табл. 2.4 [11].
Основными техническими характеристиками термопар являются номи- нальная статическая характеристика (НСХ), диапазон преобразований темпера- тур термопары и допускаемое отклонение от НСХ.
Номинальная статическая характеристика – это номинально приписывае- мая термопаре данного типа зависимость термо-ЭДС от температуры рабочего конца t при постоянно заданной температуре свободных концов, выраженная в милливольтах и имеющая вид [11]
n
E  _ A_it ⁱ , (2.13)
i0
где E – термо-ЭДС, мВ; A_i – безразмерный коэффициент.
Диапазон преобразований температур термопары – это установленный интервал температур термопары, в котором температура преобразуется в тер- мо-ЭДС. Допускаемое отклонение от НСХ является величиной максимального отклонения термо-ЭДС термопары от номинального значения, удовлетворяю- щего техническим требованиям на термопару. Пределы допустимых отклоне- ний термо-ЭДС от НСХ преобразования, выраженные в температурном эквива- ленте для разных типов термопар в зависимости от диапазона рабочих темпера- тур, представлены в нормативной литературе [11].
Важным показателем, характеризующим термопару, является коэффици- ент преобразования (чувствительностью) термопары S, мВ/°C, который показы- вает отношение изменения термо-ЭДС ∆E, мВ, к вызвавшему его перепаду тем- пературы рабочего конца ∆t, °C. Чувствительность определяется по формуле
^{S  E} . (2.14)
t
Современные термопреобразователи сопротивления изготавливаются для проведения измерений в диапазоне от −270 до 2200 °C.

Рис. 2.4. Термоэлектрический преобразователь (а – общая схема; б – однозонный тер- моэлектрический преобразователь; в – многозонный термоэлектрический преобразователь): 1 – электроды; 2 – рабочий пай; 3 – трубка; 4 – защитная арматура; 5 – керамический нако- нечник; 6 – заливка; 7 – головка; 8 – сборка; 9 – зажимы; 10 – удлиняющий провод; 11 – гер- метизированный ввод; 12 – элементы крепления; 13 – герметик; 14, 15, 16, 17, 18 – жилы ка- бельного преобразователя

Таблица 2.4

Обозначения термопары в зависимости от наименования термопреобразователя

Обозначение типа термопары	Наименование промышленного термопреобразователя
R	ТПП (платина – 13 %; родий/платина)
S	ТПП (платина – 10 %; родий/платина)
B	ТПР (платина – 30 %; родий/платина – 6 %; родий)
J	ТЖК (железо/медь – никель (железо/константан)
T	ТМК (медь/медь – никель (медь/константан)
E	ТХКн (никель – хром/медь – никель (хромель/константан)
K	ТХА (никель – хром/никель – алюминий (хромель/алюминий)
N	ТНН (никель – хром – кремний/никель – кремний (нихросил/нисил)
A	ТВР (вольфрам – рений/вольфрам – рений)
L	ТХК (хромель-копель)
M	ТМК (медь/копель)

6.