Pravljice

Merilna tehnika. Določanje elektromotorne sile in specifične termo-emf termočlena

9.1. Cilj dela

Ugotavljanje odvisnosti termoelektromotorne sile termočlena od temperaturne razlike med spoji.

V zaprtem krogu (sl. 9.1), sestavljenem iz različnih prevodnikov (ali polprevodnikov) A in B, se pojavi elektromotorna sila (emf) E T in tok teče, če se kontakta 1 in 2 teh prevodnikov vzdržujeta pri različnih temperaturah T 1 in T 2. Ta e.m.f. imenujemo termoelektromotorna sila (termo-emf), električni krog dveh različnih prevodnikov pa termočlen. Ko se spremeni predznak temperaturne razlike spoja, se spremeni smer toka termočlena. to
pojav imenujemo Seebeckov fenomen.

Znani so trije razlogi za nastanek termo-EMF: nastanek usmerjenega toka nosilcev naboja v prevodniku v prisotnosti temperaturnega gradienta, vnos elektronov s fononi in sprememba položaja Fermijevega nivoja. odvisno od temperature. Oglejmo si te razloge podrobneje.

V prisotnosti temperaturnega gradienta dT / dl vzdolž prevodnika imajo elektroni na njegovem vročem koncu večjo kinetično energijo in s tem večjo hitrost kaotičnega gibanja v primerjavi z elektroni na hladnem koncu. Posledično pride do prednostnega toka elektronov od vročega konca prevodnika do hladnega, na hladnem koncu se kopiči negativni naboj, na vročem koncu pa ostane nekompenzirani pozitivni naboj.

Akumulacija se nadaljuje, dokler nastala potencialna razlika ne povzroči enakega toka elektronov. Algebraična vsota takih potencialnih razlik v vezju ustvari volumetrično komponento termo-emf.

Poleg tega obstoječi temperaturni gradient v prevodniku povzroči nastanek prednostnega gibanja (odnašanja) fononov (kvantov vibracijske energije kristalne rešetke prevodnika) od vročega konca do hladnega konca. Obstoj takega odnašanja vodi do dejstva, da se elektroni, razpršeni s fononi, začnejo usmerjeno premikati od vročega konca do hladnega. Kopičenje elektronov na hladnem koncu prevodnika in izčrpavanje elektronov na vročem koncu vodi do pojava fononske komponente termo-emf. Poleg tega je pri nizkih temperaturah prispevek te komponente glavni pri pojavu toplotne emf.

Zaradi obeh procesov se znotraj vodnika pojavi električno polje, usmerjeno proti temperaturnemu gradientu. Moč tega polja je mogoče predstaviti kot

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

kjer je β = dφ / dT.

Relacija (9.1) povezuje električno poljsko jakost E s temperaturnim gradientom dT/dl. Nastalo polje in temperaturni gradient imata nasprotni smeri, zato imata različna predznaka.

Polje, ki ga določa izraz (9.1), je polje zunanjih sil. Z integriranjem jakosti tega polja na odseku vezja AB (slika 9.1) od spoja 2 do spoja 1 in ob predpostavki, da je T 2 > T 1, dobimo izraz za toplotno emf, ki deluje v tem odseku:

(Predznak se je spremenil, ko so se spremenile meje integracije.) Podobno določimo toplotno emf, ki deluje v odseku B od stičišča 1 do stičišča 2.

Tretji razlog za nastanek termo-emf. je odvisna od temperature položaja Fermijevega nivoja, ki ustreza najvišjemu energijskemu nivoju, ki ga zasedajo elektroni. Fermijev nivo ustreza Fermijevi energiji E F, ki jo lahko imajo elektroni na tem nivoju.

Fermijeva energija je največja energija, ki jo imajo lahko prevodni elektroni v kovini pri 0 K. Večja kot je gostota elektronskega plina, višji bo Fermijev nivo. Na primer (slika 9.2), E FA je Fermijeva energija za kovino A in E FB za kovino B. Vrednosti E PA in E PB sta najvišji potencialni energiji elektronov v kovinah A oziroma B. Ko dve različni kovini A in B prideta v stik, prisotnost razlike v Fermijevih nivojih (E FA > E FB) vodi do pojava prehoda elektronov iz kovine A (z več visoka stopnja) v kovino B (nizka Fermijeva raven).

V tem primeru kovina A postane pozitivno nabita, kovina B pa negativno. Pojav teh nabojev povzroči premik ravni energije kovin, vključno s Fermijevimi nivoji. Takoj ko se Fermijevi nivoji izenačijo, izgine razlog, ki povzroča prednostni prenos elektronov iz kovine A v kovino B, in med kovinama se vzpostavi dinamično ravnovesje. Iz sl. 9.2 je jasno, da je potencialna energija elektrona v kovini A manjša kot v B za znesek E FA - E FB. V skladu s tem je potencial znotraj kovine A višji kot znotraj B za količino)

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

Ta izraz podaja potencialno razliko notranjega kontakta. Potencial se zmanjša za to količino med prehodom iz kovine A v kovino B. Če sta oba spoja termoelementa (glej sliko 9.1) pri isti temperaturi, potem sta kontaktni potencialni razliki enaki in usmerjeni v nasprotni smeri.

V tem primeru drug drugega kompenzirajo. Znano je, da je Fermijev nivo, čeprav šibko, odvisen od temperature. Če sta torej temperaturi spojišč 1 in 2 različni, potem razlika U AB (T 1) - U AB (T 2) na kontaktih prispeva svoj kontaktni prispevek k termo-emf. Lahko se primerja z volumetrično toplotno emf. in je enako:

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

Zadnji izraz je mogoče predstaviti na naslednji način:

Nastala toplotna emf. (ε T) je sestavljen iz emf, ki deluje v kontaktih 1 in 2, in emf, ki deluje v odsekih A in B.

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

Če nadomestimo izraze (9.3) in (9.6) v (9.7) in izvedemo transformacije, dobimo

kjer je α = β - ((1/l) (dE F / dT))

Količino α imenujemo koeficient termo-emf. Ker sta tako β kot dE F / d T odvisna od temperature, je tudi koeficient α funkcija T.

Ob upoštevanju (9.9) lahko izraz za termo-emf predstavimo kot:

Količino α AB imenujemo diferencial ali pri učinkovit termo-EMF dani par kovin. Meri se v V/K in je bistveno odvisna od narave kontaktnih materialov, kot tudi temperaturnega območja, ki dosega približno 10 -5 ÷10 -4 V/K. V majhnem temperaturnem območju (0-100 °C) je specifična toplotna emf. slabo odvisna od temperature. Potem lahko formulo (9.11) z zadostno stopnjo natančnosti predstavimo v obliki:

E T = α (T 2 - T 1)

Pri polprevodnikih je za razliko od kovin močna odvisnost koncentracije nosilcev naboja in njihove mobilnosti od temperature. Zato so zgoraj obravnavani učinki, ki vodijo do nastanka toplotne emf, bolj izraziti v polprevodnikih, specifični termični emf. veliko večji in dosega vrednosti reda 10 -3 V/K.

9.3. Opis laboratorijske postavitve

Preučiti odvisnost termo-emf. o temperaturni razliki med stičišči (kontakti), pri tem delu uporabljamo termočlen iz dveh kosov žice, od katerih je eden iz zlitine na osnovi kroma (kromel), drugi pa iz zlitine na osnovi aluminija (alumel). En stičišče skupaj s termometrom postavimo v posodo z vodo, katere temperaturo T 2 lahko spreminjamo s segrevanjem na električnem štedilniku. Temperatura drugega spoja T 1 se vzdržuje konstantno (slika 9.3). Nastala toplotna emf. merjeno z digitalnim voltmetrom.

9.4. Eksperimentalni postopek in obdelava rezultatov
9.4.1. Eksperimentalna tehnika

Delo uporablja neposredne meritve EMF, ustvarjenega v termočlenu. Temperatura stičišč se določi s temperaturo vode v posodah s termometrom (glej sliko 9.3)

9.4.2. Delovni nalog

Priključite napajalni kabel voltmetra.
Pritisnite gumb za vklop na sprednji plošči digitalnega voltmetra. Napravo pustite segrevati 20 minut.
Odvijte sponski vijak na stojalu termočlena, ga dvignite in pritrdite. V oba kozarca nalijemo hladno vodo. Spoje termoelementov spustite v kozarce do približno polovice globine vode.
Zapiši v tabelo. 9.1 vrednost začetne temperature T 1 stičišč (voda) glede na termometer (za drugo stičišče ostane ves čas poskusa konstantna).
Vklopite električni štedilnik.
Zabeležite vrednosti emf. in temperature T 2 v tabeli. 9,1 vsakih deset stopinj.
Ko voda zavre, ugasnemo električni štedilnik in voltmeter.

9.4.3. Obdelava rezultatov meritev

Na podlagi merilnih podatkov sestavite graf emf. termoelementi 8T (ordinatna os) iz temperaturne razlike med stičišči ΔT = T 2 - T 1 (abscisna os).
S pomočjo dobljenega grafa linearne odvisnosti ET od ∆T določite specifično toplotno emf. po formuli: α = ΔE T / Δ(ΔT)

9.5. Kontrolni seznam

Kaj je bistvo in kakšna je narava Seebeckovega fenomena?
Kaj povzroča pojav volumetrične komponente termo-emf?
Kaj povzroča pojav fononske komponente termo-emf?
Kaj povzroča nastanek kontaktne potencialne razlike?
Katere naprave se imenujejo termočleni in kje se uporabljajo?
Kaj je bistvo in kakšna je narava Peltierjevega in Thomsonovega fenomena?

Savelyev I.V. Tečaj splošne fizike. T.3. - M.: Nauka, 1982. -304 str.
Epifanov G. I. Fizika trdna. M.: podiplomska šola, 1977. - 288 str.
Sivukhin D.V. Splošni tečaj fizike. Elektrika. T.3. - M.: Nauka, 1983. -688 str.
Trofimova T.I. Tečaj fizike. M.: Višja šola, 1985. - 432 str.
Detlaf A. A., Yavorsky V. M. Tečaj fizike. M.: Višja šola, 1989. - 608 str.

Termoelektrični pretvorniki. Načelo delovanja, uporabljeni materiali.

Termični pretvornik je pretvornik, katerega princip delovanja temelji na termičnih procesih in katerega naravna vhodna veličina je temperatura. Takšni pretvorniki vključujejo termočleni in termistorji, kovinski in polprevodniški. Osnovna enačba za toplotno transformacijo je enačba toplotne bilance, fizični pomen ki je v tem, da gre vsa toplota, dovedena v pretvornik, za povečanje njegove toplotne vsebnosti QTC in zato, če toplotna vsebnost pretvornika ostane nespremenjena (temperatura in agregatno stanje se ne spremenita), potem količina toplote prejeta na enoto časa je enaka količini oddane toplote. Toplota, dovedena v pretvornik, je vsota količine toplote Qel, ki nastane kot posledica sproščanja električne energije v njem, in količine toplote Qto, ki vstopi v pretvornik ali jo ta odda kot rezultat izmenjave toplote s pretvornikom. okolju.

Pojav termoelektrike je leta 1823 odkril Seebeck in je naslednji. Če naredite vezje dveh različnih prevodnikov (ali polprevodnikov) A in B, ki ju med seboj povežete na njunih koncih (slika 1) in naredite temperaturo 1 ene priključne točke drugačno od temperature 0 druge, potem v tokokrogu se bo pojavila emf, ki se imenuje termoelektromotorna sila (termo-emf) in predstavlja razliko v funkcijah temperatur, stikov vodnikov.

Takšno vezje imenujemo termoelektrični pretvornik ali drugače termočlen; prevodnike, ki sestavljajo termočlen, imenujemo termoelektrode, njihove povezave pa spoje.

Slika 1.

Z majhno temperaturno razliko med stičišči se termo-emf. se lahko šteje za sorazmerno s temperaturno razliko.

Izkušnje kažejo, da je za kateri koli par homogenih prevodnikov, ki upoštevajo Ohmov zakon, velikost termo-emf. je odvisna samo od narave prevodnikov in od temperature stikov in ni odvisna od porazdelitve temperature med spoji.

Delovanje termočlena temelji na Seebeckovem učinku. Seebeckov učinek temelji na naslednjih pojavih. Če vzdolž prevodnika obstaja temperaturni gradient, nastanejo elektroni na vročem koncu višje energije in hitrost kot ko je hladno. Posledično pride do pretoka elektronov od vročega do hladnega konca, na hladnem koncu pa se kopiči negativni naboj, na vročem koncu pa ostane nekompenzirani pozitivni naboj. Ker je povprečna energija elektronov odvisna od narave prevodnika in se različno povečuje s temperaturo, bo za enako temperaturno razliko termo-EMF na koncih različnih prevodnikov različen:

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

Kjer sta T1 in T2 temperaturi vročega in hladnega konca; k1 in k2 sta koeficienta, ki sta odvisna od fizične lastnosti 1. in 2. prevodnik oz. Nastala potencialna razlika se imenuje volumetrični termo-EPC:

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

Na mestih spajkanja raznovrstnih vodnikov se pojavi kontaktna potencialna razlika, ki je odvisna od površine in materialov sosednjih površin ter je sorazmerna z njihovo temperaturo:

Ek1 = kpovT1; ek2 = kpovT2

Kjer je kpov koeficient površin tangentnih kovin. Posledično se pojavi druga komponenta začetne napetosti - kontaktni termo-EPC:

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

Napetost na izhodu termočlena se določi kot vsota volumetričnega in kontaktnega termo-EMF:

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

Kjer je k transmisijski koeficient.

Slabosti termočlena:

Nizka občutljivost (približno 0,1 mV/°K);
- visoka začetna odpornost;
- potreba po vzdrževanju konstantne temperature enega od koncev.

Pojav termoelektrike je eden od reverzibilnih pojavov; obratni učinek je leta 1834 odkril Jean Peltier in ga poimenoval po njem.
Če električni tok teče skozi tokokrog, sestavljen iz dveh različnih prevodnikov ali polprevodnikov, nastane toplota na enem stičišču in absorbira na drugem. Peltierjeva toplota je povezana z močjo toka linearna odvisnost v nasprotju z Joulovo toploto in glede na smer toka se spoj segreva ali ohlaja.
Absorbirana ali sproščena toplotna moč je sorazmerna jakosti toka, odvisna je od narave materialov, ki tvorijo spoj, in je označena s Peltierjevim koeficientom.

Učinkovitost termoelektrični generator je odvisen od temperaturne razlike in lastnosti materialov in je za obstoječe materiale zelo majhen (pri = 300° ne presega = 13%, pri = 100° pa vrednost = 5%), zato se kot generatorji energije uporabljajo termoelektrični generatorji. samo v posebnih pogojih. Učinkovitost termoelektrični grelec in hladilnik sta prav tako zelo majhna, učinkovitost hlajenja pa je pri temperaturni razliki 5 ° je 9%, pri temperaturni razliki 40 ° - le 0,6%; vendar se kljub tako nizki učinkovitosti termoelementi uporabljajo v hladilnih napravah. V merilni tehnologiji se termočleni pogosto uporabljajo za merjenje temperatur; Poleg tega se polprevodniški termoelementi uporabljajo kot obratni toplotni pretvorniki, ki pretvarjajo električni tok v toplotni tok in temperaturo.

Termočlen, na katerega je priključen milivoltmeter, ki se uporablja za merjenje temperature.
Če je en spoj termoelementa, imenovan delovni spoj, postavljen v okolje s temperaturo 1, ki jo je treba izmeriti, temperatura drugih 2, nedelujočih spojev pa ostane konstantna, potem je f(0) = const in EAB(1) = f(1) – C= f1(1). ne glede na način povezave termoelektrod (spajkanje, varjenje itd.). Tako je naravna vhodna vrednost termočlena temperatura njegovega delovnega stičišča, izhodna vrednost pa je termo-e. d.s., ki ga termočlen razvije pri strogo konstantni temperaturi 2 nedelujočih stičišč.

Materiali, ki se uporabljajo za termočlene. V tabeli Slika 1 prikazuje termoemf, ki ga razvijejo različne termoelektrode v paru s platino pri temperaturi delovnega spoja 1 = 100°C in temperaturi nedelujočega spoja 2 = 0°C. Odvisnost termoemf . na temperaturo v širokem temperaturnem območju je običajno nelinearna, zato podatkov tabele ni mogoče razširiti na višje temperature.

Tabela 1.

Material	Termo-emf, mV	Material	Termo-emf, mV



		Aluminij


molibden
		paladij
volfram
Manganin

		Constantan


		molibden

Pri uporabi podatkov tabele je treba upoštevati, da termo-emf, ki ga razvijejo termoelektrode. v veliki meri odvisen od najmanjših primesi, mehanske obdelave (kaljenje) in toplotne obdelave (kaljenje, žarjenje).

Pri načrtovanju termočlenov se seveda teži k kombiniranju termoelektrod, od katerih ena s platino razvije pozitivno termo-emf, druga pa negativno termo-emf. Pri tem je treba upoštevati tudi primernost posamezne termoelektrode za uporabo v danih merilnih pogojih (vpliv okolja, temperature ipd. na termoelektrodo).
Za povečanje izhodne emf. Za oblikovanje termoelementa se uporablja več termočlenov. Delovni spoji termočlenov se nahajajo na črnem režnju, ki absorbira sevanje, hladni konci pa se nahajajo na masivnem bakrenem obroču, ki služi kot hladilno telo in je prekrit z zaslonom. Zaradi masivnosti in dobrega prenosa toplote obroča se lahko temperatura prostih koncev šteje za konstantno in enako sobni temperaturi.

Napake in popravki meritev termoelementov.

Merilna naprava ali elektronski merilni sistem je priključen na konce termoelektrod (slika 2, a) ali na režo ene od njih (slika 2, b).

Slika 2 Priključitev merilne naprave na termočlen

Napaka, ki jo povzročajo spremembe temperature nedelujočih spojev termočlena. Kalibracija termočlena se izvede pri temperaturi nedelujočih spojev, ki je enaka nič. Če se med praktično uporabo termoelektričnega pirometra temperatura nedelujočih stičišč razlikuje od 0 ° C za vrednost 0, je treba v odčitke termometra uvesti ustrezen popravek.

Vendar je treba upoštevati, da zaradi nelinearne povezave med emf. termočlena in temperature delovnega stičišča, količina popravka odčitkov kazalca, umerjenega neposredno v stopinjah, ne bo enaka temperaturni razliki 0 prostih koncev.
Velikost popravka je povezana s temperaturno razliko med prostima koncema s koeficientom k, imenovanim korekcijski faktor za temperaturo nedelujočih koncev. Vrednost k je različna za vsak odsek krivulje, zato je umeritvena krivulja razdeljena na odseke po 100° C in za vsak odsek se določi vrednost k.

Pomanjkljivost takšnih naprav je potreba po tokovnem viru za napajanje mostu in pojav dodatne napake, ki jo povzročijo spremembe napetosti tega vira.

Napaka zaradi spremembe temperature linije, termočlena in kazalca. V termoelektričnih termometrih za merjenje termo-emf. Uporabljajo se tako običajni milivoltmetri kot nizkouporni kompenzatorji z ročnim ali samodejnim uravnoteženjem za merilno mejo do 100 mV.

V primerih, ko termo-emf. se meri s kompenzatorjem, upor termo-emf vezja, kot je znano, ne igra vloge. V istih primerih, ko termo-emf. merjeno z milivoltmetrom lahko pride do napake zaradi sprememb upornosti vseh elementov, ki sestavljajo termo-emf vezje; zato si je treba prizadevati za konstantno vrednost upora žic in samega termoelementa

Industrijski termoelementi

Glavni parametri industrijskih termočlenov:

tabela 2

Oznaka termoelementa	Označevanje termoelektrod	Materiali	Merilne meje za dolgotrajno uporabo	Zgornja merilna meja za kratkotrajno uporabo
		Platinorodij (10% rodij) platina	Od -20 do 1300
		Platinorodij (30% rodij)
		Kromol-alumel
		Chromel-kopel

Za merjenje temperatur pod - 50 ° C se lahko uporabljajo posebni termočleni, na primer baker - konstantan (do ~ - 270 ° C), baker - kopel (do - 200 ° C) itd. Za merjenje temperatur nad 1300 -1800 ° Termoelementi so izdelani na osnovi ognjevzdržnih kovin: iridij-renij-iridij (do 2100 ° C), volfram-renij (do 2500 ° C), na osnovi karbidov prehodnih kovin - titana, cirkonija, niobija, talije, hafnija.
(teoretično do 3000-3500 ° C), na osnovi ogljikovih in grafitnih vlaken.
Kalibracijske značilnosti termoelementov glavnih vrst so podane v tabeli. 3. Ta tabela prikazuje temperaturo delovnega stičišča v stopinjah
Podane so Celzija in vrednosti termo-emf. ustrezni termočleni v milivoltih pri temperaturi prostih koncev 0 ° C.

Tabela 3

Oznaka diplome	Temperatura delovnega spoja
	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

Dovoljena so odstopanja dejanske termoemf. od vrednosti, navedenih v tabeli. 3, z vrednostmi, navedenimi v tabeli. 4.

Tabela 4

Zasnova industrijskega termoelementa. To je termočlen s termoelektrodami iz navadnih kovin, ki se nahajajo v kompozitni zaščitni cevi s premično prirobnico za njeno pritrditev. Delovni spoj termoelementa je izoliran s konico. Termoelektrode so izolirane s palicami. Zaščitna cev je sestavljena iz delovnega in nedelovnega dela. Premična prirobnica je na cev pritrjena z vijakom. Glava termočlena ima lito ohišje s pokrovom, pritrjenim z vijaki; Glava je ojačana s porcelanastimi blazinicami (vijaki) s plavajočimi (ohlapnimi) objemkami, ki omogočajo, da se termoelektrode podaljšajo pod vplivom temperature brez pojava mehanskih obremenitev, ki vodijo do hitrega uničenja termoelektrod. Na te sponke so z vijaki pritrjene termoelektrode, z vijaki pa so pritrjene povezovalne žice. Te žice potekajo skozi priključek z azbestnim tesnilom.

Za termočlene iz plemenitih kovin se pogosto uporabljajo nekovinske cevi (kremen, porcelan itd.), vendar so takšne cevi mehansko krhke in drage. Porcelanaste cevi ustrezne sestave se lahko uporabljajo pri temperaturah do 1300-1400°C.
Azbest se uporablja za medsebojno izolacijo termoelektrod do 300 °C, kremenčevih cevi ali kroglic do 1000 °C, porcelanskih cevi do 1300 °C. Za laboratorijske termoelemente, ki se uporabljajo pri merjenju nizkih temperatur, se uporablja tudi toplotno odporna guma do 150 °C. °C, svila do 100 -120 °C, emajl do 150-200 °C.

Metode kontaktnih električnih meritev srednjih in visokih temperatur s termočleni

V termometriji veljajo za povprečne temperature od 500 (začetek sijaja) do 1600 °C (bela vročina), visoke temperature pa od 1600 do 2500 °C, na katere je mogoče razširiti termoelektrično metodo z uporabo visokotemperaturne, toplotne - odporni materiali.
Načelo termoelektrične metode in osnovne lastnosti termoelektrod so bile obravnavane zgoraj v odstavku 1. Glavna težava pri uporabi te metode za merjenje srednjih in visokih temperatur je zaščita termoelektrod pred uničujočimi kemičnimi in toplotnimi učinki okolja. V ta namen so termoelementi opremljeni z zaščitno opremo v obliki pokrovov, cevi ali pokrovčkov iz ognjevzdržnih materialov. Glavna zahteva za zaščitno lupino je visoka strukturna gostota in temperaturna odpornost.

Pri merjenju temperatur pod 1300 °C se uporabljajo porcelanasti pokrovi, pri višjih temperaturah - pokrovi iz ognjevarnih materialov (kot so korund, aluminijev oksid, berilij ali torij), napolnjeni z inertnim plinom.

Odvisnost življenjske dobe termočlenov od poroznosti zaščitne lupine.

Pri merjenju površinske temperature teles je posebna težava stik delovnega stičišča termoelementa s površino segretega telesa.
Za izboljšanje stika se uporabljajo termoelementi, katerih delovni spoj je izdelan v obliki traku ali plošče. Ta konfiguracija delovnega stičišča med deformacijo omogoča reprodukcijo površine merilnega predmeta.

Za merjenje temperatur do 2000-2500 °C se uporabljajo termoelementi iz volframa ali iridija. Posebnost njihove uporabe je merjenje v vakuumu, v inertnem ali redukcijskem okolju, saj na zraku oksidirajo. Občutljivost termočlena volfram-molibden je 7 μV/K, termočlena volfram-renij pa 13 μV/K.
Pri visokih temperaturah se uporabljajo termočleni iz ognjevzdržnih materialov (pari titanov karbid - grafit, cirkonijev karbid - cirkonijev borid in molibdenov disilicid - volframov disilicid). Pri takšnih termočlenih je znotraj cilindrične elektrode (premera približno 15 mm) druga paličasta elektroda, ki je na enem koncu cevi povezana s prvo elektrodo.

Občutljivost termočlenov iz ognjevzdržnih materialov doseže 70 μV/K, vendar je njihova uporaba omejena na inertne in redukcijske medije.
Za merjenje temperature staljene kovine s termočleni iz plemenitih kovin se uporablja metoda, ki vključuje potopitev termočlena v kovino za čas, ki je varen za njegovo delovanje. V tem primeru termočlen kratek čas(0,4-0,6 s) potopimo v nadzorovano okolje in izmerimo stopnjo naraščanja temperature delovnega stičišča. Če poznate razmerje med hitrostjo segrevanja termoelementa (njegova toplotna vztrajnost) in temperaturnim okoljem, lahko izračunate vrednost izmerjene temperature. Ta metoda se uporablja za merjenje staljene kovine (2000-2500 C) in pretoka plina (1800 C).

Termočlen (termoelektrični pretvornik) je naprava za merjenje temperature v industriji, znanstvena raziskava, medicina, v sistemih avtomatizacije.

Princip delovanja temelji na Seebeckovem učinku ali z drugimi besedami na termoelektričnem učinku. Med povezanimi vodniki obstaja kontaktna potencialna razlika; če imajo spoji prevodnikov, povezanih v obroč, enako temperaturo, je vsota takih potencialnih razlik enaka nič. Ko so spoji pri različnih temperaturah, je potencialna razlika med njimi odvisna od temperaturne razlike. Koeficient sorazmernosti v tej odvisnosti se imenuje koeficient termo-EMF. Različne kovine imajo različne koeficiente termo-emf, zato bo potencialna razlika, ki nastane med koncema različnih prevodnikov, drugačna. S postavitvijo spoja kovin z neničelnimi koeficienti termo-emf v okolje s temperaturo T 1, dobimo napetost med nasprotnimi kontakti, ki se nahajajo pri drugačni temperaturi T 2, ki bo sorazmeren temperaturni razliki T 1 in T 2 .

Prednosti termočlenov

Visoka natančnost merjenja temperature (do ±0,01 °C).
Veliko območje merjenja temperature: od −250 °C do +2500 °C.
Preprostost.
Pocenitev.
Zanesljivost

Za visoko natančnost merjenja temperature (do ±0,01 °C) je potrebna individualna kalibracija termočlena.
Na odčitke vpliva temperatura dvižnega voda, ki jo je treba popraviti. Sodobne zasnove merilnikov na osnovi termoelementov uporabljajo merjenje temperature bloka hladnega spoja z uporabo vgrajenega termistorja ali polprevodniškega senzorja in samodejno popravijo izmerjeno emf.
Peltierjev učinek (v času odčitavanja je treba izključiti pretok toka skozi termoelement, saj tok, ki teče skozi njega, hladi vroč spoj in segreva hladnega).
Odvisnost TEMF od temperature je precej nelinearna. To povzroča težave pri razvoju sekundarnih pretvornikov signalov.
Pojav termoelektrične nehomogenosti kot posledica nenadnih temperaturnih sprememb, mehanskih obremenitev, korozije in kemičnih procesov v prevodnikih povzroči spremembe kalibracijskih karakteristik in napake do 5 K.
Pri dolgih dolžinah termoelementov in podaljškov lahko pride do učinka "antene" na obstoječa elektromagnetna polja.

Tehnične zahteve za termočlene določa GOST 6616-94. Standardne tabele za termoelektrične termometre (NSH), tolerančni razredi in merilna območja so podani v standardu IEC 60584-1.2 in GOST R 8.585-2001.

platina-rodij-platina - TPP13 - tip R
platina-rodij-platina - TPP10 - tip S
platinarodij-platinarodij - TPR - tip B
železo-konstantan (železo-baker-nikelj) TLC - tip J
baker-konstantan (baker-baker-nikelj) TMKn - tip T
nikrozil-nisil (nikelj-krom-nikelj-nikelj-silicij) TNN - tip N.
kromel-alumel - THA - tip K
kromel-konstantan THCn - vrsta E
kromel-kopel - THK - Tip L
bakreni kopel - TMK - Tip M
sil-silin - TCC - tip I
volfram in renij - volfram renij - TVR - tip A-1, A-2, A-3

Za uporabo spletnega kalkulatorja morate v polje "Termo-EMF (mV)" vnesti vrednost termo-EMF termoelementa; upoštevati morate tudi, da bo temperatura prikazana brez upoštevanja temperature okolju. Za lažjo uporabo spletni kalkulator v polju “Ambient temperature”. okolje" morate vnesti temperaturo okolja v °C in vsi odčitki bodo upoštevali uhajajočo temperaturo okolja.

Spletni kalkulator pretvorba termo-EMF v temperaturo (°C) za termoelement kromel-alumel - TXA - vrsta K.

Spletni kalkulator

tip kromel-alumel - TXA - vrsta K.

Spletni kalkulator pretvorba termo-EMF v temperaturo (°C) za vrsto termočlena

kromel-kopel - TXK - Tip L.