Термоэлектрические термометры

Термоэлектрические термометры (термопары) – пр-и д/ия основан на термоэлектрическом эффекте. Тетмоэл-кий преобразователь пред. собой цепь, состоящую из 2-ух соединенных м/ду собой разнородных проводников (термоэлектродов) А и В.

Места их соединения наз. спаями. Если температуры спаев t и t₀ не равны, то в замкнутой цепи потечёт эл. ток. При размыкании такой цепи на ее концах м.б. измерена термоЭДС. Термоэлектрод, от кот. в спае с меньшей t ток будет идти к 2-ому термоэлектроду, считается «+» А, а 2-ой – «-» В.

Термо-ЭДС:

Е_АВ(t, t_O) = e_AB(t) - e_AB(t_O),

где e_AB(t, t_O) – контактные разности.

Спай, погруженный в объект измерения температуры, наз. рабочим или горячим, а спай вне объекта – свободным или холодным.

Статическая хар-ка термопары не м.б. получена аналитически, она устан-ся экспериментально.

Требования к материалам и электородам:

1. Однозначное и близкое к линейной зав-титермо-ЭДС от Т;

2. Жаростойкость и мех. прочность для измерения высоких Т;

3. Хим. инертность;

4. Термоэлектрическая однородность материала проводника по длине; технологичность изготовления и дешевизна;

5. Стабильность и воспр-ть термоэлектрических св-в. Это позволяет создать станд-ные градуировки ХК.

 

23.Бесконтактные методы определения температуры. Принцип действия, конструкции, характеристики.

Все физические тела, температура кото­рых превышает абсолютный нуль, испускают тепловые лучи. Средства измерения, определяющие температуру тел по их теп­ловому излучению, наз-ют пирометрами излучения или просто пирометрами. Большинство твердых и жидких тел имеет сплошной спектр излучения, т. е. излучает волны всех длин, в диапазоне от 0 до . Видимое глазом человека излучение, называемое светом, охватывает диапазон длин волн 0,40—0,75 мкм. Невидимые лучи схватывают инфракрасный участок спектра, т. е. диапазон от l = 0,75 до l=400 мкм, за которым следует постепенный переход в радиоволновой диапазон.

Спектральная энергетическая светимость – поток испускаемого излучения при данной температуре с единичной поверхности в интервале длин волн. Полная – полная энергия излучаемае во всем диапазоне длин волн.

Интенсивность излучения зависит от длины волны и температуры тела (з-н Планка).

Реальные тела излучают меньшую энергию. Связь м-ду абсолютно черным и реальным телом – степень черноты: .

В зав-сти от метода измерения пирометры разделяют на яркостные, цветовые и радиационные.

Принцип действия яркостных основан на зав-сти от температуры интенсивности монохроматического излучения. Элемент сравнения – глаз оператора, который сравнивает интенсивность излучения измеряемого объекта и калиброванного источника. Пирометры с исчезающей нитью.

О – объект измерений, 1 – объектив, 2 – серый светофильтр, 3 – нить накаливания, 4 – красный светофильтр, 5 – окуляр. Шкала миллиамперметра отградуирована в знач.х яркостной температуры. Оператор наводит термометр на объект чтобы он был виден ч-з оптическую систему прибора. На фоне яркого объека видит нить накаливания. Увеличивая ток ч-з нить накаливания до тех пор пока интенсивность излучения нити не станет равной интенсивности объекта. По шкале прибора определяют яркостную термературу – температура абсолютно черного тела. Она всегда меньше истинной. Она тем больше отличается, чем меньше степень черноты. Т.к. реальные тела имеют различные степени черноты, то шкала атградуирована в знач.х яркостной температуры, а в документах на прибор приводятся знач. паправочного коэффициента.

При измерения высоких температур нить сильно раскаляется и происходит возгонка чего-то там, при этом надежность прибора понижается. Для увеличения срока службы при измерении высоких температур вводится серый светофильтр. Оптические пирометры применяют для измерения температуры от 300 до 6000 °С. Класс точности от 1,5 до 4%. «-»: субъективность – невозможность передачи результата на расстояние. Для их устранения были разраб. фотоэлектрические пирометры, в которых элемент сравнения – фотоэлемент, но они не получили большого распростр.ия из-за сложности и невысоких метрологических хар-тик.

Цветовые пирометры – измерения интенсивности излучения при двух длинах волн.

Тlмах= const – з-н смещения Вина. Зав-сти спектрального излучения от длины волны и температуры.lмах – длина волны, соответствующеая максимальной интенсивности излучения при данной температуре. При увелич. температуры lмах смещается в сторону меньших длин волн, lс – синий цвет, lк – красный.

Отношение интенсивностей изменения приlс и lк существенно зависит от температуры. При изменении температуры от 1000 К до 20 000 К отношение изменяется в 200 раз. Преимущества: показания практически не зависят от степени черноты. Если хар-тики объекта близки к хар-тикам абсолютно серого цвета.

Радиационные пирометры – измерения интенсивности излучения во всем диапазоне длин волн. Преимущества: могут измерять более низкие температуры от 50 С. «-»: показания существенно зависят от степени черноты, шкала градуируется в знач.х радиационной температуры Т=Тр/ .

Благодаря появлению высокочувствит. полупроводниковых сенсоров, разраб. пирометры, позволяющие измерять температуру от -50 С. Высокая чувствительность, хорошая погрешность ±0,5 С. «-»: сложность конструкции, высокая стоимость. Преимущества: возможность измерения температуры практически на любом расстоянии.

Мостовые схемы.

Для устранения погрешности применяют специальные схемы ЭДС данных холодных спаев.

Применяется мостовая схема, имеется 4 плеча, в каждом из которых включены соответствующие сопротивления R1,R2 - -постоянного сопротивления, величины которых не зависят от t. Rt- термосопротивление, не зависящее от t. R3 – потенциометр

Данный мост имеет 2 диагонали: 5-6 – питающая диагональ, включающая источник постоянного тока, 3-4 – измерительную диагональ

Когда мост уравновешен, U измерительная диагональ U=0. Условие равновесия моста определяется следующим соотношением: равенство произведений сопротивлений противоположных плеч

При увеличении температуры холодных спаев. увеличение Rt приводит к разбалансированию моста. В измерительной диагонали возникает U.

Параметры данного моста так, чтобы U, возникающее в измерении диагонали было равно изменению ЭДС холодных спаев и направлено навстречу ему, т.е.

U34= е2

е2- отклонение ЭДС холодных спаев от ЭДС его градуировки

В качестве материалов электродов ТП применяют Pt, ее сплавы, сплавы др. металлов.