О воздействии оболочки на термоЭДС термо- электрических преобразователей температуры Текст научной статьи по специальности «Физика»

Компетентность / Competency (Russia) 4/2019

ИССЛЕДОВАНИЯ 43

О воздействии оболочки на термоЭДС термоэлектрических преобразователей температуры

Проведен анализ воздействия оболочки на термоЭДС термоэлектрического преобразователя температуры (термопара). Рассчитана поправка, вносимая в термоЭДС разных типов термоэлектрических преобразователей с использованием оболочки. УДК 006.83

А.П. Дручинин1

МГТУ «СТАНКИН», [email protected]

1 аспирант кафедры, Москва, Россия

Для цитирования: Дручинин А.П. О воздействии оболочки на термоЭДС термоэлектрических преобразователей температуры // Компетентность / Competency (Russia). — 2019. — № 4

ключевые слова

температура, термопара, термоЭДС, поправка, термоэлектрический

ермопары широко применяют для измерения температуры различных объектов во всех сферах деятельности. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. К числу достоинств устройства относится простота конструкции, прочность, надежность, универсальность, невысокая стоимость (хотя зависит от дополнительных элементов, таких как соединительные провода, защита в виде зонда, дополнительные разъемы), возможность использования в экстремальных условиях и достаточно агрессивных средах, большой диапазон измеряемых температур. Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01 °С. Они вырабатывают на выходе термоЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.

Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов (А и В), образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру (Т1 не равно Т2), то в цепи протекает электрический ток (рис. 1). Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока.

Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов. Таким образом, термопара может образовывать устройство (или его часть), использу-

ющее термоэлектрический эффект для измерения температуры. В сочетании с электроизмерительным прибором термопара образует термоэлектрический термометр.

Перед проведением исследований было проверено соблюдение следующих условий:

► чувствительные элементы термопар (исследуемой и эталонной) размещены в непосредственной близости (см. фото);

► рабочий спай термопар помещен в контролируемую среду, а температура другого спая (свободных концов) стабилизирована;

► средства измерений, используемые для проведения исследований, имеют действующие свидетельства о поверке.

Схемы подключения первичного средства измерений термопары к вторичному средству измерений с использованием различных методов компенсации температуры свободных концов представлены на рис. 2. Рабочие спаи термопар погружены в нагревающую печь (контролируемая среда), на рис. 2а свободные концы термопреобразователя погружены в сосуд Дью-ара с талым льдом для компенсации температуры свободных концов, далее свободные концы термоэлектрического преобразователя температуры подключены к вторичному средству измерений (прибор для снятия показаний) через удлиняющие (компенсационные) провода. На рис. 2б используются компенсационные провода с встроенным датчиком температуры (для компенсации температуры свободных концов программно в автоматическом режиме).

Все исследования проведены с соблюдением требований ГОСТ Р 8.5852001 «Государственная система обеспечения единства измерений. Термопары. Номинальные статические характерис-