Үлгэрүүд

Хэмжих технологи. Термопарын цахилгаан хөдөлгөгч хүч ба хувийн термо-эмфийг тодорхойлох

9.1. Ажлын зорилго

Холболтын хоорондох температурын зөрүүгээс термопарын дулаан цахилгаан хөдөлгөгч хүчний хамаарлыг тодорхойлох.

А ба В ижил төстэй дамжуулагч (эсвэл хагас дамжуулагч) -аас бүрдэх хаалттай хэлхээнд (Зураг 9.1) цахилгаан хөдөлгөгч хүч (EMF) E T үүсч, эдгээр дамжуулагчийн 1 ба 2 контактыг өөр өөр температурт T 1 болон Т 2. Энэ э.м.ф. дулаан цахилгаан хөдөлгөгч хүч (termo-emf) гэж нэрлэдэг ба хоёр өөр өөр дамжуулагчийн цахилгаан хэлхээг термопар гэнэ. Холболтын температурын зөрүүний тэмдэг өөрчлөгдөхөд термопарын гүйдлийн чиглэл өөрчлөгдөнө. Энэ
Энэ үзэгдлийг Зебекийн үзэгдэл гэж нэрлэдэг.

Термо-EMF үүсэх гурван шалтгаан бий: температурын градиент байгаа үед дамжуулагч дахь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн чиглэсэн урсгал үүсэх, электронуудыг фононоор оруулах, Ферми түвшний байрлал өөрчлөгдөх. температураас хамаарна. Эдгээр шалтгааныг илүү нарийвчлан авч үзье.

Дамжуулагчийн дагуу температурын градиент dT / dl байгаа тохиолдолд түүний халуун төгсгөл дэх электронууд илүү их кинетик энергитэй байдаг тул хүйтэн төгсгөлийн электронуудтай харьцуулахад эмх замбараагүй хөдөлгөөний хурд өндөр байдаг. Үүний үр дүнд дамжуулагчийн халуун үзүүрээс хүйтэн төгсгөл хүртэл электронуудын давуу урсгал үүсч, хүйтэн төгсгөлд сөрөг цэнэг хуримтлагдаж, дулаан төгсгөлд нөхөн олговоргүй эерэг цэнэг үлддэг.

Үүссэн боломжит зөрүү нь электронуудын ижил урсгалыг үүсгэх хүртэл хуримтлал үргэлжилнэ. Хэлхээний ийм боломжит ялгааны алгебрийн нийлбэр нь термо-emf-ийн эзэлхүүний бүрэлдэхүүнийг үүсгэдэг.

Нэмж дурдахад дамжуулагч дахь одоо байгаа температурын градиент нь халуун төгсгөлөөс хүйтэн төгсгөл хүртэл фононуудын (дамжуулагчийн болор торны чичиргээний энергийн квант) давуу хөдөлгөөн (зөрөх) үүсэхэд хүргэдэг. Ийм шилжилт байгаа нь фононоор тараагдсан электронууд өөрсдөө халуун төгсгөлөөс хүйтэн рүү чиглэсэн хөдөлгөөн хийж эхэлдэг. Дамжуулагчийн хүйтэн төгсгөлд электронуудын хуримтлал, халуун төгсгөлд электронуудын хомсдол нь термо-эмфийн фонон бүрэлдэхүүн хэсэг гарч ирэхэд хүргэдэг. Түүнээс гадна, бага температурт энэ бүрэлдэхүүн хэсгийн хувь нэмэр нь дулааны emf үүсэхэд гол үүрэг гүйцэтгэдэг.

Хоёр процессын үр дүнд дамжуулагчийн дотор температурын градиент руу чиглэсэн цахилгаан орон гарч ирдэг. Энэ талбайн хүчийг дараах байдлаар илэрхийлж болно

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

Энд β = dφ / dT.

Харилцаа (9.1) нь цахилгаан орны хүчийг E температурын градиент dT / dl-тэй холбодог. Үүссэн талбар ба температурын градиент нь эсрэг чиглэлтэй тул өөр өөр шинж тэмдэгтэй байдаг.

(9.1) илэрхийллээр тодорхойлсон талбар нь гадны хүчний орон юм. Энэ талбайн хүчийг AB хэлхээний (Зураг 9.1) 2-р уулзвараас 1-р уулзвар хүртэлх хэсэгт нэгтгэж, T 2 > T 1 гэж үзвэл энэ хэсэгт ажиллаж буй дулааны нөлөөллийн илэрхийлэлийг олж авна.

(Интеграцчлалын хязгаар өөрчлөгдөхөд тэмдэг өөрчлөгдсөн.) Үүнтэй адилаар бид 1-р уулзвараас 2-р уулзвар хүртэлх В хэсэгт ажиллаж буй дулааны эмфийг тодорхойлно.

Thermo-emf үүсэх гурав дахь шалтгаан. Ферми түвшний байрлалын температураас хамаардаг бөгөөд энэ нь электронуудын эзэлдэг энергийн хамгийн дээд түвшинтэй тохирч байна. Ферми түвшин нь электронууд энэ түвшинд байж болох Ферми энерги E F-тэй тохирч байна.

Ферми энерги нь метал дахь дамжуулагч электронуудын 0 К-д байж болох хамгийн их энерги юм. Электрон хийн нягтрал их байх тусам Ферми түвшин өндөр байх болно. Жишээлбэл (Зураг 9.2) E FA нь А металлын хувьд Ферми энерги, В металлын хувьд E FB байна. E PA ба E PB утгууд нь А ба В металлын электронуудын хамгийн өндөр потенциал энерги юм. А ба В хоёр өөр металл хоорондоо холбогдоход Ферми түвшний ялгаа (E FA > E FB) байгаа нь А металлаас электрон шилжилтийг (илүү ихтэй) үүсгэдэг. өндөр түвшин) металл В руу (Ферми бага түвшин).

Энэ тохиолдолд А металл эерэг, В металл сөрөг цэнэгтэй болдог. Эдгээр цэнэгийн харагдах байдал нь шилжилтийг үүсгэдэг эрчим хүчний түвшинметаллууд, түүний дотор Ферми түвшин. Фермигийн түвшин тэнцүү болмогц электроныг А металлаас В металл руу шилжүүлэх шалтгаан арилж, металлуудын хооронд динамик тэнцвэр тогтдог. Зураг дээрээс. 9.2 А металл дахь электроны потенциал энерги нь B-ээс E FA - E FB хэмжээгээр бага байх нь тодорхой байна. Үүний дагуу А металлын доторх потенциал нь В-ээс их хэмжээгээр их байна)

U AB = (E FA - E FB) / л

Энэ илэрхийлэл нь дотоод контактын потенциалын зөрүүг өгдөг. А металлаас В метал руу шилжих үед потенциал нь энэ хэмжээгээр буурдаг бол термопарын уулзвар (9.1-р зургийг үз) хоёулаа ижил температурт байвал контактын потенциалын ялгаа нь тэнцүү бөгөөд эсрэг чиглэлд чиглэнэ.

Энэ тохиолдолд тэд бие биенээ нөхдөг. Ферми түвшин нь сул боловч температураас хамаардаг гэдгийг мэддэг. Тиймээс, 1 ба 2-р уулзваруудын температур өөр өөр байвал контактууд дахь U AB (T 1) - U AB (T 2) ялгаа нь термо-эмфэд контактын хувь нэмэр оруулдаг. Энэ нь эзэлхүүний дулааны emf-тэй харьцуулж болно. ба тэнцүү байна:

E контакт = U AB (T 1) - U AB (T 2) = (1/л) · ( + )

Сүүлийн илэрхийллийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Үүний үр дүнд дулааны EMF. (ε T) нь 1 ба 2-р контактуудад үйлчилдэг emf ба A ба B хэсгүүдэд ажилладаг emf-ээс бүрдэнэ.

E T = E 2A1 + E 1B2 + E контакт

(9.3) ба (9.6) илэрхийллүүдийг (9.7)-д орлуулж, хувиргалтыг хийснээр бид олж авна.

Энд α = β - ((1/л) (dE F / dT))

α хэмжигдэхүүнийг thermo-emf коэффициент гэж нэрлэдэг. β ба dE F / d T хоёулаа температураас хамаардаг тул α коэффициент нь T-ийн функц юм.

(9.9)-ийг харгалзан thermo-emf-ийн илэрхийлэлийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

α AB хэмжигдэхүүнийг нэрлэнэ дифференциалэсвэл цагт үр дүнтэй термо-EMFөгөгдсөн хос металл. Энэ нь V/K-ээр хэмжигддэг бөгөөд холбоо барих материалын шинж чанар, мөн температурын хязгаараас ихээхэн хамаардаг бөгөөд ойролцоогоор 10 -5 ÷10 -4 В/К хүрдэг. Температурын бага мужид (0-100 ° C) тодорхой дулааны EMF. температураас бага хамааралтай. Дараа нь (9.11) томъёог дараах хэлбэрээр хангалттай нарийвчлалтайгаар илэрхийлж болно.

E T = α (T 2 - T 1)

Хагас дамжуулагчийн хувьд металаас ялгаатай нь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентраци ба тэдгээрийн хөдөлгөөн нь температураас хүчтэй хамааралтай байдаг. Тиймээс дулааны EMF үүсэхэд хүргэдэг дээр дурдсан үр нөлөө нь хагас дамжуулагч, тодорхой дулааны emf-д илүү тод илэрдэг. хамаагүй том бөгөөд 10-3 В/К зэрэгт хүрдэг.

9.3. Лабораторийн төхөөрөмжийн тодорхойлолт

Thermo-emf-ийн хамаарлыг судлах. уулзвар (контакт) хоорондох температурын зөрүүний талаар бид энэ ажилд хоёр ширхэг утсаар хийсэн термопарыг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн нэг нь хром дээр суурилсан хайлш (хромел), нөгөө нь хөнгөн цагаан дээр суурилсан хайлш (alumel) юм. Нэг уулзварыг термометртэй хамт устай саванд хийж, T 2 температурыг цахилгаан зууханд халаах замаар өөрчилж болно. Бусад уулзвар T 1-ийн температурыг тогтмол байлгана (Зураг 9.3). Үүний үр дүнд дулааны EMF. дижитал вольтметрээр хэмждэг.

9.4. Туршилтын процедур ба үр дүнг боловсруулах
9.4.1. Туршилтын техник

Уг ажил нь термопард үүссэн emf-ийн шууд хэмжилтийг ашигладаг. Холболтын температурыг термометр ашиглан савны усны температураар тодорхойлно (9.3-р зургийг үз).

9.4.2. Ажлын захиалга

Вольтметрийн цахилгааны утсыг холбоно уу.
Тоон вольтметрийн урд талын самбар дээрх цахилгаан товчийг дарна уу. Төхөөрөмжийг 20 минутын турш халаана.
Термопарын тавиур дээрх хавчаарын боолтыг суллаж, дээш өргөөд бэхлэнэ. Хоёр аяганд хүйтэн ус хийнэ. Термопарын уулзваруудыг усны гүнд ойролцоогоор хагас хүртэл шилэнд хийнэ.
Үүнийг хүснэгтэд бичнэ үү. 9.1 Термометрийн дагуу уулзваруудын (ус) T 1 анхны температурын утга (бусад уулзварын хувьд энэ нь туршилтын туршид тогтмол хэвээр байна).
Цахилгаан зуухаа асаана уу.
EMF утгыг тэмдэглэ. ба температур T 2 хүснэгтэд байна. Арван градус тутамд 9.1.
Ус буцалгах үед цахилгаан зуух болон вольтметрийг унтраа.

9.4.3. Хэмжилтийн үр дүнг боловсруулах

Хэмжилтийн өгөгдөл дээр үндэслэн emf-ийн графикийг байгуулна. ΔT = T 2 - T 1 (абсцисса тэнхлэг) уулзваруудын хоорондох температурын зөрүүгээс термопар 8T (ординатын тэнхлэг).
Үүссэн графикийг ашиглан E T-ийн ∆T-ийн шугаман хамаарлын тусгай дулааны EMF-ийг тодорхойлно. томъёоны дагуу: α = ΔE T / Δ(ΔT)

9.5. Хяналтын хуудас

Зебекийн үзэгдлийн мөн чанар, мөн чанар нь юу вэ?
Thermo-emf-ийн эзэлхүүний бүрэлдэхүүн хэсэг гарч ирэх шалтгаан юу вэ?
Thermo-emf-ийн фонон бүрэлдэхүүн хэсгийн харагдах шалтгаан юу вэ?
Контакт потенциалын зөрүү үүсэх шалтгаан юу вэ?
Ямар төхөөрөмжийг термопар гэж нэрлэдэг ба тэдгээрийг хаана ашигладаг вэ?
Пелтье, Томсоны үзэгдлийн мөн чанар, мөн чанар нь юу вэ?

Савельев I.V. Ерөнхий физикийн курс. T.3. - М.: Наука, 1982. -304 х.
Епифанов Г.И. Физик хатуу. М.: төгссөн сургууль, 1977. - 288 х.
Сивухин Д.В. Физикийн ерөнхий курс. Цахилгаан. T.3. - М.: Наука, 1983. -688 х.
Трофимова Т.И. М .: Дээд сургууль, 1985. - 432 х.
Детлаф А.А., Яворский В.М. Физикийн курс. М.: Дээд сургууль, 1989. - 608 х.

Термоэлектрик хувиргагч. Үйл ажиллагааны зарчим, ашигласан материал.

Дулааны хувиргагч нь үйл ажиллагааны зарчим нь дулааны процесс дээр суурилдаг, байгалийн оролтын хэмжигдэхүүн нь температур юм. Ийм хөрвүүлэгчид орно термопарба термистор, металл ба хагас дамжуулагч. Дулааны хувиргалтын үндсэн тэгшитгэл нь дулааны балансын тэгшитгэл юм. физик утгаЭнэ нь хөрвүүлэгчид нийлүүлж буй бүх дулаан нь QTC-ийн дулааны агууламжийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд ингэснээр хувиргагчийн дулааны агууламж өөрчлөгдөхгүй хэвээр байвал (температур ба нэгтгэх төлөв өөрчлөгддөггүй) дулааны хэмжээ нэгж хугацаанд хүлээн авсан дулааны хэмжээтэй тэнцүү байна. Хөрвүүлэгчид нийлүүлсэн дулаан нь цахилгаан эрчим хүч ялгарсны үр дүнд үүссэн Qel дулааны хэмжээ ба хувиргагчтай дулаан солилцооны үр дүнд хувиргагч руу орох буюу түүнээс ялгарах Qto дулааны нийлбэр юм. орчин.

Дулааны цахилгааны үзэгдлийг 1823 онд Зейбек нээсэн бөгөөд дараах байдалтай байна. Хэрэв та хоёр өөр дамжуулагч (эсвэл хагас дамжуулагч) А ба В-ийн хэлхээг хийж, тэдгээрийг төгсгөлд нь хооронд нь холбож (Зураг 1), нэг холболтын цэгийн 1-ийн температурыг нөгөөгийн 0-ээс ялгаатай болговол хэлхээнд дулаан цахилгаан хөдөлгөгч хүч (термо-emf) гэж нэрлэгддэг ба температурын функц, дамжуулагчийн уулзваруудын ялгааг илэрхийлдэг emf гарч ирнэ.

Ийм хэлхээг термоэлектрик хувиргагч эсвэл өөрөөр нэрлэдэг термопар; термопарыг бүрдүүлдэг дамжуулагчийг термоэлектрод гэж нэрлэдэг ба тэдгээрийн холболтыг уулзвар гэж нэрлэдэг.

Зураг 1.

Уулзвар хоорондын бага температурын зөрүүтэй бол thermo-emf. температурын зөрүүтэй пропорциональ гэж үзэж болно.

Туршлагаас харахад Ом-ийн хуулийг дагаж мөрддөг нэгэн төрлийн дамжуулагчийн хувьд термо-эмфийн хэмжээ байдаг. зөвхөн дамжуулагчийн шинж чанар ба уулзваруудын температураас хамаарах ба уулзвар хоорондын температурын хуваарилалтаас хамаарахгүй.

Термопарын ажиллагаа нь Зебекийн эффект дээр суурилдаг. Seebeck эффект нь дараах үзэгдлүүд дээр суурилдаг. Хэрэв дамжуулагчийн дагуу температурын градиент байвал халуун төгсгөлд электронууд үүсдэг илүү өндөр энергимөн хүйтэн үеийнхээс хурд. Үүний үр дүнд халуун төгсгөлөөс хүйтэн төгсгөл хүртэл электронуудын урсгал үүсч, хүйтэн төгсгөлд сөрөг цэнэг хуримтлагдаж, дулаан төгсгөлд нөхөн олговоргүй эерэг цэнэг үлддэг. Электронуудын дундаж энерги нь дамжуулагчийн шинж чанараас хамаардаг бөгөөд температурын хувьд өөр өөр өсдөг тул ижил температурын зөрүүний хувьд өөр өөр дамжуулагчийн төгсгөлд термо-EMF өөр өөр байх болно.

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

Энд T1 ба T2 нь халуун ба хүйтэн төгсгөлийн температур юм; k1 ба k2 нь хамааралтай коэффициент юм физик шинж чанар 1 ба 2-р дамжуулагч тус тус. Үүссэн боломжит зөрүүг эзэлхүүний термо-EPC гэж нэрлэдэг:

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

Өөр өөр дамжуулагчийг гагнаж байгаа газруудад контактын потенциалын зөрүү гарч ирдэг бөгөөд энэ нь зэргэлдээх гадаргуугийн талбай, материалаас хамаардаг бөгөөд тэдгээрийн температуртай пропорциональ байна.

Ek1 = kpovT1; ek2 = kpovT2

Энд kpov нь шүргэгч металлын гадаргуугийн коэффициент юм. Үүний үр дүнд анхны хүчдэлийн хоёр дахь бүрэлдэхүүн хэсэг гарч ирнэ - холбоо барих термо-EPC:

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

Термопарын гаралтын хүчдэлийг эзэлхүүний болон контакт термо-EMF-ийн нийлбэрээр тодорхойлно.

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

Энд k нь дамжуулах коэффициент.

Термопарын сул талууд:

Бага мэдрэмжтэй (ойролцоогоор 0.1 мВ / ° К);
- анхны эсэргүүцэл өндөр;
- нэг төгсгөлийн температурыг тогтмол байлгах хэрэгцээ.

Термоэлектрик үзэгдэл нь урвуу үзэгдлүүдийн нэг юм.
Хоёр өөр дамжуулагч эсвэл хагас дамжуулагчаас бүрдсэн хэлхээгээр цахилгаан гүйдэл дамжих юм бол нэг уулзвар дээр дулаан үүсч, нөгөөд нь шингэдэг. Пелтийн дулаан нь одоогийн хүч чадалтай холбоотой шугаман хамааралЖоулийн дулаанаас ялгаатай бөгөөд гүйдлийн чиглэлээс хамааран уулзварыг халаах эсвэл хөргөнө.
Шингээсэн эсвэл суллагдсан дулааны хүч нь одоогийн хүч чадалтай пропорциональ бөгөөд уулзварыг бүрдүүлж буй материалын шинж чанараас хамаардаг бөгөөд Пелтье коэффициентээр тодорхойлогддог.

Үр ашиг Дулааны цахилгаан үүсгүүр нь материалын температурын зөрүү, шинж чанараас хамаардаг бөгөөд одоо байгаа материалын хувьд маш бага (= 300 ° -д = 13% -иас хэтрэхгүй, = 100 ° -д утга = 5%) байдаг тул дулааны цахилгаан үүсгүүрийг эрчим хүчний генератор болгон ашигладаг. зөвхөн онцгой нөхцөлд. Үр ашиг Дулааны цахилгаан халаагуур, хөргөгч нь маш бага хэмжээтэй бөгөөд хөргөлтийн үр ашиг өндөр байдаг температурын зөрүү 5 ° бол 9%, температурын зөрүү 40 ° - зөвхөн 0.6%; Гэсэн хэдий ч ийм үр ашиг багатай ч дулааны элементүүдийг хөргөлтийн төхөөрөмжид ашигладаг. Хэмжилтийн технологид термопарыг температурыг хэмжихэд өргөн ашигладаг; Үүнээс гадна хагас дамжуулагч термоэлементүүдийг урвуу дулаан хувиргагч болгон ашигладаг бөгөөд цахилгаан гүйдлийг дулааны урсгал, температур болгон хувиргадаг.

Түүнд холбогдсон милливольтметр бүхий термопар, температурыг хэмжихэд ашигладаг.
Хэрэв ажлын уулзвар гэж нэрлэгддэг нэг термопарын уулзварыг хэмжих 1 температуртай орчинд байрлуулж, бусад 2, ажиллахгүй уулзваруудын температурыг тогтмол байлгавал f(0) = const ба EAB(1) байна. = f(1) – C= f1(1). термоэлектродууд хэрхэн холбогдсоноос үл хамааран (гагнуур, гагнах гэх мэт). Тиймээс термопарын байгалийн оролтын утга нь түүний ажлын уулзварын температур бөгөөд гаралтын утга нь thermo-e юм. d.s., термопар нь 2 ажиллахгүй уулзварын хатуу тогтмол температурт үүсдэг.

Термопар хийхэд ашигласан материал. Хүснэгтэнд 1-р зурагт цагаан алттай хосолсон янз бүрийн термоэлектродуудаар боловсруулсан термо-emf-ийг ажлын уулзварын температур 1 = 100 ° C, ажлын бус уулзварын температур 2 = 0 ° C термо-эмфийн хамаарлыг харуулав . Температурын өргөн хүрээний температур нь ихэвчлэн шугаман бус байдаг тул хүснэгтийн өгөгдлийг илүү өндөр температурт өргөтгөх боломжгүй.

Хүснэгт 1.

Материал	Thermo-emf, мВ	Материал	Thermo-emf, мВ



		Хөнгөн цагаан


Молибден
		Палладий
Гянт болд
Манганин

		Константан


		Молибден

Хүснэгтийн өгөгдлийг ашиглахдаа термоэлектродоор боловсруулсан термо-эмф гэдгийг санах нь зүйтэй. бага зэргийн хольц, механик боловсруулалт (хатууруулах) болон дулааны боловсруулалт (хатууруулах, зөөлрүүлэх) зэргээс ихээхэн хамаардаг.

Термопарыг зохион бүтээхдээ нэг нь термоэлектродыг хослуулахыг хичээдэг бөгөөд тэдгээрийн нэг нь платинтай эерэг термо-эмф, нөгөө нь сөрөг термо-эмф үүсгэдэг. Энэ тохиолдолд тухайн хэмжилтийн нөхцөлд (термоэлектрод дээр хүрээлэн буй орчин, температур гэх мэт нөлөөлөл) тодорхой термоэлектрод ашиглахад тохиромжтой эсэхийг харгалзан үзэх шаардлагатай.
Гаралтын emf-ийг нэмэгдүүлэх. Термопил үүсгэхийн тулд хэд хэдэн термопар ашигладаг. Термопаруудын ажлын уулзварууд нь цацрагийг шингээдэг харласан дэлбэн дээр, хүйтэн төгсгөлүүд нь дулаан шингээгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг асар том зэс цагираг дээр байрладаг бөгөөд дэлгэцээр бүрхэгдсэн байдаг. Бөгжний масс, дулаан дамжуулалт сайн тул чөлөөт үзүүрүүдийн температурыг тогтмол, өрөөний температуртай тэнцүү гэж үзэж болно.

Термопар хэмжилтийн алдаа, залруулга.

Хэмжих төхөөрөмж эсвэл электрон хэмжих систем нь термоэлектродуудын төгсгөлд (Зураг 2, а) эсвэл тэдгээрийн аль нэгнийх нь завсарт (Зураг 2, б) холбогдсон байна.

Зураг.2 Хэмжих төхөөрөмжийг термопартай холбох

Термопарын ажиллахгүй уулзваруудын температурын өөрчлөлтөөс үүссэн алдаа. Термопар шалгалт тохируулга нь тэгтэй тэнцэх ажлын бус уулзваруудын температурт хийгддэг. Хэрэв термоэлектрик пирометрийг практик ашиглах явцад ажиллахгүй уулзваруудын температур 0 хэмээс 0 хэмээс ялгаатай байвал термометрийн заалтад зохих залруулга оруулах шаардлагатай.

Гэсэн хэдий ч, энэ нь EMF хоорондын шугаман бус хамаарлаас үүдэлтэй гэдгийг санах нь зүйтэй. термопар ба ажлын уулзварын температур, шууд градусаар тохируулсан заагчийн заалтыг засах хэмжээ нь чөлөөт үзүүрүүдийн температурын зөрүү 0-тэй тэнцүү биш байх болно.
Залруулгын хэмжээ нь ажлын бус төгсгөлийн температурын залруулгын коэффициент гэж нэрлэгддэг k коэффициентээр дамжуулан чөлөөт төгсгөлүүдийн хоорондох температурын зөрүүтэй холбоотой юм. Муруйн хэсэг бүрийн хувьд k-ийн утга өөр байдаг тул тохируулгын муруйг 100°С-ийн хэсгүүдэд хувааж, хэсэг тус бүрээр k-ийн утгыг тодорхойлно.

Ийм төхөөрөмжийн сул тал нь гүүрийг тэжээх гүйдлийн эх үүсвэр шаардлагатай бөгөөд энэ эх үүсвэрийн хүчдэлийн өөрчлөлтөөс үүдэлтэй нэмэлт алдаа гарч ирдэг.

Шугаман, термопар, заагчийн температурын өөрчлөлтөөс үүдэлтэй алдаа. Thermo-emf-ийг хэмжих термоэлектрик термометрт. Уламжлалт милливольтметр ба 100 мВ хүртэлх хэмжилтийн хязгаарт гарын авлага эсвэл автомат тэнцвэржүүлэгч бага эсэргүүцэлтэй компенсаторыг хоёуланг нь ашигладаг.

Thermo-emf байгаа тохиолдолд. компенсатороор хэмжигддэг, мэдэгдэж байгаагаар thermo-emf хэлхээний эсэргүүцэл нь үүрэг гүйцэтгэдэггүй. Үүнтэй ижил тохиолдолд термо-emf. милливольтметрээр хэмжсэн тохиолдолд термо-emf хэлхээг бүрдүүлдэг бүх элементүүдийн эсэргүүцэл өөрчлөгдсөний улмаас алдаа гарч болзошгүй; Тиймээс утас ба термопарын эсэргүүцлийн тогтмол утгыг авахыг хичээх шаардлагатай

Аж үйлдвэрийн термопар

Аж үйлдвэрийн термопарын үндсэн үзүүлэлтүүд:

хүснэгт 2

Термопарын тэмдэглэгээ	Термоэлектродуудын тэмдэглэгээ	Материал	Урт хугацааны ашиглалтын хэмжилтийн хязгаар	Богино хугацааны хэрэглээнд зориулсан хэмжилтийн дээд хязгаар
		Платинородиум (10% родий) цагаан алт	-20-1300 хүртэл
		Платинородиум (30% родий)
		Chromel-alumel
		Chromel-kopel

50 ° C-аас доош температурыг хэмжихийн тулд тусгай термопар ашиглаж болно, жишээлбэл, зэс - константан (~ - 270 ° C хүртэл), зэс - copel (- 200 ° C хүртэл) гэх мэт. 1300-аас дээш температурыг хэмжихэд. -1800 ° Термопарыг галд тэсвэртэй металлаар үйлдвэрлэдэг: иридий-рений-иридиум (2100 ° C хүртэл), вольфрам-рени (2500 ° C хүртэл), шилжилтийн металлын карбидууд - титан, циркони, ниобий, талия, гафниум дээр суурилсан.
(онолын хувьд 3000-3500 ° C хүртэл), нүүрстөрөгч болон бал чулуун утаснуудад суурилсан.
Үндсэн төрлүүдийн термопаруудын шалгалт тохируулгын шинж чанарыг хүснэгтэд үзүүлэв. 3. Энэ хүснэгтэд ажлын уулзварын температурыг градусаар харуулав
Цельсийн хэм ба thermo-emf-ийн утгыг өгсөн болно. 0 ° C-ийн чөлөөт төгсгөлийн температурт милливольтоор харгалзах термопар.

Хүснэгт 3

Төгсөлтийн нэр	Ажлын уулзварын температур
	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

Бодит thermo-emf-ийн хазайлтыг зөвшөөрнө. Хүснэгтэд өгөгдсөн утгуудаас. 3, хүснэгтэд заасан утгуудын дагуу. 4.

Хүснэгт 4

Аж үйлдвэрийн төрлийн термопар дизайн. Энэ нь бэхэлгээний зориулалттай хөдлөх фланц бүхий нийлмэл хамгаалалтын хоолойд байрладаг суурь металлаар хийсэн термоэлектрод бүхий термопар юм. Термопарын ажлын уулзвар нь үзүүрээр тусгаарлагдсан байна. Термоэлектродууд нь баараар тусгаарлагдсан байдаг. Хамгаалалтын хоолой нь ажлын болон ажиллахгүй хэсгээс бүрдэнэ. Хөдөлгөөнтэй фланц нь шурагтай хоолойд бэхлэгддэг. Термопар толгой нь боолтоор бэхлэгдсэн таглаатай цутгамал орон сууцтай; Толгойг нь хөвөгч (сул) хавчаар бүхий шаазан дэвсгэр (эрэг) -ээр бэхжүүлсэн бөгөөд энэ нь термоэлектродыг хурдан устгахад хүргэдэг механик стресс үүсэхгүйгээр температурын нөлөөн дор термоэлектродыг сунгах боломжийг олгодог. Термоэлектродууд нь эдгээр хавчааруудад эрэг шургаар бэхлэгдсэн, холбох утаснууд нь эрэг шургаар бэхлэгддэг. Эдгээр утаснууд нь асбестын лацтай холбох хэрэгслээр дамждаг.

Эрхэм металлын термопарын хувьд металл бус хоолой (кварц, шаазан гэх мэт) ихэвчлэн ашиглагддаг, гэхдээ ийм хоолой нь механик эмзэг, үнэтэй байдаг. Тохиромжтой найрлагатай шаазан хоолойг 1300-1400 ° C хүртэл температурт ашиглаж болно.
Асбест нь термоэлектродыг бие биенээсээ 300 ° C хүртэл, кварц хоолой эсвэл бөмбөлгүүдийг 1000 ° C хүртэл, шаазан хоолойг 1300 ° C хүртэл, бага температурыг хэмжихэд ашигладаг лабораторийн термопарын хувьд 150 хүртэл халуунд тэсвэртэй резинийг ашигладаг. ° C, торго 100 -120 ° C хүртэл, паалан 150-200 ° C хүртэл.

Термопар ашиглан дунд ба өндөр температурын контактын цахилгаан хэмжилтийн арга

Термометрийн хувьд 500 (гэрэлтийн эхлэл) -ээс 1600 ° C (цагаан дулаан) хүртэлх температурыг дундаж гэж үздэг бөгөөд өндөр температурыг 1600-аас 2500 ° C хүртэл хэмждэг бөгөөд үүнд өндөр температур, дулааныг ашиглан термоэлектрик аргыг сунгах боломжтой. - тэсвэртэй материал.
Дулааны цахилгаан аргын зарчим, термоэлектродын үндсэн шинж чанаруудын талаар дээр дурдсан 1-р зүйлд. Дунд болон өндөр температурыг хэмжихэд энэ аргыг ашиглахад гол асуудал бол термоэлектродыг хүрээлэн буй орчны химийн болон дулааны сүйтгэгч нөлөөллөөс хамгаалах явдал юм. Энэ зорилгоор термопарууд нь галд тэсвэртэй материалаар хийсэн бүрээс, хоолой эсвэл таг хэлбэрээр хамгаалалтын холбох хэрэгслээр тоноглогдсон байдаг. Хамгаалалтын бүрхүүлд тавигдах гол шаардлага нь бүтцийн өндөр нягтрал, температурын эсэргүүцэл юм.

1300 ° C-аас доош температурыг хэмжихдээ шаазан бүрхэвч, илүү өндөр температурт - инертийн хийгээр дүүргэсэн галд тэсвэртэй материалаар хийсэн (корунд, хөнгөн цагааны исэл, бериллий эсвэл торий гэх мэт) таг ашигладаг.

Термопарын ашиглалтын хугацаа нь хамгаалалтын бүрхүүлийн сүвэрхэг чанараас хамаарна.

Биеийн гадаргуугийн температурыг хэмжихэд онцгой бэрхшээл бол термопарын ажлын уулзварыг халсан биеийн гадаргуутай холбох явдал юм.
Холбоо барихыг сайжруулахын тулд термопар ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн ажлын уулзвар нь соронзон хальс эсвэл хавтан хэлбэрээр хийгдсэн байдаг. Деформацийн үед ажлын уулзварын энэхүү тохиргоо нь хэмжилтийн объектын гадаргууг дахин гаргах боломжтой болгодог.

2000-2500 ° C хүртэл температурыг хэмжихийн тулд вольфрам эсвэл иридиумын термопар ашигладаг. Тэдний хэрэглээний онцлог шинж чанар нь агаарт исэлддэг тул вакуум, идэвхгүй эсвэл бууруулагч орчинд хэмжилт хийх явдал юм. Гянт болд-молибдений термопарын мэдрэмж нь 7 мкВ/К, вольфрам-рений термопарын мэдрэмж нь 13 мкВ/К байна.
Өндөр температурт галд тэсвэртэй материалаар хийсэн термопарыг ашигладаг (хос титан карбид - бал чулуу, циркони карбид - циркони борид ба молибдений дисилицид - вольфрамын дисилицид). Ийм термопаруудад цилиндр хэлбэртэй электродын дотор (диаметр нь 15 мм орчим) хоолойн нэг төгсгөлд эхний электродтой холбогдсон хоёр дахь бариултай электрод байдаг.

Галд тэсвэртэй материалаар хийсэн термопарын мэдрэмж нь 70 мкВ/К хүрдэг боловч тэдгээрийн хэрэглээ нь идэвхгүй, бууруулагч орчинд хязгаарлагддаг.
Хайлсан металлын температурыг үнэт металлын термопараар хэмжихийн тулд термопарыг ашиглахад аюулгүй байх хугацаанд метал дотор дүрэх аргыг ашигладаг. Энэ тохиолдолд термопар богино хугацаа(0.4-0.6 с) хяналттай орчинд дүрж, ажлын уулзварын температурын өсөлтийн хурдыг хэмжинэ. Термопарын халаалтын хурд (түүний дулааны инерци) ба температурын орчны хоорондын хамаарлыг мэдсэнээр хэмжсэн температурын утгыг тооцоолж болно. Энэ аргыг хайлсан металл (2000-2500 С), хийн урсгалыг (1800 С) хэмжихэд ашигладаг.

Термопар (дулаан цахилгаан хувиргагч) нь үйлдвэрлэлийн температурыг хэмжих төхөөрөмж юм. Шинжлэх ухааны судалгаа, анагаах ухаан, автоматжуулалтын системд.

Үйл ажиллагааны зарчим нь Seebeck эффект буюу өөрөөр хэлбэл термоэлектрик эффект дээр суурилдаг. Холбогдсон дамжуулагчийн хооронд контактын потенциалын зөрүү байна; хэрэв цагирагт холбогдсон дамжуулагчийн холбоосууд ижил температурт байвал ийм боломжит ялгааны нийлбэр тэгтэй тэнцүү байна. Холболт нь өөр өөр температуртай үед тэдгээрийн хоорондох боломжит зөрүү нь температурын зөрүүгээс хамаарна. Энэ хамаарал дахь пропорциональ коэффициентийг термо-EMF коэффициент гэж нэрлэдэг. Янз бүрийн металлууд нь өөр өөр дулааны-эмфийн коэффициенттэй байдаг бөгөөд үүний дагуу янз бүрийн дамжуулагчийн төгсгөлүүдийн хооронд үүсэх боломжит ялгаа өөр өөр байх болно. Температуртай орчинд тэгээс ялгаатай термо-EMF коэффициент бүхий металлын уулзварыг байрлуулах замаар Т 1, бид өөр температурт байрлах эсрэг контактуудын хоорондох хүчдэлийг авдаг Т 2, энэ нь температурын зөрүүтэй пропорциональ байх болно Т 1 ба Т 2 .

Термопарын давуу тал

Температурыг хэмжих өндөр нарийвчлал (±0.01 ° C хүртэл).
Температурыг хэмжих том хүрээ: -250 ° C-аас + 2500 ° C хүртэл.
Энгийн байдал.
Хямд байдал.
Найдвартай байдал

Температурын хэмжилтийн өндөр нарийвчлалыг (± 0.01 ° C хүртэл) авахын тулд термопарын бие даасан шалгалт тохируулга хийх шаардлагатай.
Уншилтанд ус өргөх температур нөлөөлдөг бөгөөд үүнийг засах шаардлагатай. Орчин үеийн термопар дээр суурилсан тоолуурын загварууд нь суурилуулсан термистор эсвэл хагас дамжуулагч мэдрэгч ашиглан хүйтэн уулзварын блокийн температурыг хэмждэг бөгөөд хэмжсэн EMF-ийг автоматаар засдаг.
Пелтиер эффект (уншилт хийх үед термопараар дамжин өнгөрөх гүйдлийн урсгалыг хасах шаардлагатай, учир нь түүгээр урсаж буй гүйдэл нь халуун уулзварыг хөргөж, хүйтэн хэсгийг халаана).
TEMF-ийн температураас хамаарах хамаарал нь шугаман бус юм. Энэ нь хоёрдогч дохио хувиргагчийг хөгжүүлэхэд хүндрэл учруулдаг.
Гэнэтийн температурын өөрчлөлт, механик стресс, зэврэлт, дамжуулагч дахь химийн процессын үр дүнд дулааны цахилгааны жигд бус байдал үүсэх нь тохируулгын шинж чанарыг өөрчлөх, 5 К хүртэл алдаа гаргахад хүргэдэг.
Термопар ба өргөтгөлийн утаснуудын урт нь одоо байгаа цахилгаан соронзон орон дээр "антен"-ын нөлөө үзүүлж болно.

Термопарын техникийн шаардлагыг ГОСТ 6616-94 стандартаар тодорхойлно. Дулааны цахилгаан термометр (NSH), хүлцлийн анги, хэмжилтийн хүрээний стандарт хүснэгтүүдийг IEC 60584-1.2 стандарт ба ГОСТ R 8.585-2001-д өгсөн болно.

цагаан алт-родиум-цагаан алт - TPP13 - төрөл R
цагаан алт-родиум-цагаан алт - TPP10 - төрөл S
platinumrhodium-platinumrhodium - TPR - төрөл В
төмөр-константан (төмөр-зэс-никель) TLC - төрөл J
зэс-константан (зэс-зэс-никель) TMKn - Төрөл Т
nichrosil-nisil (никель-хром-никель-никель-цахиур) TNN - төрөл N.
Chromel-alumel - THA - Төрөл K
chromel-constantan THCn - Төрөл E
chromel-copel - THK - төрөл L
зэс-копел - TMK - М төрлийн
sil-silin - TCC - I төрөл
вольфрам ба рений - вольфрам рений - ТВР - А-1, А-2, А-3 төрөл

Онлайн тооцоолуурыг ашиглахын тулд "Thermo-EMF (mV)" талбарт та термопарын термо-EMF-ийн утгыг оруулах ёстой бөгөөд та температурыг харгалзахгүйгээр температурыг харуулах болно орчин. Ашиглахад хялбар онлайн тооцоолуур"Орчны температур" талбарт. орчин" гэж та орчны температурыг °C-д оруулах ёстой бөгөөд бүх уншилтууд нь орчны температур алдагдсан үед байх болно.

Онлайн тооцоолуурхромел-алумель термопарын термо-EMF-ийг температурт (°C) хувиргах - TXA - K төрөл.

Онлайн тооцоолуур

хромел-алумелийн төрөл - TXA - K төрөл.

Онлайн тооцоолууртермопар төрлийн термо-EMF-ийг температурт (°C) хувиргах

хромел-копел - TXK - L төрөл.