Pasakos

Matavimo technologija. Termoporos elektrovaros jėgos ir savitojo termo-emf nustatymas

9.1. Darbo tikslas

Termoporos termoelektrovarinės jėgos priklausomybės nuo temperatūrų skirtumo tarp sandūrų nustatymas.

Uždaroje grandinėje (9.1 pav.), susidedančioje iš skirtingų laidininkų (arba puslaidininkių) A ir B, atsiranda elektrovaros jėga (emf) E T ir teka srovė, jei šių laidininkų 1 ir 2 kontaktai palaikomi skirtingomis temperatūromis T 1 ir T 2. Šis e.m.f. vadinama termoelektrovaros jėga (termo-emf), o dviejų skirtingų laidininkų elektros grandinė vadinama termopora. Pasikeitus sandūros temperatūrų skirtumo ženklui, pasikeičia termoporos srovės kryptis. Tai
reiškinys vadinamas Seebecko fenomenu.

Yra žinomos trys termo-EMF atsiradimo priežastys: nukreipto krūvininkų srauto susidarymas laidininke esant temperatūros gradientui, elektronų įtraukimas fononais ir Fermio lygio padėties pasikeitimas. priklausomai nuo temperatūros. Pažvelkime į šias priežastis išsamiau.

Esant temperatūros gradientui dT / dl išilgai laidininko, elektronai jo karštajame gale turi didesnę kinetinę energiją, taigi ir didesnį chaotiško judėjimo greitį, palyginti su elektronais šaltajame gale. Dėl to iš karštojo laidininko galo į šaltąjį atsiranda lengvatinis elektronų srautas, šaltajame kaupiasi neigiamas krūvis, o karštajame lieka nekompensuotas teigiamas krūvis.

Kaupimas tęsiasi tol, kol susidaręs potencialų skirtumas sukelia vienodą elektronų srautą. Tokių potencialų skirtumų grandinėje algebrinė suma sukuria termo-emf tūrinį komponentą.

Be to, esamas temperatūros gradientas laidininke sukelia pirmenybinį fononų judėjimą (driftą) (laidininko kristalinės gardelės virpesių energijos kvantą) nuo karšto galo iki šaltojo galo. Tokio dreifo egzistavimas lemia tai, kad pačių fononų išsklaidyti elektronai pradeda kryptingai judėti iš karšto galo į šaltąjį. Elektronų kaupimasis šaltajame laidininko gale ir elektronų išeikvojimas karštajame gale lemia termo-emf fonono komponento atsiradimą. Be to, esant žemai temperatūrai, šio komponento indėlis yra pagrindinis šiluminio emf atsiradime.

Dėl abiejų procesų laidininko viduje atsiranda elektrinis laukas, nukreiptas į temperatūros gradientą. Šio lauko stiprumą galima pavaizduoti kaip

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

kur β = dφ / dT.

Sąryšis (9.1) elektrinio lauko stiprumą E susieja su temperatūros gradientu dT/dl. Gautas laukas ir temperatūros gradientas turi priešingas kryptis, todėl turi skirtingus ženklus.

Laukas, apibrėžtas išraiška (9.1), yra išorinių jėgų laukas. Integravę šio lauko stiprumą grandinės AB atkarpoje (9.1 pav.) nuo 2 sankryžos iki sandūros 1 ir darydami prielaidą, kad T 2 > T 1, gauname šiame skyriuje veikiančio šiluminio emf išraišką:

(Ženklas pasikeitė, kai pasikeitė integravimo ribos.) Panašiai nustatome šiluminę emf, veikiančią B sekcijoje nuo 1 sankryžos iki 2 sankryžos.

Trečioji termo-emf atsiradimo priežastis. priklauso nuo Fermio lygio padėties temperatūros, kuri atitinka aukščiausią elektronų užimamą energijos lygį. Fermio lygis atitinka Fermio energiją E F, kurią elektronai gali turėti šiame lygyje.

Fermi energija yra didžiausia energija, kurią metalo laidumo elektronai gali turėti esant 0 K. Kuo didesnis elektronų dujų tankis, tuo didesnis bus Fermio lygis. Pavyzdžiui (9.2 pav.) E FA yra Fermi energija metalui A, o E FB metalui B. E PA ir E PB reikšmės yra atitinkamai didžiausia metalų A ir B elektronų potencinė energija. Kai susiliečia du skirtingi metalai A ir B, Fermio lygių skirtumas (E FA > E FB) lemia elektronų perėjimą iš metalo A (su aukštesniu lygiu) į metalą B (su žemas Fermi lygis).

Šiuo atveju metalas A įkraunamas teigiamai, o metalas B neigiamai. Dėl šių krūvių pasikeičia metalų energijos lygiai, įskaitant Fermio lygius. Kai tik Fermi lygiai išlyginami, išnyksta priežastis, dėl kurios elektronai perkeliami iš metalo A į metalą B, ir tarp metalų susidaro dinaminė pusiausvyra. Iš pav. 9.2 aišku, kad metalo A elektrono potencinė energija yra mažesnė nei B kiekiu E FA - E FB. Atitinkamai, potencialas metalo A viduje yra didesnis nei B viduje pagal kiekį)

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

Ši išraiška suteikia vidinio kontakto potencialo skirtumą. Šiuo dydžiu potencialas sumažėja pereinant nuo metalo A prie metalo B. Jei abi termoporos sandūros (žr. 9.1 pav.) yra vienodos temperatūros, tai kontaktinių potencialų skirtumai yra lygūs ir nukreipti priešingomis kryptimis.

Šiuo atveju jie kompensuoja vienas kitą. Yra žinoma, kad Fermio lygis, nors ir silpnai, priklauso nuo temperatūros. Todėl, jei 1 ir 2 sandūrų temperatūros skiriasi, skirtumas U AB (T 1) - U AB (T 2) ties kontaktais daro savo kontaktinį indėlį į termo-emf. Jis gali būti panašus į tūrinį terminį emf. ir yra lygus:

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

Paskutinė išraiška gali būti pavaizduota taip:

Gautas terminis emf. (ε T) susideda iš emf, veikiančio 1 ir 2 kontaktuose, ir emf, veikiančio A ir B sekcijas.

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

Pakeitę išraiškas (9.3) ir (9.6) į (9.7) ir atlikę transformacijas, gauname

kur α = β – ((1/l) (dE F / dT))

Dydis α vadinamas termo-emf koeficientu. Kadangi ir β, ir dE F / d T priklauso nuo temperatūros, koeficientas α taip pat yra T funkcija.

Atsižvelgiant į (9.9), termo-emf išraiška gali būti pateikta taip:

Dydis α AB vadinamas diferencialas arba pas efektyvus termo-EMF duota metalų pora. Jis matuojamas V/K ir labai priklauso nuo besiliečiančių medžiagų pobūdžio, taip pat temperatūros diapazono, siekiančio apie 10 -5 ÷10 -4 V/K. Mažame temperatūrų diapazone (0-100°C) specifinė šiluminė emf. silpnai priklauso nuo temperatūros. Tada formulė (9.11) gali būti pakankamai tiksliai pavaizduota formoje:

E T = α (T 2 - T 1)

Puslaidininkiuose, skirtingai nei metaluose, yra stipri krūvininkų koncentracijos ir jų judrumo priklausomybė nuo temperatūros. Todėl aukščiau aptarti efektai, lemiantys šiluminio emf susidarymą, yra ryškesni puslaidininkiuose, specifinėje šiluminėje emf. daug didesnis ir pasiekia 10-3 V/K vertes.

9.3. Laboratorijos įrengimo aprašymas

Ištirti termo-emf priklausomybę. dėl temperatūrų skirtumo tarp sandūrų (kontaktų), šiame darbe naudojame termoporą iš dviejų vielos gabalų, kurių vienas yra chromo lydinys (chromelis), o kitas aliuminio lydinys (alumel). Viena sandūra kartu su termometru dedama į indą su vandeniu, kurio temperatūrą T 2 galima keisti kaitinant ant elektrinės viryklės. Kitos sandūros T 1 temperatūra palaikoma pastovi (9.3 pav.). Gautas terminis emf. matuojamas skaitmeniniu voltmetru.

9.4. Eksperimento procedūra ir rezultatų apdorojimas
9.4.1. Eksperimentinė technika

Darbe naudojami tiesioginiai termoporoje susidarančio emf matavimai. Sankryžų temperatūra nustatoma pagal vandens temperatūrą induose termometru (žr. 9.3 pav.)

9.4.2. Darbo tvarka

Prijunkite voltmetro maitinimo laidą.
Paspauskite maitinimo mygtuką skaitmeninio voltmetro priekiniame skydelyje. Leiskite prietaisui sušilti 20 minučių.
Atsukite termoporos stovo spaustuką, pakelkite jį ir pritvirtinkite. Į abi stiklines supilkite šaltą vandenį. Termoporos jungtis įmeskite į stiklines maždaug iki pusės vandens gylio.
Užrašykite tai į lentelę. 9.1 sandūrų (vandens) pradinės temperatūros T 1 reikšmė pagal termometrą (kitai sandūrai ji išlieka pastovi viso eksperimento metu).
Įjunkite elektrinę viryklę.
Įrašykite emf reikšmes. ir temperatūros T 2 lentelėje. 9,1 kas dešimt laipsnių.
Kai vanduo užvirs, išjunkite elektrinę viryklę ir voltmetrą.

9.4.3. Matavimo rezultatų apdorojimas

Remdamiesi matavimo duomenimis, sudarykite emf grafiką. termoporos 8T (ordinačių ašis) nuo temperatūrų skirtumo tarp sandūrų ΔT = T 2 - T 1 (abscisių ašis).
Naudodami gautą E T tiesinės priklausomybės nuo ∆T grafiką, nustatykite specifinę šiluminę emf. pagal formulę: α = ΔE T / Δ(ΔT)

9.5. Kontrolinis sąrašas

Kokia yra Seebecko fenomeno esmė ir pobūdis?
Kas sukelia termo-emf tūrinio komponento atsiradimą?
Kas sukelia termo-emf fonono komponento atsiradimą?
Kas lemia kontaktinio potencialo skirtumo atsiradimą?
Kokie prietaisai vadinami termoporomis ir kur jie naudojami?
Kokia yra Peltier ir Thomson reiškinių esmė ir prigimtis?

Saveljevas I.V. Bendrosios fizikos kursas. T.3. - M.: Nauka, 1982. -304 p.
Epifanov G.I. Kietojo kūno fizika. M.: Aukštoji mokykla, 1977. - 288 p.
Sivukhin D.V. Bendrasis fizikos kursas. Elektra. T.3. - M.: Nauka, 1983. -688 p.
Trofimova T.I. Fizikos kursas. M.: Aukštoji mokykla, 1985. - 432 p.
Detlafas A. A., Yavorsky V. M. Fizikos kursas. M.: Aukštoji mokykla, 1989. - 608 p.

Termoelektriniai keitikliai. Veikimo principas, naudojamos medžiagos.

Terminis keitiklis – tai keitiklis, kurio veikimo principas pagrįstas šiluminiais procesais ir kurio natūralus įėjimo dydis yra temperatūra. Tokie keitikliai apima termoporos ir termistoriai, metaliniai ir puslaidininkiniai. Pagrindinė šiluminės konversijos lygtis yra šilumos balanso lygtis, kurios fizikinė reikšmė yra ta, kad visa į keitiklį tiekiama šiluma eina padidinti jo šilumos kiekį QTC, taigi, jei keitiklio šilumos kiekis nesikeičia (temperatūra ir agregacijos būsena nesikeičia), tada kiekis Gautos šilumos kiekis per laiko vienetą yra lygus atiduodamos šilumos kiekiui. Į keitiklį tiekiama šiluma yra šilumos kiekio Qel, susidariusio dėl elektros energijos išsiskyrimo jame, ir šilumos kiekio Qto, patenkančio į keitiklį arba jo išskiriamo dėl šilumos mainų su keitikliu, suma. aplinką.

Termoelektros fenomeną 1823 m. atrado Seebeckas ir jis yra toks. Jei sudarysite dviejų skirtingų laidininkų (arba puslaidininkių) A ir B grandinę, sujungdami juos vienas su kitu jų galuose (1 pav.), o vieno prijungimo taško temperatūrą 1 paversdami skirtinga nuo kito temperatūros 0, tada grandinėje atsiras emf. , vadinamas termoelektromotorine jėga (termo-emf) ir vaizduojantis temperatūrų, laidininkų sandūrų funkcijų skirtumą.

Tokia grandinė vadinama termoelektriniu keitikliu arba kitaip termopora; laidininkai, sudarantys termoporą, vadinami termoelektrodais, o jų jungtys – sandūromis.

1 pav.

Esant nedideliam temperatūrų skirtumui tarp sandūrų, termo-emf. gali būti laikomas proporcingu temperatūrų skirtumui.

Patirtis rodo, kad bet kuriai vienalyčių laidininkų porai, kuri atitinka Ohmo dėsnį, termo-emf dydis. priklauso tik nuo laidininkų pobūdžio ir nuo sandūrų temperatūros ir nepriklauso nuo temperatūrų pasiskirstymo tarp sandūrų.

Termoporos veikimas pagrįstas Seebeck efektu. Seebecko efektas pagrįstas šiais reiškiniais. Jei išilgai laidininko yra temperatūros gradientas, elektronai karštajame gale sukuria didesnę energiją ir greitį nei tie, kurie yra šaltajame. Dėl to elektronų srautas vyksta iš karštojo galo į šaltąjį, o šaltajame kaupiasi neigiamas krūvis, o karštajame lieka nekompensuotas teigiamas krūvis. Kadangi vidutinė elektronų energija priklauso nuo laidininko pobūdžio ir didėja priklausomai nuo temperatūros, esant tam pačiam temperatūrų skirtumui, termo-EMF skirtingų laidininkų galuose skirsis:

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

kur T1 ir T2 yra atitinkamai karšto ir šalto galų temperatūros; k1 ir k2 yra koeficientai, kurie priklauso atitinkamai nuo 1 ir 2 laidininkų fizikinių savybių. Gautas potencialų skirtumas vadinamas tūriniu termo-EPC:

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

Vietose, kur lituojami skirtingi laidininkai, atsiranda kontaktinio potencialo skirtumas, kuris priklauso nuo gretimų paviršių ploto ir medžiagų ir yra proporcingas jų temperatūrai:

Ek1 = kpovT1; ek2 = kpovT2

Kur kpov yra liestinių metalų paviršių koeficientas. Dėl to atsiranda antrasis pradinės įtampos komponentas - kontaktinis termo-EPC:

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

Įtampa termoporos išėjime nustatoma kaip tūrinio ir kontaktinio termo-EMF suma:

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

Kur k yra perdavimo koeficientas.

Termoporos trūkumai:

Mažas jautrumas (apie 0,1 mV/°K);
- didelis pradinis atsparumas;
- poreikis palaikyti pastovią vieno iš galų temperatūrą.

Termoelektros reiškinys yra vienas iš grįžtamųjų reiškinių; atvirkštinį efektą 1834 m. atrado Jeanas Peltier ir pavadino jo vardu.
Jei elektros srovė praeina per grandinę, susidedančią iš dviejų skirtingų laidininkų arba puslaidininkių, vienoje sandūroje susidaro šiluma, o kitoje sugeriama. Peltier šiluma yra susijusi su srovės stiprumu tiesiniu ryšiu, skirtingai nuo Džaulio šilumos, ir, priklausomai nuo srovės krypties, sankryža šildoma arba vėsinama.
Sugerta arba išleista šiluminė galia yra proporcinga srovės stipriui, priklauso nuo sandūrą sudarančių medžiagų pobūdžio ir apibūdinama Peltier koeficientu.

Efektyvumas termoelektrinis generatorius priklauso nuo temperatūrų skirtumo ir medžiagų savybių, o esamoms medžiagoms yra labai mažas (esant = 300° neviršija = 13%, o esant = 100° reikšmė = 5%), todėl termoelektriniai generatoriai naudojami kaip energijos generatoriai tik ypatingomis sąlygomis. Efektyvumas termoelektrinis šildytuvas ir šaldytuvas taip pat yra labai maži, o aušinimo efektyvumas yra toks esant 5° temperatūrų skirtumui yra 9%, o esant 40° temperatūrų skirtumui - tik 0,6%; tačiau nepaisant tokio mažo efektyvumo, šaldymo įrenginiuose naudojami termoelementai. Matavimo technologijoje termoporos plačiai naudojamos temperatūrai matuoti; Be to, puslaidininkiniai termoelementai naudojami kaip atvirkštiniai šiluminiai keitikliai, paverčiantys elektros srovę į šilumos srautą ir temperatūrą.

Termopora su prijungta milivoltmetru, naudojama temperatūrai matuoti.
Jei viena termoporos jungtis, vadinama darbo jungtimi, yra patalpinta į aplinką, kurioje matuojama 1 temperatūra, o kitų 2, neveikiančių jungčių temperatūra palaikoma pastovi, tada f(0) = const ir EAB(1) = f(1) – C= f1(1). nepriklausomai nuo to, kaip termoelektrodai sujungti (litavimas, suvirinimas ir pan.). Taigi natūrali termoporos įvesties vertė yra jos darbinės sandūros temperatūra, o išėjimo vertė yra termo-e. d.s., kurį termopora sukuria esant griežtai pastoviai 2 neveikiančių sandūrų temperatūrai.

Termoporoms naudojamos medžiagos. Lentelėje 1 paveiksle parodytas termo-emf, kurį sukuria įvairūs termoelektrodai, suporuoti su platina, kai darbinės jungties temperatūra 1 = 100 ° C, o neveikiančios jungties temperatūra 2 = 0 ° C. Termo-emf priklausomybė . apie temperatūrą plačiame temperatūrų diapazone paprastai yra netiesinis, todėl lentelės duomenys negali būti išplėsti iki aukštesnių temperatūrų.

1 lentelė.

Medžiaga	Termo-emf, mV	Medžiaga	Termo-emf, mV



		Aliuminis


Molibdenas
		Paladis
Volframas
Manganinas

		Konstantanas


		Molibdenas

Naudojant lentelės duomenis, reikia turėti omenyje, kad termo-emf sukurta termoelektrodų. daugiausia priklauso nuo menkiausių priemaišų, mechaninio apdorojimo (grūdinimo) ir terminio apdorojimo (grūdinimo, atkaitinimo).

Projektuojant termoporas natūraliai stengiamasi derinti termoelektrodus, kurių vienas sukuria teigiamą termoemfą su platina, o kitas – neigiamą termoemfą. Šiuo atveju taip pat būtina atsižvelgti į konkretaus termoelektrodo tinkamumą naudoti tam tikromis matavimo sąlygomis (aplinkos, temperatūros ir kt. įtaka termoelektrodui).
Norėdami padidinti išėjimo emf. Termopilui suformuoti naudojamos kelios termoporos. Termoporų darbinės jungtys yra ant pajuodusios skilties, kuri sugeria spinduliuotę, šaltieji galai yra ant masyvaus vario žiedo, kuris tarnauja kaip šilumos kriaukle ir yra padengtas ekranu. Dėl žiedo masyvumo ir gero šilumos perdavimo laisvųjų galų temperatūra gali būti laikoma pastovia ir lygi kambario temperatūrai.

Termoporos matavimų klaidos ir pataisymai.

Prie termoelektrodų galų (2 pav., a) arba prie vieno iš jų tarpelio (2 pav., b) prijungiamas matavimo prietaisas arba elektroninė matavimo sistema.

2 pav. Matavimo prietaiso prijungimas prie termoporos

Klaida, atsiradusi dėl neveikiančių termoporos sandūrų temperatūros pokyčių. Termoporos kalibravimas atliekamas esant neveikiančių jungčių temperatūrai, lygiai nuliui. Jei praktiškai naudojant termoelektrinį pirometrą neveikiančių jungčių temperatūra skiriasi nuo 0 ° C reikšme 0, tuomet reikia įvesti atitinkamą termometro rodmenų pataisą.

Tačiau reikia turėti omenyje, kad dėl netiesinio ryšio tarp emf. termoporos ir darbinės sandūros temperatūra, rodyklės rodmenų korekcijos dydis, kalibruotas tiesiogiai laipsniais, nebus lygus laisvųjų galų temperatūrų skirtumui 0.
Pataisos dydis yra susijęs su temperatūrų skirtumu tarp laisvųjų galų per koeficientą k, vadinamą neveikiančių galų temperatūros pataisos koeficientu. Kiekvienai kreivės atkarpai k reikšmė yra skirtinga, todėl kalibravimo kreivė yra padalinta į 100° C atkarpas ir kiekvienai atkarpai nustatoma k reikšmė.

Tokių įrenginių trūkumas yra srovės šaltinio poreikis maitinti tiltą ir papildomos klaidos atsiradimas dėl šio šaltinio įtampos pokyčių.

Klaida dėl linijos, termoporos ir rodyklės temperatūros pokyčių. Termoelektriniuose termometruose termo-emf matuoti. Naudojami ir įprasti milivoltmetrai, ir mažos varžos kompensatoriai su rankiniu arba automatiniu balansavimu matavimo ribai iki 100 mV.

Tais atvejais, kai termo-emf. matuojamas kompensatoriumi, termo-emf grandinės varža, kaip žinoma, nevaidina. Tais pačiais atvejais, kai termo-emf. matuojant milivoltmetru, gali atsirasti klaida dėl visų termo-emf grandinę sudarančių elementų varžų pokyčių; todėl reikia siekti pastovios laidų ir pačios termoporos varžos vertės

Pramoninės termoporos

Pagrindiniai pramoninių termoporų parametrai:

2 lentelė

Termoporos žymėjimas	Termoelektrodų žymėjimas	Medžiagos	Ilgalaikio naudojimo matavimo ribos	Viršutinė matavimo riba trumpalaikiam naudojimui
		Platinorhodium (10% rodžio) platina	Nuo -20 iki 1300
		Platinorodis (30% rodžio)
		Chromel-alumelis
		Chromel-kopelis

Žemesnėms nei -50 °C temperatūroms matuoti gali būti naudojamos specialios termoporos, pvz., varis - konstantas (iki ~ - 270 °C), varis - copel (iki -200 °C) ir kt. Temperatūroms virš 1300 matuoti -1800° Termoporos gaminamos iš ugniai atsparių metalų: iridžio-renio-iridio (iki 2100°C), volframo-renio (iki 2500°C), pereinamųjų metalų karbidų pagrindu - titano, cirkonio, niobio, talio, hafnio.
(teoriškai iki 3000-3500 ° C), anglies ir grafito pluoštų pagrindu.
Pagrindinių tipų termoporų kalibravimo charakteristikos pateiktos lentelėje. 3. Šioje lentelėje parodyta darbinės sandūros temperatūra laipsniais
Pateiktos Celsijaus ir termo-emf reikšmės. atitinkamos termoporos milivoltais, kai laisvųjų galų temperatūra yra 0 ° C.

3 lentelė

Baigimo žymėjimas	Darbinė sankryžos temperatūra
	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

Leidžiami tikrojo termo-emf nukrypimai. nuo lentelėje pateiktų verčių. 3, pagal lentelėje nurodytas vertes. 4.

4 lentelė

Pramoninio tipo termoporos dizainas. Tai termopora su termoelektrodais, pagamintais iš netauriųjų metalų, esančiame kompozitiniame apsauginiame vamzdyje su judančiu flanšu, skirtas jo tvirtinimui. Darbinė termoporos jungtis yra izoliuota antgaliu. Termoelektrodai izoliuoti strypais. Apsauginis vamzdis susideda iš darbinės ir neveikiančios sekcijos. Judamas flanšas yra pritvirtintas prie vamzdžio varžtu. Termoelemento galvutė turi lietinį korpusą su dangteliu, pritvirtintu varžtais; Galvutė sutvirtinta porcelianinėmis pagalvėlėmis (sraigtais) su plaukiojančiais (laisvais) spaustukais, kurie leidžia termoelektrodams pailgėti veikiant temperatūrai be mechaninių įtempimų, dėl kurių termoelektrodai greitai sunaikinami. Prie šių apkabų termoelektrodai tvirtinami varžtais, o jungiamieji laidai – varžtais. Šie laidai praeina per jungtį su asbesto sandarikliu.

Tauriųjų metalų termoporoms dažnai naudojami nemetaliniai vamzdeliai (kvarco, porceliano ir kt.), tačiau tokie vamzdžiai yra mechaniškai trapūs ir brangūs. Tinkamos sudėties porcelianiniai vamzdžiai gali būti naudojami iki 1300-1400°C temperatūroje.
Asbestas izoliuojamas vienas nuo kito termoelektrodams iki 300°C, kvarciniams vamzdeliams ar karoliukams iki 1000°C, porcelianiniams vamzdžiams iki 1300C. Laboratorinėms termoporoms, naudojamoms matuoti žemą temperatūrą, karščiui atspari guma taip pat naudojama iki 150 °C, šilko iki 100 -120°C, emalio iki 150-200°C.

Vidutinės ir aukštos temperatūros kontaktinių elektrinių matavimų metodai termoporomis

Termometrijoje temperatūra nuo 500 (švytėjimo pradžia) iki 1600 °C (balta karštis) laikoma vidutine, o aukšta – nuo 1600 iki 2500 °C, iki kurios galima išplėsti termoelektrinį metodą naudojant aukštą temperatūrą, šilumą. - atsparios medžiagos.
Termoelektrinio metodo principas ir pagrindinės termoelektrodų savybės buvo aptartos pirmiau 1 dalyje. Pagrindinis klausimas naudojant šį metodą vidutinei ir aukštai temperatūrai matuoti yra termoelektrodų apsauga nuo žalingo cheminio ir šiluminio aplinkos poveikio. Šiuo tikslu termoporose yra apsauginės detalės, pagamintos iš ugniai atsparių medžiagų dangtelių, vamzdelių ar dangtelių. Pagrindinis apsauginio apvalkalo reikalavimas yra didelis konstrukcijos tankis ir atsparumas temperatūrai.

Matuojant žemesnes nei 1300 °C temperatūras, naudojami porcelianiniai dangčiai, aukštesnėje temperatūroje - iš ugniai atsparių medžiagų (pavyzdžiui, korundo, aliuminio oksido, berilio ar torio) pagaminti dangteliai, užpildyti inertinėmis dujomis.

Termoporų eksploatavimo trukmės priklausomybė nuo apsauginio apvalkalo poringumo.

Matuojant kūnų paviršiaus temperatūrą, ypatingas sunkumas yra termoporos darbinės jungties kontaktas su šildomo kūno paviršiumi.
Siekiant pagerinti kontaktą, naudojamos termoporos, kurių darbinė jungtis yra pagaminta juostos arba plokštės pavidalu. Tokia darbinės jungties konfigūracija deformacijos metu leidžia atkurti matavimo objekto paviršių.

Temperatūroms iki 2000-2500 °C matuoti naudojamos volframo arba iridžio termoporos. Ypatinga jų naudojimo ypatybė yra matavimas vakuume, inertinėje arba redukcinėje aplinkoje, nes jie oksiduojasi ore. Volframo-molibdeno termoporos jautrumas yra 7 μV/K, o volframo-renio termoporos – 13 μV/K.
Esant aukštai temperatūrai, naudojamos termoporos, pagamintos iš ugniai atsparių medžiagų (titano karbido – grafito, cirkonio karbido – cirkonio borido ir molibdeno disilicido – volframo disilicido poros). Tokiose termoporose cilindrinio elektrodo (skersmuo apie 15 mm) viduje yra antras strypo elektrodas, prijungtas prie pirmojo elektrodo viename vamzdelio gale.

Termoporų, pagamintų iš ugniai atsparių medžiagų, jautrumas siekia 70 μV/K, tačiau jų naudojimas apsiriboja inertinėmis ir redukuojančiomis terpėmis.
Išlydyto metalo temperatūrai matuoti tauriųjų metalų termoporomis naudojamas metodas, kai termopora panardinama į metalą tokiam laikui, kuris yra saugus jos veikimui. Tokiu atveju termopora trumpam (0,4-0,6 s) panardinama į kontroliuojamą aplinką, matuojamas darbinės sandūros temperatūros kilimo greitis. Žinodami ryšį tarp termoporos šildymo greičio (jos šiluminės inercijos) ir temperatūros aplinkos, galite apskaičiuoti išmatuotos temperatūros reikšmę. Šiuo metodu matuojamas išlydytas metalas (2000-2500 C) ir dujų srautas (1800 C).

Termoelementas (termoelektrinis keitiklis) yra prietaisas, naudojamas temperatūrai matuoti pramonėje, moksliniuose tyrimuose, medicinoje ir automatikos sistemose.

Veikimo principas pagrįstas Seebeck efektu arba, kitaip tariant, termoelektriniu efektu. Tarp prijungtų laidininkų yra kontaktinio potencialo skirtumas; jei žiedu sujungtų laidininkų jungtys yra vienodos temperatūros, tokių potencialų skirtumų suma lygi nuliui. Kai jungtys yra skirtingos temperatūros, potencialų skirtumas tarp jų priklauso nuo temperatūrų skirtumo. Proporcingumo koeficientas šioje priklausomybėje vadinamas termo-EMF koeficientu. Skirtingi metalai turi skirtingus termo-emf koeficientus ir, atitinkamai, potencialų skirtumas, atsirandantis tarp skirtingų laidininkų galų, bus skirtingas. Patalpinant metalų sandūrą su nuliniais termo-emf koeficientais aplinkoje su temperatūra T 1, gauname įtampą tarp priešingų kontaktų, esančių skirtingoje temperatūroje T 2, kuris bus proporcingas temperatūros skirtumui T 1 ir T 2 .

Termoporų privalumai

Didelis temperatūros matavimo tikslumas (iki ±0,01 °C).
Didelis temperatūros matavimo diapazonas: nuo –250 °C iki +2500 °C.
Paprastumas.
Pigumas.
Patikimumas

Norint gauti aukštą temperatūros matavimo tikslumą (iki ±0,01 °C), reikalingas individualus termoporos kalibravimas.
Rodmenis įtakoja stovo temperatūra, kurią reikia pakoreguoti. Šiuolaikinės termoporos skaitiklių konstrukcijos naudoja šaltos jungties bloko temperatūros matavimą naudojant įmontuotą termistorių arba puslaidininkinį jutiklį ir automatiškai koreguoja išmatuotą emf.
Peltier efektas (matuojant rodmenis būtina neįtraukti srovės srauto per termoporą, nes per ją tekanti srovė aušina karštą sankryžą, o šildo šaltą).
TEMF priklausomybė nuo temperatūros yra labai netiesinė. Tai sukuria sunkumų kuriant antrinius signalo keitiklius.
Termoelektrinio nehomogeniškumo atsiradimas dėl staigių temperatūros pokyčių, mechaninių įtempių, korozijos ir cheminių procesų laiduose lemia kalibravimo charakteristikų pokyčius ir paklaidas iki 5 K.
Per ilgus termoporos ir ilginamuosius laidus esamiems elektromagnetiniams laukams gali atsirasti „antenos“ efektas.

Techninius reikalavimus termoporoms nustato GOST 6616-94. Standartinės termoelektrinių termometrų (NSH) lentelės, tolerancijos klasės ir matavimo diapazonai pateikiami IEC 60584-1.2 standarte ir GOST R 8.585-2001.

platina-rodis-platina - TPP13 - R tipas
platina-rodis-platina - TPP10 - S tipas
Platinumrhodium-platinumrhodium - TPR - B tipas
geležies-konstantano (geležies-vario-nikelio) TLC – J tipas
varis-konstantanas (varis-varis-nikelis) TMKn - T tipas
nichrosil-nizil (nikelis-chromas-nikelis-nikelis-silicis) TNN - N tipas.
chromelis-alumelis – THA – K tipas
chromelio konstantanas THCn – E tipas
chromelis-kopelis - THK - L tipas
varinis-kopelis - TMK - M tipas
sil-silinas – TSS – I tipas
volframas ir renis - volframas renis - TVR - tipas A-1, A-2, A-3

Norėdami naudoti internetinį skaičiuotuvą, laukelyje „Thermo-EMF (mV)“ turite įvesti termoelemento termo-EMF vertę; taip pat turėtumėte atsižvelgti į tai, kad temperatūra bus rodoma neatsižvelgiant į aplinkos temperatūros. Kad būtų patogiau naudotis internetiniu skaičiuotuvu, laukelyje „Aplinkos temperatūra“. aplinka“ turite įvesti aplinkos temperatūrą °C ir visi rodmenys bus su nutekėjusia aplinkos temperatūra.

Internetinis skaičiuotuvas termo-EMF konvertavimas į temperatūrą (°C) chromelio-alumelio termoporai - TXA – K tipas.

Internetinis skaičiuotuvas

chromo-alumelio tipas - TXA – K tipas.

Internetinis skaičiuotuvas termo-EMF konvertavimas į temperatūrą (°C) termoporos tipui

chromelis-kopelis - TXK – L tipas.