Термоелектрически термодвойни преобразуватели

Механизмът на работа на термодвойка

Още през 1821 г. Себек открива явлението, наречено неговото име, състоящо се в това. че в затворена верига, състояща се от различни проводникови материали, се появява емф. и т.н. (така наречените термични ем е), ако контактните точки на тези материали се поддържат при различни температури.

В проста форма, когато електронната схема се състои от два различни проводника, тя носи името на термоелемент или термодвойка.

Същността на явлението Зеебек се състои във факта, че енергията на свободни електрони, което води до появата на електрон ток в проводници се променя и различно варира с температурата. Защото, ако povdol диригент има температурна разлика в горещия край на неговите електрони ще има огромна енергия и скорост, в сравнение с прохладата, които определят облика на проводник с електронен поток от горещ на хладно край. В резултат на това в двата края ще се натрупват такси - отрицателни на хладно и положително на горещо.

Защото в различните проводници тези заряди са различни, а когато свържете 2 от тях от термоелемента, ще се появи разликата термо-е. и т.н. За анализа на феномена, преминаващ през термоелемента, е удобно да се приеме, че термоелементът, образуван в него, е удобен. и т.н. Е е сумата от две контактни електродвижещи сили, възникващи в точките на техния контакт и които са функция от температурата на тези контакти (фиг.1, а).

Фиг. 1. Диаграма на термоелектрическа верига от 2 и 3 проводника, схема за превключване на електрическото измервателно устройство в кръстопът и термодвойка с термодвойка.

Термоелектромоторната сила, възникваща във верига от два различни проводника, е равна на разликата на електромоторните сили в техните краища.

От тази дефиниция следва, че когато температурите в краищата на термоелемента са равни на термоелектричната си мощност, и т.н. ще бъде нула. Следователно може да се направи много важно заключение, което дава възможност да се използва термодвойка като сензор за измерване на температурата.

Електромоторната сила на термодвойка няма да се промени от въвеждането на трети проводник в неговата верига, ако температурите в нейните краища са подобни.

Този трети проводник може да бъде включен както в едно от съединенията, така и в участъка на първия от проводниците (Фигура 1.6, с). Това заключение може да бъде разширено и към няколко проводника, вкарани в термодвойката, само ако температурите в техните краища са подобни.

Затова в термодвойката е възможно да се включи измервателно устройство (което също се състои от проводници) и води до свързване на проводниците, без да се създава конфигурация на термоелектриците, разработени от него. ако температурите на точки 1 и 2 са или 3, и 4 (Фигури 1, d и d) ще бъдат равни. Въпреки това, температурата на тези точки може да се различава от температурата на терминалите на устройството, но температурата и на двата терминала трябва да е подобна.

Ако съпротивлението на термодвойката остане постоянно, тогава токът, преминаващ през нея (и, ако е подходящо, индикацията на устройството) ще зависи само от топлоелектрическата мощност, която се развива. и т.н., т.е. от температурите на работника (горещи) и свободни (хладни) краища.

Освен това, ако температурата на свободния край на термодвойката се поддържа постоянна, отчитането на инструмента зависи само от температурата на работния край на термодвойката. Това устройство ще покаже температурата на работната връзка на термодвойка.

По този начин термоелектричният пирометър се състои от термодвойка (термоелектроди), електрически измервателен уред с постоянен ток и свързващи проводници.

От горното можем да направим още изводи.

1. Методът за производство на работния край на термодвойка (заваряване, запояване, усукване и т.н.) не влияе върху термоелектрическата мощност, която се развива. и т.н., освен ако размерите на работния край не са такива, че температурата във всичките й точки е сходна.

2. Тъй като параметърът, измерен от устройството, не е термоелектричен. и т.н. и тока на термодвойката верига, е необходимо, че съпротивлението на веригата в експлоатация остава постоянна и равна на нейната стойност, когато калибрирани. Но тъй като на практика е невъзможно да се извърши така, че thermoelectrodes свързващи проводници и промени резистентност с конфигурация температура се появява основно един метод за грешка: грешка в импеданс разминаване верига устойчивост по време на калибрирането.

За да се намали този устройства грешки за термични измервания високо съпротивление (50-100 ома при груби измерване, 200-500 ома в ясна) и нисък коефициент на електрон температура, така че общото съпротивление на веригата (и по-нататък, и връзката между текущия и термо-еф) се променя в малка степен с колебания в околната температура.

3. Термоелектричните пиромери винаги се калибрират при напълно дефинирана температура на свободния край на термодвойка - при 0 ° С. Обикновено в работата тази температура се различава от тази на калибрирането, в резултат на това се появява втората основна грешка на метода: грешката в температурата на свободния край на термодвойката.

Тъй като тази грешка може да достигне 10 градуса, е необходимо да се регистрира правилната корекция в показанията на инструмента. Тази корекция може да се изчисли, ако температурата на свободните краища е известна.

Тъй като температурата на свободния край на термодвойката време на калибрирането да бъде 0 ° С, и в операция обикновено е по-висока от 0 ° С (свободните краища обикновено са в стаята, често са разположени в близост до пещта, където се измерва температурата), тогава пирометъра дава подценява срещу действителната измерена температура, стойността и стойността на последната трябва да се увеличат с размера на корекцията.

Това обикновено се прави графично. Това се дължи на факта, че между термо-д. Обикновено няма пропорционалност. и т.н. и температура. Ако съотношението между тях е пропорционално, тогава кривата на калибриране представлява права линия и в този случай корекцията за температурата на свободния край на термодвойка ще бъде точно неговата температура.

Дизайн и видове термодвойки

Материалите за термоелектроди се подчиняват на следните изисквания:

1) най-високата термо-е. и т.н. и близо до пропорционалния характер на своята конфигурация от температурно-

2) топлинна устойчивост (не-оксидация при високи температури) -

3) непостоянството на физическите параметри във времето в границите на измерените температурно-

4) най-високата електронна проводимост-

5) малък температурен коефициент на съпротивление-

6) възможността за производство в огромни количества с постоянни физични качества.

Понастоящем се използват следните стандартни термодвойки.

Платинум-родий-платинена термодвойка. Тези термодвойки могат да се използват за измерване на температури до 1300 ° C с продължителна употреба и до 1600 ° C в краткосрочен план, при условие че се използват за окисляване на газообразни среди. При средни температури термодвойка платина-родий-платина се оказа много надеждна и стабилна, тъй като се използва като приблизителна температура в диапазона 630 - 1064 ° C.

Хромо-алуминиева термодвойка. Тези термодвойки са предназначени за измерване на температури с продължително използване до 1000 ° C и за краткосрочни приложения до 1300 ° C. Те твърдо работи в тези граници в окислителна атмосфера (ако няма жестоки газове), тъй като на повърхността на електрод по време на нагряването се появява тесен защитен оксид филм, който предпазва от кислород прониква в метала.

Хромъл-Копел термодвойка. Тези термодвойки позволяват температурата да се определя непрекъснато до 600 ° С и краткосрочно до 800 ° С. Те работят успешно както в окислителната, така и в намаляващата атмосфера, също във вакуум.

Железен пигмент термодвойка. Границите на измерване са същите като термодвойките с хроме-копел, условията на работа са еднакви. Тя дава най-малката термо-е. и т.н. в сравнение с термодвойка ХК: 30,9 mV при 500 ° C, но температурната му зависимост е по-близка до пропорционалната. Значителен дефект на термодвойка LC е корозията на неговия електрод, направен от желязо.

Термодвойка от медна копче. Тъй като медта в оксидиращата атмосфера започва активно да се окислява още при 350 ° C, тогава границите на приложимост на тези термодвойки - 350 ° C за дълго време и 500 ° C за кратки периоди. Във вакуум тези термодвойки могат да се използват до 600 ° С.

Криви на зависимостта на термоелектрическата енергия. и т.н. от температурата за по-често срещани термодвойки. 1 - chromel-kopelevaya- с 2 - 3 kopelevaya- желязо - мед kopelevaya- 4 - 350M- TGBTS-5 - 360M- TGKT-6 - chromel-alyumelevaya- 7-8 Platinum-platinovaya- -TMSV 340 млн - 9 - WP-30/6.

Устойчивост thermoelectrodes стандартни термодвойки от неблагороден метал е 0.13 - 0.18 ома на 1 m дължина (двупосочен) за Platinum-платина термодвойки 1.5-1.6 ома на 1 m допустимо разлика топлоелектрическа .. и т.н. калибриране на термодвойки представляват основата за ± 1%, за платина платина ± 0,3-0,35%.

Стандартната термодвойка е пръчка с диаметър 21-29 mm и дължина 500-3000 mm. На горната част на защитната тръба засадени щампован или отливка (обикновено от алуминий) karbolitovoy глава с бакелит плоча, в която две двойки притискащи болтове с винтови клеми, свързани по двойки една от thermoelectrodes изводите прикрепени, прикрепен към друг свързващ проводник, водещ до измерване инструмент. От време на време свързващите проводници са затворени в гъвкав защитен маркуч. Ако е необходимо, запечатайте дупката, в която е монтирана термодвойка, която е снабдена с резбова връзка. За ваните термодвойките също са изработени от колянообразна форма.