ЖУРНАЛ СТА №1/1999

83 1/99 В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА CTA Термопары Явление термоэлект- ричества было открыто немецким физиком Т. Зеебеком (T. Seebeck) в 1821 г. и состоит в сле- дующем. Если соеди- нить два проводника (термо- электрода) из разнород- ных металлов или сплавов таким обра- зом, чтобы они об- разовали замкну- тую электричес- кую цепь (рис. 1), и затем под- держивать места контактов (спаи) при различной температуре, то в цепи будет протекать постоянный ток. Говорят, что термоэлектрод А положи- телен по отношению к В, если ток течет от А к В в более холод- ном из двух контактов. Электро- движущая сила, вызывающая этот ток, называется термоЭДС Зеебека и зависит только от материала термоэлектродов и разности температур спаев. Е = α (Т 2 - Т 1 ) , где α — коэффициент пропорциональности (коэффи- циент Зеебека). Таким образом, зная температуру одного спая (обычно ее поддерживают постоянной, например, равной 0°С) и измеряя этот ток или напряжение, можно однозначно оп- ределить неизвестную температуру другого спая. Конструкции и материалы для изготовления термопар весьма разнообразны (рис. 2) и определяются физическими и химическими свойствами веществ, температуру которых необходимо измерять. Различают три основных типа термо- пар (рис. 3): с открытым контактом, с изолированным незаземленным контактом и с заземленным контак- том. Термопары с открытым контактом имеют ма- лую коррозионную стойкость и малую постоян- ную времени и пригодны для измерения темпе- ратуры жидкости и газа в потоке, а также твер- дых тел. Два других типа термопар пригодны для измерений в агрессивных средах. В табли- це 2 приводятся основные типы термопар и их параметры в соответствии с международ- ной спецификацией, а в таблице 3 — наиболее распостраненные варианты конструктивного исполнения термопар и области их применения. Практическое применение термопар мерение температуры с помощью термопар основыва- ется на нормированных калибровочных характеристи- ках термопар и законах термоэлектричества, установлен- ных опытным путем. 1. Закон внутренних тем- ператур . Наличие темпера- турного градиента в одно- родном проводнике не при- водит к возникновению эле- ктрического тока (рис. 4). Та- ким образом, термоЭДС оп- ределяется только разностью температур в местах контак- та различных проводников. 2. Закон промежуточных проводников . Пусть два одно- родных проводника из металлов А и В образуют термоэле- ктрическую цепь с контактами, имеющими температуры Металл B Металл А Металл А Таблица 2. Основные типы термопар и их параметры в соответствии с международной спецификацией Обозна- Тип Материал термоэлектродов Диапазон Максимальная Цветовая кодировка чение, по ГОСТ* положительного отрицательного рабочих температур погрешность ANSI МЭК DIN ANSI США 584-3 43710 J — железо константан от -210 до +1200 °С 2,2 °С или 0,75% Fe Cu - Ni K ТХА хромель алюмель от -270 до +1372 °С 2,2 °С или 0,75% выше 0°С, Cr - Ni Ni - Al 2,2 °С или 2% ниже T — медь константан от -270 до +400 °С 1 °С или 0,75% выше 0°С, Cu Cu - Ni 1 °С или 1,5% ниже E — хромель константан от -270 до +1000 °С 1,7 °С или 0,5% выше 0°С, Cr - Ni Cu - Ni 1,7 °С или 1% ниже N — никросил нисил от -270 до +1300 °С 2,2 °С или 0,75% выше 0°С, Ni - Cr - Si Ni - Si - Mg 2,2 °С или 2% ниже R — платина-родий платина от -50 до +1768 °С 1,5 °С или 0,25% (13% Rh) Pt S ТПП платина-родий платина от -50 до +1768 °С 1,5 °С или 0,25% Pt - Rh (10% Rh) Pt B ТПР платина-родий платина-родий от 0 до +1820 °С 0,5% свыше +800 °С t - Rh (30% Rh) Pt - Rh (6% Rh) C ТВР вольфрам-рений вольфрам-рений от 0 до +2320 °С 4,5 °С до +425 °С, W - Re (5% Rе) W - Re (26% Rе) 1% до +2320 °С * Приведены типы, совпадающие с международными стандартами a) б) с) Рис. 1. Эффект Зеебека Рис. 2. Конструкции термопар весьма разнообразны Рис. 3. Типы термопар: а) с открытым контактом; б) с изолированным незаземленным контактом; в) с заземленным контактом ЭДС =Е Т 3 Т 4 Т 1 Т 2 А В Рис 4. Закон внутренних температур