Muinasjutud

Mõõtmistehnoloogia. Termopaari elektromotoorjõu ja eritermo-emfi määramine

9.1. Töö eesmärk

Termopaari termoelektromotoorjõu sõltuvuse määramine ristmike temperatuuride erinevusest.

Suletud ahelas (joonis 9.1), mis koosneb erinevatest juhtidest (või pooljuhtidest) A ja B, tekib elektromotoorjõud (emf) ET ja vool voolab, kui nende juhtide kontakte 1 ja 2 hoitakse erinevatel temperatuuridel T 1 ja T 2. See e.m.f. nimetatakse termoks elektromotoorjõud(termo-emf) ja kahe erineva juhtme elektriahelat nimetatakse termopaariks. Kui ristmiku temperatuuri erinevuse märk muutub, muutub termopaari voolu suund. See
nähtust nimetatakse Seebecki fenomeniks.

Termo-EMF tekkeks on kolm teadaolevat põhjust: juhis laengukandjate suunatud voolu tekkimine temperatuurigradiendi juuresolekul, elektronide kaasahaaramine fonoonide poolt ja Fermi taseme asendi muutumine. sõltuvalt temperatuurist. Vaatame neid põhjuseid üksikasjalikumalt.

Temperatuurigradiendi dT / dl juuresolekul piki juhti on selle kuumas otsas elektronidel suurem kineetiline energia ja seetõttu suurem kaootilise liikumise kiirus võrreldes elektronidega külmas otsas. Selle tulemusena toimub eelistatud elektronide voog juhi kuumast otsast külma, negatiivne laeng koguneb külma otsa ja kompenseerimata positiivne laeng jääb kuuma otsa.

Kogunemine jätkub seni, kuni tekkiv potentsiaalide erinevus põhjustab elektronide võrdse voolu. Selliste potentsiaalsete erinevuste algebraline summa ahelas loob termo-emfi mahulise komponendi.

Lisaks põhjustab juhis olemasolev temperatuurigradient foonoonide eelisliikumise (triivi) (juhi kristallvõre vibratsioonienergia kvantid) kuumast otsast külma otsa. Sellise triivi olemasolu viib selleni, et fonoonide endi poolt hajutatud elektronid hakkavad tegema suunatud liikumist kuumast otsast külma. Elektronide akumuleerumine juhi külmas otsas ja elektronide ammendumine kuumas otsas viib termo-emfi fononkomponendi ilmumiseni. Veelgi enam, madalatel temperatuuridel on selle komponendi panus termilise emf-i tekkesse peamine.

Mõlema protsessi tulemusena tekib juhi sees elektriväli, mis on suunatud temperatuurigradiendi poole. Selle välja tugevust saab esitada kui

E = -dφ / dl = (-dφ / dT) (-dt / dl) = -β (-dT / dl)

kus β = dφ / dT.

Seos (9.1) seob elektrivälja tugevuse E temperatuurigradiendiga dT/dl. Saadud väljal ja temperatuurigradientil on vastupidised suunad, seega on neil erinevad märgid.

Avaldisega (9.1) määratletud väli on välisjõudude väli. Olles integreerinud selle välja tugevuse üle vooluringi AB lõigu (joonis 9.1) ristmikust 2 kuni ristmikuni 1 ja eeldades, et T 2 > T 1, saame selles jaotises toimiva soojus-emfi avaldise:

(Märk muutus integreerimispiiride muutumisel.) Samamoodi määrame lõigus B ristmikust 1 kuni ristmikuni 2 mõjuva termilise emf.

Kolmas põhjus termo-emfi esinemiseks. oleneb Fermi tasandi asendi temperatuurist, mis vastab elektronide poolt hõivatud kõrgeimale energiatasemele. Fermi tase vastab Fermi energiale E F, mis elektronidel sellel tasemel võib olla.

Fermi energia on maksimaalne energia, mis metalli juhtivuselektronidel 0 K juures võib olla. Mida suurem on elektrongaasi tihedus, seda kõrgem on Fermi tase. Näiteks (joonis 9.2) on E FA metalli A jaoks Fermi energia ja metalli B puhul E FB. E PA ja E PB väärtused on vastavalt metallide A ja B elektronide kõrgeim potentsiaalne energia. Kui kaks erinevat metalli A ja B puutuvad kokku, põhjustab Fermi tasemete erinevus (E FA > E FB) elektronide üleminekut metallist A (millel on rohkem kõrge tase) metalliks B (madal Fermi tase).

Sel juhul laetakse metall A positiivselt ja metall B negatiivselt. Nende laengute ilmumine põhjustab nihke energiatasemed metallid, sealhulgas Fermi tasemed. Niipea kui Fermi tasemed on ühtlustunud, kaob põhjus, mis põhjustab elektronide eelistatud ülekandmist metallist A metallist B, ja metallide vahel tekib dünaamiline tasakaal. Jooniselt fig. 9.2 on selge, et elektroni potentsiaalne energia metallis A on koguse E FA - E FB võrra väiksem kui metallis B. Seega on metalli A sees olev potentsiaal summa võrra suurem kui B sees)

U AB = (E FA - E FB) / l

See avaldis annab sisemise kontakti potentsiaali erinevuse. Potentsiaal väheneb selle võrra üleminekul metallilt A metallile B. Kui mõlemad termopaari ristmikud (vt joonis 9.1) on samal temperatuuril, on kontaktpotentsiaalide erinevused võrdsed ja suunatud vastassuundadesse.

Sel juhul kompenseerivad nad üksteist. On teada, et Fermi tase, kuigi nõrgalt, sõltub temperatuurist. Seega, kui ristmike 1 ja 2 temperatuurid on erinevad, annab erinevus U AB (T 1) - U AB (T 2) kontaktidel oma kontakti panuse termo-emf-i. Seda saab võrrelda mahulise termilise emf-ga. ja on võrdne:

E kontakt = U AB (T 1) - U AB (T 2) = (1/l) · ( + )

Viimast väljendit saab esitada järgmiselt:

Saadud termo-emf. (ε T) koosneb emf-ist, mis toimib kontaktides 1 ja 2, ning emf-ist, mis toimib sektsioonides A ja B.

E T = E 2A1 + E 1B2 + E kontakt

Asendades avaldised (9.3) ja (9.6) avaldisteks (9.7) ja teostades teisendusi, saame

kus α = β - ((1/l) (dE F / dT))

Suurust α nimetatakse termo-emf koefitsiendiks. Kuna nii β kui ka dE F / d T sõltuvad temperatuurist, on koefitsient α samuti T funktsioon.

Võttes arvesse (9.9), saab termo-emfi avaldise esitada järgmiselt:

Suurust α AB nimetatakse diferentsiaal või kell efektiivne termo-EMF antud paar metalli. Seda mõõdetakse V/K ja see sõltub oluliselt kokkupuutuvate materjalide iseloomust, samuti temperatuurivahemikust, ulatudes umbes 10 -5 ÷10 -4 V/K. Väikeses temperatuurivahemikus (0-100°C) on spetsiifiline termiline emf. nõrgalt sõltub temperatuurist. Siis saab valemit (9.11) piisava täpsusega esitada kujul:

E T = α (T 2 - T 1)

Pooljuhtides on erinevalt metallidest laengukandjate kontsentratsiooni ja nende liikuvuse tugev sõltuvus temperatuurist. Seetõttu on ülalpool käsitletud mõjud, mis põhjustavad termilise emf-i moodustumist, rohkem väljendunud pooljuhtides, spetsiifilises termilises emf-is. palju suurem ja saavutab väärtusi suurusjärgus 10 -3 V/K.

9.3. Labori seadistuse kirjeldus

Termo-emf sõltuvuse uurimiseks. ristmike (kontaktide) temperatuuride erinevuse kohta kasutame selles töös termopaari, mis on valmistatud kahest traadijupist, millest üks on kroomipõhine sulam (chromel), teine aga alumiiniumipõhine sulam (alumel). Üks ühenduskoht koos termomeetriga asetatakse veega anumasse, mille temperatuuri T 2 saab muuta elektripliidil kuumutades. Teise ristmiku T 1 temperatuur hoitakse konstantsena (joonis 9.3). Saadud termiline emf. mõõdetud digitaalse voltmeetriga.

9.4. Katseprotseduur ja tulemuste töötlemine
9.4.1. Eksperimentaalne tehnika

Töös kasutatakse termopaaris tekkiva emfi otseseid mõõtmisi. Ühenduste temperatuur määratakse termomeetri abil anumates oleva vee temperatuuri järgi (vt joonis 9.3).

9.4.2. Töökäsk

Ühendage voltmeetri toitejuhe.
Vajutage digitaalse voltmeetri esipaneelil olevat toitenuppu. Laske seadmel 20 minutit soojeneda.
Vabastage termopaari aluse kinnituskruvi, tõstke see üles ja kinnitage. Valage mõlemasse klaasi külma vett. Pange termopaaride ühendused klaasidesse umbes poole vee sügavusest.
Kirjutage see tabelisse. 9.1 ristmike (vee) algtemperatuuri T 1 väärtus termomeetri järgi (teise ristmiku puhul jääb see kogu katse vältel konstantseks).
Lülitage elektripliit sisse.
Salvestage emf väärtused. ja temperatuurid T 2 tabelis. 9,1 iga kümne kraadi järel.
Kui vesi keeb, lülitage elektripliit ja voltmeeter välja.

9.4.3. Mõõtmistulemuste töötlemine

Koostage mõõtmisandmete põhjal emf-i graafik. termopaarid 8T (ordinaattelg) ristmike temperatuuride erinevusest ΔT = T 2 - T 1 (abstsisstell).
Kasutades saadud graafikut E T lineaarsest sõltuvusest ∆T-st, määrake konkreetne termiline emf. vastavalt valemile: α = ΔE T / Δ(ΔT)

9.5. Kontrollnimekiri

Mis on Seebecki fenomeni olemus ja olemus?
Mis põhjustab termo-emfi mahulise komponendi ilmumist?
Mis põhjustab termo-emfi fononkomponendi välimust?
Mis põhjustab kontaktpotentsiaali erinevuse tekkimist?
Milliseid seadmeid nimetatakse termopaarideks ja kus neid kasutatakse?
Mis on Peltieri ja Thomsoni nähtuste olemus ja olemus?

Saveljev I.V. Üldfüüsika kursus. T.3. - M.: Nauka, 1982. -304 lk.
Epifanov G. I. Füüsika tahke. M.: lõpetanud kool, 1977. - 288 lk.
Sivukhin D.V. füüsika üldkursus. Elekter. T.3. - M.: Nauka, 1983. -688 lk.
Trofimova T.I. füüsika kursus. M.: Kõrgkool, 1985. - 432 lk.
Detlaf A. A., Yavorsky V. M. Füüsika kursus. M.: Kõrgkool, 1989. - 608 lk.

Termoelektrilised muundurid. Tööpõhimõte, kasutatud materjalid.

Termomuundur on muundur, mille tööpõhimõte põhineb termilistel protsessidel ja mille loomulikuks sisendsuuruseks on temperatuur. Sellised muundurid hõlmavad termopaarid ja termistorid, metall ja pooljuht. Termilise muundamise põhivõrrand on soojusbilansi võrrand, füüsiline tähendus mis seisneb selles, et kogu konverterile antav soojus läheb selle soojussisalduse QTC suurendamiseks ja seega, kui muunduri soojussisaldus jääb muutumatuks (temperatuur ja agregatsiooni olek ei muutu), siis soojushulk ajaühikus vastuvõetud on võrdne eraldatud soojushulgaga. Konverterisse antav soojus on selles elektrienergia vabanemise tulemusena tekkiva soojushulga Qel ja muundurisse siseneva või sealt soojusvahetuse tulemusel eralduva soojushulga Qto summa. keskkond.

Termoelektri nähtuse avastas 1823. aastal Seebeck ja see on järgmine. Kui teha kahest erinevast juhist (või pooljuhist) A ja B vooluring, ühendades need otstes omavahel (joonis 1) ja muutes ühe ühenduspunkti temperatuuri 1 erinevaks teise ühenduspunkti temperatuurist 0, siis vooluringi ilmub emf, mida nimetatakse termoelektromootoriks (termo-emf) ja mis tähistab temperatuuride, juhtide ristmike funktsioonide erinevust.

Sellist vooluahelat nimetatakse termoelektriliseks muunduriks või muul viisil termopaar; juhtmeid, millest termopaar koosneb, nimetatakse termoelektroodideks ja nende ühendusi nimetatakse ristmikeks.

Joonis 1.

Väikese temperatuurierinevuse korral ristmike vahel on termo-emf. võib pidada proportsionaalseks temperatuuride erinevusega.

Kogemused näitavad, et iga homogeense juhtmepaari puhul, mis järgib Ohmi seadust, on termo-emf suurus. sõltub ainult juhtmete iseloomust ja ristmike temperatuurist ning ei sõltu temperatuurijaotusest ristmike vahel.

Termopaari töö põhineb Seebecki efektil. Seebecki efekt põhineb järgmistel nähtustel. Kui piki juhti on temperatuurigradient, tekivad elektronid kuumas otsas kõrgemaid energiaid ja kiirus kui külm. Selle tulemusena toimub elektronide voog kuumast otsast külma otsa ja negatiivne laeng koguneb külma otsa ning kompenseerimata positiivne laeng jääb kuuma otsa. Kuna elektronide keskmine energia sõltub juhi olemusest ja suureneb temperatuuriga erinevalt, on sama temperatuuri erinevuse korral termo-EMF erinevate juhtide otstes erinev:

E1 = k1(T1 - T2); e2 = k2 (T1 - T2)

kus T1 ja T2 on vastavalt kuuma ja külma otsa temperatuur; k1 ja k2 on koefitsiendid, mis sõltuvad füüsikalised omadused vastavalt 1. ja 2. juht. Saadud potentsiaalide erinevust nimetatakse mahuliseks termo-EPC-ks:

Eob = e1 - e2 = (k1 - k2)(T1 - T2).

Erinevate juhtmete jootmise kohtades ilmneb kontaktpotentsiaalide erinevus, mis sõltub külgnevate pindade pindalast ja materjalidest ning on võrdeline nende temperatuuriga:

Ek1 = kpovT1; ek2 = kpovT2

Kus kpov on puutujametallide pindade koefitsient. Selle tulemusena ilmub algpinge teine komponent - kontakttermo-EPC:

Ek = ek1 - ek2 = ksur(T1 - T2)

Pinge termopaari väljundis määratakse mahulise ja kontakttermo-EMF summana:

Uin = erev + ek = (k1 - k2 + ksur) (T1 - T2) = k (T1 - T2)

Kus k on ülekandetegur.

Termopaari puudused:

Madal tundlikkus (umbes 0,1 mV/°K);
- kõrge algtakistus;
- vajadus hoida ühe otsa konstantset temperatuuri.

Termoelektri nähtus on üks pöörduvatest nähtustest, mille pöördefekti avastas 1834. aastal Jean Peltier ja see sai tema järgi nime.
Kui läbitakse kahest erinevast juhist või pooljuhist koosnev ahel elektrit, siis ühes ühenduskohas eraldub soojus ja teises neeldub. Peltieri soojus on seotud voolutugevusega lineaarne sõltuvus erinevalt Joule'i soojusest ja olenevalt voolu suunast soojendatakse või jahutatakse ristmikku.
Neeldunud või vabanev soojusvõimsus on võrdeline voolutugevusega, sõltub ristmikku moodustavate materjalide iseloomust ja seda iseloomustab Peltieri koefitsient.

Tõhusus termoelektrigeneraator sõltub temperatuuride erinevusest ja materjalide omadustest ning olemasolevate materjalide puhul on väga väike (= 300° juures ei ületa = 13% ja = 100° juures väärtus = 5%), seetõttu kasutatakse energiageneraatoritena termoelektrigeneraatoreid ainult eritingimustel. Tõhusus termoelektriline kütteseade ja külmkapp on samuti väga väikesed ning jahutuse efektiivsus on temperatuuride erinevusega 5 ° on see 9% ja temperatuuride erinevusega 40 ° - ainult 0,6%; vaatamata sellisele madalale efektiivsusele kasutatakse aga külmutusseadmetes termoelemente. Mõõtmistehnoloogias kasutatakse temperatuuride mõõtmiseks laialdaselt termopaare; Lisaks kasutatakse pooljuhttermoelemente pöördsoojusmuunduritena, mis muundavad elektrivoolu soojusvooluks ja temperatuuriks.

Temperatuuri mõõtmiseks kasutatav termopaar, mille külge on ühendatud millivoltmeeter.
Kui üks termopaari ristmik, mida nimetatakse tööks, asetatakse keskkonda, mille temperatuur on 1, ja ülejäänud 2 mittetöötava ristmiku temperatuur hoitakse konstantsena, siis f(0) = const ja EAB(1) = f(1) – C= f1(1). olenemata termoelektroodide ühendamisest (jootmine, keevitamine jne). Seega on termopaari loomulikuks sisendväärtuseks selle tööristmiku temperatuur ja väljundväärtuseks termo-e. d.s., mille termopaar arendab 2 mittetöötava ristmiku rangelt konstantsel temperatuuril.

Termopaaride jaoks kasutatavad materjalid. Tabelis Joonisel 1 on kujutatud termo-emf, mis on välja töötatud erinevate termoelektroodidega, mis on paaris plaatinaga töötava ristmiku temperatuuril 1 = 100°C ja mittetöötava ristmiku temperatuuril 2 = 0°C. Termo-emfi sõltuvus . temperatuuril laias temperatuurivahemikus on tavaliselt mittelineaarne, seega ei saa tabeli andmeid laiendada kõrgematele temperatuuridele.

Tabel 1.

Materjal	Termiline emf, mV	Materjal	Termiline emf, mV



		Alumiiniumist


Molübdeen
		Pallaadium
Volfram
Manganiin

		Constantan


		Molübdeen

Tabeliandmete kasutamisel tuleb meeles pidada, et termoelektroodide poolt välja töötatud termo-emf. sõltuvad suuresti vähimatest lisanditest, mehaanilisest töötlemisest (kõvenemine) ja kuumtöötlemisest (kõvenemine, lõõmutamine).

Termopaaride projekteerimisel püütakse loomulikult kombineerida termoelektroode, millest üks arendab plaatinaga positiivse ja teine negatiivse termo-emfi. Sel juhul tuleb arvestada ka konkreetse termoelektroodi sobivusega kasutamiseks antud mõõtmistingimustes (keskkonna, temperatuuri jms mõju termoelektroodile).
Väljundi suurendamiseks emf. Termopaari moodustamiseks kasutatakse mitut termopaari. Termopaaride töökohad paiknevad kiirgust neelaval mustaks muutunud labal, külmad otsad massiivsel vaskrõngal, mis toimib jahutusradiaatorina ja on kaetud ekraaniga. Tänu rõnga massiivsusele ja heale soojusülekandele võib vabade otste temperatuuri pidada konstantseks ja võrdseks toatemperatuuriga.

Termopaari mõõtmiste vead ja parandused.

Mõõteseade või elektrooniline mõõtesüsteem ühendatakse kas termoelektroodide otstega (joonis 2, a) või ühe nende vahega (joonis 2, b).

Joon.2 Mõõteseadme ühendamine termopaariga

Viga, mis on põhjustatud termopaari mittetöötavate ristmike temperatuurimuutustest. Termopaari kalibreerimine toimub mittetöötavate ristmike temperatuuril, mis on võrdne nulliga. Kui termoelektrilise püromeetri praktilise kasutamise ajal erineb mittetöötavate ristmike temperatuur 0 ° C-st väärtusega 0, siis tuleb termomeetri näitudes teha asjakohane korrektsioon.

Siiski tuleb meeles pidada, et emf-i mittelineaarse seose tõttu. termopaari ja tööristmiku temperatuuri korral ei ole osuti näitude korrektsiooni suurus, kalibreeritud otse kraadides, võrdne vabade otste temperatuuride erinevusega 0.
Korrektsiooni suurus on seotud vabade otste temperatuuride erinevusega koefitsiendi k kaudu, mida nimetatakse mittetöötavate otste temperatuuri parandusteguriks. K väärtus on kõvera iga lõigu jaoks erinev, seetõttu jagatakse kalibreerimiskõver 100° C lõikudeks ja iga lõigu jaoks määratakse k väärtus.

Selliste seadmete puuduseks on vajadus silla toiteks vooluallika järele ja selle allika pinge muutustest põhjustatud lisavea ilmnemine.

Viga liini, termopaari ja osuti temperatuuri muutuste tõttu. Termoelektrilistes termomeetrites termo-emf mõõtmiseks. Kasutatakse nii tavalisi millivoltmeetreid kui ka käsitsi või automaatse tasakaalustamisega väikese takistusega kompensaatoreid mõõtepiiriks kuni 100 mV.

Juhtudel, kui termo-emf. mõõdetakse kompensaatoriga, nagu teada, ei mängi mingit rolli termo-emf-ahela takistus. Samadel juhtudel, kui termo-emf. millivoltmeetriga mõõdetuna võib kõigi termo-emf-ahela moodustavate elementide takistuste muutumise tõttu tekkida viga; seetõttu tuleb püüda juhtmete ja termopaari enda püsiva takistuse väärtuse poole

Tööstuslikud termopaarid

Tööstuslike termopaaride peamised parameetrid:

tabel 2

Termopaari tähistus	Termoelektroodide tähistus	Materjalid	Mõõtmispiirid pikaajaliseks kasutamiseks	Ülemine mõõtepiir lühiajaliseks kasutamiseks
		Plaatinoodium (10% roodium) plaatina	-20 kuni 1300
		Platinoroodium (30% roodium)
		Chromel-alumel
		Chromel-kopel

Temperatuuride mõõtmiseks alla -50 °C saab kasutada spetsiaalseid termopaare, näiteks vask-konstantan (kuni ~ -270 °C), vask-copel (kuni -200 °C) jne. Temperatuuride mõõtmiseks üle 1300 -1800 ° Termopaarid on valmistatud tulekindlate metallide baasil: iriidium-reenium-iriidium (kuni 2100 ° C), volfram-reenium (kuni 2500 ° C), põhinevad siirdemetallide karbiididel - titaan, tsirkoonium, nioobium, taalia, hafnium
(teoreetiliselt kuni 3000-3500 ° C), põhinevad süsinik- ja grafiitkiududel.
Peamiste tüüpide termopaaride kalibreerimisomadused on toodud tabelis. 3. See tabel näitab töötava ristmiku temperatuuri kraadides
Toodud on Celsiuse temperatuur ja termo-emf väärtused. vastavad termopaarid millivoltides vabade otste temperatuuril 0 ° C.

Tabel 3

Lõpetamise tähistus	Tööühenduse temperatuur
	12.2, 16.40, 20.65, 24.91, 33.32, 41.26, 48.87
	2.31, 3.249, 4.128, 5.220, 7.325, 9.564, 11.92, 14.33, 16.71
	4.913, 6.902, 9.109, 11.47, 13.92

Tõelise termo-emfi kõrvalekalded on lubatud. tabelis toodud väärtustest. 3, tabelis näidatud väärtuste järgi. 4.

Tabel 4

Tööstusliku tüüpi termopaari disain. See on mitteväärismetallist termoelektroodidega termopaar, mis paikneb liitkaitsetorus, mille kinnitamiseks on liikuv äärik. Termopaari töötav ühenduskoht on isoleeritud otsaga. Termoelektroodid on isoleeritud varrastega. Kaitsetoru koosneb töötavast ja mittetöötavast sektsioonist. Liigutatav äärik kinnitatakse kruviga toru külge. Termopaari peal on valatud korpus, mille kate on kinnitatud kruvidega; Pea on tugevdatud portselanpatjadega (kruvidega), millel on ujuvad (lahtised) klambrid, mis võimaldavad termoelektroodidel temperatuuri mõjul pikenemist ilma mehaaniliste pingeteta, mis viivad termoelektroodide kiirele hävimisele. Termoelektroodid kinnitatakse nende klambrite külge kruvidega ja ühendusjuhtmed kinnitatakse kruvidega. Need juhtmed läbivad asbesttihendiga liitmiku.

Väärismetallist termopaaride jaoks kasutatakse sageli mittemetallist torusid (kvarts, portselan jne), kuid sellised torud on mehaaniliselt haprad ja kallid. Õige koostisega portselantorusid saab kasutada temperatuuril kuni 1300-1400°C.
Asbesti kasutatakse termoelektroodide isoleerimiseks üksteisest kuni 300°C, kvartstorusid või helmeid kuni 1000°C, portselantorusid kuni 1300C Madalate temperatuuride mõõtmisel kasutatavate laboratoorsete termopaaride jaoks kasutatakse ka kuni 150 kraadini kuumakindlat kummi. °C, siid kuni 100 -120°C, email kuni 150-200°C.

Keskmise ja kõrge temperatuuri kontaktelektriliste mõõtmiste meetodid termopaaride abil

Termomeetrias loetakse temperatuure vahemikus 500 (hõõgumise algus) kuni 1600 °C (valgesoojus) ja kõrgeid temperatuure 1600 kuni 2500 °C, milleni on võimalik laiendada termoelektrilist meetodit kasutades kõrget temperatuuri, soojust. - vastupidavad materjalid.
Termoelektrilise meetodi põhimõtet ja termoelektroodide põhiomadusi käsitleti eespool punktis 1. Selle meetodi kasutamisel keskmiste ja kõrgete temperatuuride mõõtmiseks on peamine probleem termoelektroodide kaitsmine keskkonna hävitavate keemiliste ja termiliste mõjude eest. Sel eesmärgil on termopaarid varustatud tulekindlatest materjalidest valmistatud katete, torude või korkide kujul olevate kaitseliitmikega. Kaitsekesta põhinõue on kõrge struktuurne tihedus ja temperatuuritaluvus.

Temperatuuride mõõtmisel alla 1300 °C kasutatakse portselankatteid, kõrgematel temperatuuridel - tulekindlatest materjalidest (nagu korund, alumiiniumoksiid, berüllium või toorium) valmistatud korke, mis on täidetud inertgaasiga.

Termopaaride kasutusea sõltuvus kaitsekesta poorsusest.

Kehade pinnatemperatuuri mõõtmisel on eriliseks raskuseks termopaari tööristmiku kokkupuude kuumutatava keha pinnaga.
Kontakti parandamiseks kasutatakse termopaare, mille tööristmik on tehtud lindi või plaadi kujul. Selline tööristmiku konfiguratsioon deformatsiooni ajal võimaldab reprodutseerida mõõteobjekti pinda.

Temperatuuride mõõtmiseks kuni 2000-2500 °C kasutatakse volfram- või iriidiumtermopaare. Nende kasutamise eripäraks on mõõtmine vaakumis, inertses või redutseerivas keskkonnas, kuna need oksüdeeruvad õhus. Volfram-molübdeen termopaari tundlikkus on 7 μV/K ja volfram-reeniumi termopaari 13 μV/K.
Kõrgetel temperatuuridel kasutatakse tulekindlatest materjalidest termopaare (titaankarbiidi - grafiit, tsirkooniumkarbiidi - tsirkooniumboriid ja molübdeendisilitsiid - volframdisilitsiid paarid). Sellistes termopaarides on silindrilise elektroodi (läbimõõt umbes 15 mm) sees teine varraselektrood, mis on toru ühes otsas ühendatud esimese elektroodiga.

Tulekindlatest materjalidest termopaaride tundlikkus ulatub 70 μV/K-ni, kuid nende kasutamine piirdub inertse ja redutseeriva keskkonnaga.
Väärismetallist termopaaridega sulametalli temperatuuri mõõtmiseks kasutatakse meetodit, mis hõlmab termopaari kastmist metalli tööks ohutuks ajaks. Sel juhul termopaar lühikest aega(0,4-0,6 s) sukeldatakse kontrollitud keskkonda ja mõõdetakse tööristmiku temperatuuri tõusu kiirust. Teades seost termopaari kuumenemiskiiruse (selle termilise inertsi) ja temperatuurikeskkonna vahel, saate arvutada mõõdetud temperatuuri väärtuse. Seda meetodit kasutatakse sulametalli (2000-2500 C) ja gaasivoolu (1800 C) mõõtmiseks.

Termopaar (termoelektriline muundur) on seade, mida kasutatakse temperatuuri mõõtmiseks tööstuses, teaduslikud uuringud, meditsiin, automaatikasüsteemides.

Tööpõhimõte põhineb Seebecki efektil ehk teisisõnu termoelektrilisel efektil. Ühendatud juhtide vahel on kontaktpotentsiaalide erinevus; kui rõngasse ühendatud juhtide liitekohad on sama temperatuuriga, on selliste potentsiaalide erinevuste summa võrdne nulliga. Kui vuugid on erinevatel temperatuuridel, sõltub nendevaheline potentsiaalide erinevus temperatuuride erinevusest. Proportsionaalsuse koefitsienti selles sõltuvuses nimetatakse termo-EMF koefitsiendiks. Erinevatel metallidel on erinevad termo-emf koefitsiendid ja vastavalt sellele on erinevate juhtide otste vahel tekkiv potentsiaalide erinevus erinev. Asetades nullist erineva termo-emf koefitsiendiga metallide ristmiku temperatuuriga keskkonda T 1, saame pinge erineval temperatuuril asuvate vastaskontaktide vahel T 2, mis on võrdeline temperatuuride erinevusega T 1 ja T 2 .

Termopaaride eelised

Temperatuuri mõõtmise kõrge täpsus (kuni ±0,01 °C).
Suur temperatuuri mõõtmisvahemik: -250 °C kuni +2500 °C.
Lihtsus.
Odavus.
Töökindlus

Temperatuuri mõõtmise suure täpsuse saavutamiseks (kuni ±0,01 °C) on vajalik termopaari individuaalne kalibreerimine.
Näiteid mõjutab tõusutoru temperatuur, mida tuleb korrigeerida. Kaasaegsed termopaaril põhinevad arvestid kasutavad külma ühendusploki temperatuuri mõõtmist sisseehitatud termistori või pooljuhtanduri abil ja korrigeerivad automaatselt mõõdetud emf-i.
Peltieri efekt (näitude võtmise ajal on vaja välistada voolu vool läbi termopaari, kuna seda läbiv vool jahutab kuuma ristmikku ja soojendab külma).
TEMF-i sõltuvus temperatuurist on oluliselt mittelineaarne. See tekitab raskusi sekundaarsete signaalimuundurite väljatöötamisel.
Termoelektrilise ebahomogeensuse tekkimine juhtmetes äkiliste temperatuurimuutuste, mehaaniliste pingete, korrosiooni ja keemiliste protsesside tagajärjel põhjustab kalibreerimisomaduste muutusi ja vigu kuni 5 K.
Termopaari ja pikendusjuhtmete pikkade pikkuste korral võib olemasolevatele elektromagnetväljadele tekkida antenniefekt.

Termopaaride tehnilised nõuded määratakse GOST 6616-94 järgi. Termoelektriliste termomeetrite (NSH), tolerantsiklasside ja mõõtevahemike standardtabelid on toodud standardis IEC 60584-1.2 ja GOST R 8.585-2001.

plaatina-roodium-plaatina - TPP13 - tüüp R
plaatina-roodium-plaatina - TPP10 - tüüp S
plaatinaroodium-plaatinaroodium – TPR – tüüp B
raud-konstantaan (raud-vask-nikkel) TLC - tüüp J
vask-konstantaan (vask-vask-nikkel) TMKn - T-tüüp
nikrosil-nisil (nikkel-kroom-nikkel-räni) TNN - tüüp N.
kromel-alumel - THA - tüüp K
Chromel-Constantan THCn – tüüp E
chromel-copel - THC - tüüp L
vask-copel - TMK - tüüp M
sil-siliin – TCC – I tüüp
volfram ja reenium - volframreenium - TVR - tüüp A-1, A-2, A-3

Veebikalkulaatori kasutamiseks peate väljale "Thermo-EMF (mV)" sisestama termopaari termo-EMF väärtuse, arvestama ka sellega, et temperatuur kuvatakse ilma temperatuuri arvestamata keskkond. Kasutamise hõlbustamiseks Interneti-kalkulaator väljal "Ümbritsev temperatuur". keskkond" peate sisestama ümbritseva õhu temperatuuri °C-des ja kõik näidud on lekkinud ümbritseva õhu temperatuuriga.

Interneti-kalkulaator termo-EMF-i muutmine temperatuuriks (°C) kromel-alumiini termopaari jaoks - TXA – tüüp K.

Interneti-kalkulaator

kromel-alumel tüüp - TXA – tüüp K.

Interneti-kalkulaator termo-EMF-i teisendamine temperatuuriks (°C) termopaari tüübi jaoks

kromel-copel - TXK – tüüp L.