Термоэлектрические преобразователи. Принцип действия. Динамические характеристики

Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры. Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными от нуля коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2. На рис.1 показана динамическая характеристика термопары. Здесь по оси ординат отложена температура t, а по оси абсцисс время τ. При скачкооб­разном изменении измеряемой температуры от 0 до неко­торого постоянного значения tи показания термометра tп (с исключенной из них систематической погрешностью) изменяются по кривой переходного процесса, отставая в каждый момент вре­мени от значения tи на значение динамической погрешности измерения Δд, т. е. Δ д = t _и - t _п (1-19) Таким образом, как видно из рис. 1, теп­ловая инерция термо­пары, обусловленная сравнительно медлен­ным нагревом термо­чувствительного эле­мента, приводит к за­паздыванию показаний прибора на Δ д, т. е. при изменении измеряемой температуры до нового установившегося значения t и по­казание термометра tп постепенно достигает этого зна­чения. Следовательно, для оценки динамических погреш­ностей прибора необходимо иметь кривую его переходного процесса, по которой для различных моментов времени можно найти значения этих погрешностей. Кроме динамических погрешностей динамическая ха­рактеристика измерительного прибора содержит ряд по­казателей времени переходного процесса (рис. 1), к которым относятся: время начала реагирования τ н (время от начала изменения измеряемой величины до начала изменения показания прибора); постоянная времени τ п(время от начала реагирования, в течение которого показа­ние прибора достигнет 63% изменения измеряемой вели­чины); время переходного процесса Т (время, в течение которого показание прибора достигнет 95% изменения измеряемой величины); полное время установления пока­заний Т п (время, в течение которого показание прибора достигнет 100% изменения измеряемой величины). Динамические погрешности Δ д, постоянная времени τ п и время переходного процесса Т являются основными величинами, характеризующими динамические свойства термопар. Чем меньше при прочих равных условиях эти величины, тем меньшим инерционным запаздыванием обладает измерительный прибор и тем, следовательно, выше его динамические качества.