Termoelektriniai keitikliai (termoporos)

Kaip veikia termopora

Jau 1821 m. Seebeckas atrado jo vardu pavadintą reiškinį, kuris susideda iš to, kad e. Atsiranda uždaroje grandinėje, susidedančioje iš skirtingų laidžių medžiagų. ir tt (vadinamasis termo-EMC), jei šių medžiagų sąlyčio taškai palaikomi skirtingomis temperatūromis.

Paprasčiausia forma, kai elektros grandinė susideda iš dviejų skirtingų laidininkų, ji vadinama termopora arba termopora.

Seebecko fenomeno esmė slypi tame, kad laisvųjų elektronų, sukeliančių elektros srovės atsiradimą laiduose, energija yra skirtinga ir skirtingai kinta priklausomai nuo temperatūros. Todėl, jei išilgai laido yra temperatūrų skirtumas, elektronai jo karštajame gale turės didesnę energiją ir greitį, palyginti su šaltuoju galu, todėl elektronų srautas iš karšto galo į šaltą vielos galą. Dėl to krūviai kaupsis abiejuose galuose – neigiami šaltuose ir teigiami karštuose.

Kadangi šie įkrovimai skirtingiems laidams yra skirtingi, tada, kai du iš jų sujungiami termoporoje, atsiras diferencinė termopora. ir tt c) Norint analizuoti termoporoje vykstančius reiškinius, patogu daryti prielaidą, kad termopora susidarė joje. ir tt c) E – dviejų kontaktinių elektrovaros jėgų e, atsirandančių jų sąlyčio vietose ir priklausomų nuo šių kontaktų temperatūros, suma (1 pav., a).

Ryžiai. 1. Dviejų ir trijų laidų termoelektrinės grandinės schema, elektros matavimo prietaiso prijungimo prie sandūros schema ir termoelektrodas su termopora.

Termoelektrovaros jėga, atsirandanti dviejų skirtingų laidininkų grandinėje, yra lygi elektrovaros jėgų skirtumui jų galuose.

Iš šio apibrėžimo išplaukia, kad esant vienodai temperatūrai termoporos galuose, jos termoelektrinė galia. ir tt s bus nulis. Iš to galima padaryti itin svarbią išvadą, leidžiančią termoporą naudoti kaip temperatūros jutiklį.

Termoporos elektrovaros jėga nepasikeis į jos grandinę įvedus trečią laidą, jei temperatūra jos galuose bus vienoda.

Šis trečiasis laidas gali būti įtrauktas ir į vieną iš jungčių, ir į vieno iš laidų atkarpą (1.6 pav., c). Šią išvadą galima išplėsti į kelis laidus, įvestus į termoporos grandinę, jei temperatūra jų galuose yra vienoda.

Todėl matavimo prietaisas (taip pat susidedantis iš laidų) ir į jį vedantys jungiamieji laidai gali būti įtraukti į termoporos grandinę, nekeičiant jos sukurtos termoelektrinės galios. e.c, tik tuo atveju, jei 1 ir 2 arba 3 ir 4 taškų (1 pav., d ir e) temperatūros yra lygios. Šiuo atveju šių taškų temperatūra gali skirtis nuo įrenginio gnybtų temperatūros, tačiau abiejų gnybtų temperatūra turi būti vienoda.

Jei termoporos grandinės varža išliks nepakitusi, per ją tekanti srovė (taigi ir prietaiso rodmenys) priklausys tik nuo jos sukurtos termoelektrinės galios. d) nuo, tai yra, nuo darbinių (karštų) ir laisvųjų (šaltų) galų temperatūros.

Taip pat, jei termoporos laisvojo galo temperatūra bus palaikoma pastovi, skaitiklio rodmuo priklausys tik nuo termoporos darbinio galo temperatūros. Toks prietaisas tiesiogiai parodys termoporos darbinės sankryžos temperatūrą.

Todėl termoelektrinis pirometras susideda iš termoporos (termoelektrodų), nuolatinės srovės matuoklio ir jungiamųjų laidų.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, galima padaryti tokias išvadas.

1. Termoporos darbinio galo gamybos būdas (virinimas, litavimas, sukimas ir kt.) neturi įtakos jo išvystamai termoelektrinei galiai. ir tt su, jei tik darbinio galo matmenys yra tokie, kad temperatūra visuose jo taškuose būtų vienoda.

2. Kadangi prietaisu matuojamas parametras nėra termoelektrinis. su ir termoporos grandinės srove, būtina, kad veikimo grandinės varža kalibravimo metu išliktų nepakitusi ir lygi jos vertei.Bet kadangi to padaryti praktiškai neįmanoma, kadangi termoelektrodų ir jungiamųjų laidų varža kinta priklausomai nuo temperatūros, iškyla viena pagrindinių metodo klaidų: grandinės varžos ir jos varžos neatitikimo kalibravimo metu klaida.

Siekiant sumažinti šią paklaidą, šiluminiams matavimams skirti prietaisai gaminami su didele varža (50-100 omų grubiems matavimams, 200-500 omų tikslesniams matavimams) ir žemos temperatūros elektrinio koeficiento, kad bendra grandinės varža (ir , todėl ryšys tarp srovės ir — e. d. s.) kinta iki minimumo, svyruojant aplinkos temperatūrai.

3. Termoelektriniai pirometrai visada kalibruojami esant tiksliai nustatytai laisvojo termoporos galo temperatūrai – 0 ° C. Paprastai ši temperatūra skiriasi nuo kalibravimo temperatūros veikiant, dėl to atsiranda antroji pagrindinė metodo klaida. : laisvo termoporos galo temperatūros paklaida.

Kadangi ši klaida gali siekti keliasdešimt laipsnių, būtina atitinkamai pakoreguoti prietaiso rodmenis. Šią pataisą galima apskaičiuoti, jei žinoma stovų temperatūra.

Kadangi laisvojo termoporos galo temperatūra kalibravimo metu yra lygi 0 ° C, o veikiant ji paprastai yra aukštesnė nei 0 ° C (laisvieji galai dažniausiai yra patalpoje, jie dažnai yra šalia krosnies, kurios temperatūra matuojama ), pirometras pateikia nepakankamą įvertinimą, palyginti su faktine išmatuota temperatūra, pastarosios rodmuo ir reikšmė turi būti padidinta pataisos verte.

Paprastai tai daroma grafiškai. Taip yra dėl to, kad tarp termoreaktingų elementų paprastai nėra proporcingumo.ir tt pp ir temperatūra. Jei ryšys tarp jų yra proporcingas, tada kalibravimo kreivė yra tiesi ir šiuo atveju termoporos laisvojo galo temperatūros korekcija bus tiesiogiai lygi jos temperatūrai.

Termoporų konstrukcija ir tipai

Termoelektrodų medžiagoms taikomi šie reikalavimai:

1) aukšta termoelektra. ir tt v. ir artimas proporcingam jo pokyčio nuo temperatūros pobūdžiui;

2) atsparumas karščiui (neoksidacija aukštoje temperatūroje);

3) fizikinių savybių pastovumas laikui bėgant išmatuotų temperatūrų ribose;

4) didelis elektros laidumas;

5) atsparumo žemai temperatūrai koeficientas;

6) galimybė gaminti dideliais kiekiais su pastoviomis fizinėmis savybėmis.

Tarptautinė elektrotechnikos komisija (IEC) apibrėžė kai kuriuos standartinius termoporų tipus (standartas IEC 584-1). Elementai turi indeksus R, S, B, K, J, E, T pagal išmatuotų temperatūrų diapazoną.

Pramonėje termoporos naudojamos aukštai temperatūrai, iki 600–1000–1500˚C, matuoti. Pramoninė termopora susideda iš dviejų ugniai atsparių metalų arba lydinių. Karštoji jungtis (pažymėta raide «G») dedama toje vietoje, kur matuojama temperatūra, o šaltoji («X») yra matavimo prietaiso vietoje.

Šiuo metu naudojamos šios standartinės termoporos.

Platinos-rodžio-platinos termopora. Šios termoporos gali būti naudojamos iki 1300 °C temperatūrai matuoti ilgalaikiam naudojimui ir iki 1600 °C trumpalaikiam naudojimui, jei jos naudojamos oksiduojančioje atmosferoje.Esant vidutinei temperatūrai, platinos-rodžio-platinos termopora pasirodė esanti labai patikima ir stabili, todėl ji naudojama kaip pavyzdys 630-1064 °C diapazone.

Chromo-aliumelio termopora. Šios termoporos yra skirtos temperatūrai matuoti ilgalaikiam naudojimui iki 1000 ° C ir trumpalaikiam naudojimui iki 1300 ° C. Jos patikimai veikia šiose ribose oksiduojančioje atmosferoje (jei nėra korozinių dujų), nes šildomas ant elektrodų paviršiaus, plona apsauginė oksido plėvelė, kuri neleidžia deguoniui prasiskverbti į metalą.

„Chromel-Copel“ termopora… Šios termoporos gali matuoti iki 600°C temperatūrą ilgą laiką ir iki 800°C – trumpą laiką. Jie sėkmingai veikia tiek oksiduojančioje, tiek redukuojančioje atmosferoje, taip pat vakuume.

Iron Copel termopora... Matavimo ribos tokios pat kaip ir chromel-copel termoporoms, eksploatavimo sąlygos tokios pat. Tai suteikia mažiau šilumos. ir tt palyginti su XK termopora: 30,9 mV esant 500 ° C, bet jo priklausomybė nuo temperatūros yra artimesnė proporcingai. Reikšmingas LC termoporos trūkumas yra jo geležies elektrodo korozija.

Vario-vario termopora... Kadangi varis oksiduojančioje atmosferoje pradeda intensyviai oksiduotis jau 350°C temperatūroje, tai šių termoporų taikymo diapazonas ilgą laiką yra 350°C, o trumpai – 500°C. Vakuume šias termoporas galima naudoti iki 600 °C.

Termo-e priklausomybės kreivės. ir tt dažniausių termoporų temperatūros. 1 - chromelis-bastardas; 2 — geležinis niekšas; 3 — varinis niekšelis; 4 — TKBC -350M; 5 — TGKT-360M; 6 — chromelis-alumelis; 7-platina-rodis-platina; 8 — TMSV-340M; 9 — PR -30/6.

Standartinių termoporų, pagamintų iš netauriųjų metalų, termoelektrodų varža 0,13-0,18 omo 1 m ilgio (abiejuose galuose), platinos-rodžio-platinos termoelementų 1,5-1,6 omo 1 m Leistini termoelektrinės galios nuokrypiai. ir tt nuo kalibravimo nekilnioms termoporoms yra ± 1%, platinos-rodžio-platinos ± 0,3-0,35%.

Standartinė termopora yra 21-29 mm skersmens ir 500-3000 mm ilgio strypas. Ant apsauginio vamzdelio viršaus dedama štampuota arba išlieta (dažniausiai aliuminio) galvutė su karbolito arba bakelito plokšte, į kurią poromis sujungtais varžtiniais spaustukais įspaudžiamos dvi poros laidų. Prie vieno gnybto pritvirtintas termoelektrodas, o prie kito – jungiamasis laidas, vedantis į matavimo prietaisą. Kartais jungiamieji laidai yra uždengti lanksčia apsaugine žarna. Jei reikia sandarinti angą, kurioje sumontuota termopora, pastaroji yra su sriegine jungtimi. Vonioms termoporos gaminamos ir alkūnės formos.

Termoporų dėsniai

Vidinės temperatūros dėsnis: Temperatūros gradiento buvimas vienalyčiame laidininke nesukelia elektros srovės atsiradimo (neatsiranda joks papildomas EML).

Tarpinių laidininkų dėsnis: Tegul du vienarūšiai metalų A ir B laidininkai sudaro termoelektrinę grandinę su kontaktais esant temperatūrai T1 (karštoji sandūra) ir T2 (šaltoji sandūra). Į laido A plyšimą įtrauktas metalinis X laidas ir susidaro du nauji kontaktai. „Jei laido X temperatūra yra vienoda per visą jo ilgį, tada susidaręs termoporos EML nepasikeis (dėl papildomų jungčių EML neatsiranda).