Основні теоретичні відомості. Для виміру температури поряд з дилатометричними, пневматичними, біметалевими, полупровідниковими первинними перетворювачами температури (ППТ) широко

 

Для виміру температури поряд з дилатометричними, пневматичними, біметалевими, полупровідниковими первинними перетворювачами температури (ППТ) широко використовуються термопари.

Термопари найчастіше використовуються при вимірюванні високих температур (+ 100... 1600° С). Робота їх заснована на принципі термоелектричного ефекту. При з'єднанні кінцями двох різнорідних металевих провідників крізь них потече електричний струм, пропорційний різниці температур у місцях їх з'єднань за рахунок виникаючої термоЕРС. Якщо включити в розрив цього кола міліамперметр, він покаже термоЕРС, пропорційну температурі "гарячого" та "холодного" спаїв термопари. Звичайно з'єднання провідників роблять в одному місці (гарячий спай), а два інших кінця провідників (холодний спай) з'єднують з вимірювачем термоЕРС.

ЕРС може бути визначена з виразу

 

(4.1)

 

де e - термоелектрична постійна термопари; q₁ та q₂ - температура відповідно гарячого та холодного спаїв.

Найбільше використання знаходять такі типи термопар:

Платина - платинородій (ПП) e = 0,64 мВ/100° С, q_lmax = 1300° С;

Хромель - алюмель (ХА) e = 4,1 мВ/100° С, q_lmax = 1000° С.

Хромель - копель (ХК) e = 6,95 мВ/100° С, q_lmax = 600° С, де q_lmax - максимально можлива температура гарячого спая.

Для вимірювання сигналу термопари може бути використана компенсаційна схема виміру ЕРС. показана на рис.4.1, де ТП - термопара, НЕ - нормальний елемент.

 

Рис.4.1

 

Робота схеми протікає таким чином. При переведенні перемикача П1 в положення "К" і переведенні повзуна реохорда Rр в крайнє ліве положення (Rр=0) з допомогою реохорда Rд встановлюють певне значення робочого струму l р шляхом отримання нульового показання гальванометра Г.

В цьому випадку Іp (R₅ + R_д) = U_HE, тоді робочий струм.

 

 

Потім перемикач П1 переводять в положення "В" і роблять вимірювання ЕРС термопари зміною положення повзуна реохорда R_P, знову добиваючись нульового показу гальванометра. В цьому випадку має місце рівність

(4.2)

 

Оскільки E_t пропорційно різниці температур гарячого і холодного спаїв, то температуру q_T можна визначити, знаючи температуру холодного спая q_XC, з виразу

(4.3)

 

де Е_t - значення термоЕРС, визначене рівністю (4.2).

В електронному автоматичному потенціометрі урівновага вимірювальної схеми проводиться автоматично, як показано на рис. 4.2.

 

Рис. 4.2

 

Робота вимірювальної схеми потенціометра аналогічна роботі схеми моста. При появі сигналу розбіжності U_Х починає працювати двигун М, який переміщує повзун реохорда R_P до того часу, поки сигнал розбіжності не буде дорівнювати нулю. Оскільки вимірювання проводиться на постійному струмі, в схемі передбачений віброперетворювач (ВП), який перетворює сигнал розбіжності постійної напруги у змінний сигнал. Це необхідно для підвищення точності і стабільності підсилювача. Треба відзначити, що в електронних мостах при живленні вимірювальної схеми постійним струмом також використовується віброперетворювач.

Як видно з схеми рис, 4.2, ЕРС термопари порівнюється з різницею потенціалів j_A - j_B, тобто DU_X=E_t – (j_A - j_B).

У вимірювальній схемі використаний мідний опір R_М, залежний під температури повітря у приладі Очевидно, що із зміною температури повітря буде змінюватись потенціал j внаслідок зміни величини R_М. Отже, ЕРС термопари порівнюється з напругою U=j_A - j_B, залежною від температури навколишнього середовища, що призводить до автоматичного додатку до ЕРС термопари, який враховує температуру холодних кінців термопари, призводячи її кожного разу до розрахункового значення температури, який дорівнює 0°С.

При натисканні кнопки "К" відбувається підключення НЕ і механічне підключення до двигуна повзуна реостата R_Д, який регулює струм в колі реохорда R_Р. У той же час проводиться контроль точності роботи потенціометра.