Министерство науки и образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ТЕРМОМЕТРАМИ

Методические указания

к лабораторной работе

2011

Министерство науки и образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ТЕРМОМЕТРАМИ

Методические указания

к лабораторной работе

Казань

КГТУ

2011

Составители: доц. Перухин М.Ю.

доц. Ившин В.П.

Измерение температуры термоэлектрическими термометрами: методические указания к лабораторной работе / М.Ю.Перухин, В.П.Ившин, М-во образ. и науки РФ, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань : КГТУ, 2011 – 20 с.

Изложен материал по подготовке и проведению лабораторной работы, в ходе которой студенты знакомятся с типами и конструкцией термоэлектрических преобразователей и их основными характеристиками.

Даны все необходимые теоретические сведения по изучаемой теме, приведено описание экспериментальной установки, изложен порядок проведения работы.

Предназначено для студентов очной, заочной и очно-заочной форм обучения механических и технологических специальностей при изучении ими курса автоматизации технологических процессов.

Подготовлено на кафедре автоматизированных систем сбора и обработки информации.

Табл. 3. Ил. 8. Библиогр.: 4 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета

Рецензенты : зав. каф. АТПП КГЭУ д-р. техн. наук,

проф. К.Х. Гильфанов

канд. техн. наук, доц. каф. АиУ КГТУ

(им. А.Н. Туполева) С.А. Терентьев

 М.Ю. Перухин, В.П. Ившин, 2011

Казанский государственный

технологический университет, 2011

Лабораторная работа Измерение температуры термоэлектрическими преобразователями

Цель работы: изучить принцип измерения температуры термоэлектрическим способом; особенности построения измерительных цепей; провести поверку хромель-копелевого (ХК) и хромель-алюмелевого (ХА) термоэлектрических преобразователей и сделать вывод об их пригодности.

Теоретическая часть

Первичным преобразователем термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в возникновении электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников имеющих разную температуру в местах спаев [1].

Спай с температурой t называется горячим или рабочим, спай с температурой t₀ – холодным, или свободным, а проводники А и Б - термоэлектродами (рис. 1).

t₀

A Б

t

Рис 1. Термоэлектрическая цепь из двух

разнородных проводников

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. В спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл Б в большем количестве, чем обратно. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл Б – отрицательно. Когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и Б возникает разность потенциалов. Таким образом, термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, то есть Е_АВ(t,t₀).

Поддерживая температуру спаев t₀ постоянной, получим:

E_AB (t, t₀) = f (t)

Это означает, что измерение температуры сводится к определению ТЭДС температуры. ТЭДС не меняется от введения в цепь термопары третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Следовательно, в цепь термопары можно включать соединительные провода и измерительные приборы.

Требования к материалу для изготовления термоэлектрических преобразователей (термопар)

Требования к материалу для изготовления термопары:

1. постоянство ТЭДС во времени;

2. устойчивость к воздействию высоких температур;

3. возможно большая величина ТЭДС и однозначная зависимость ее от температуры;

4. небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления и большая электропроводность;

5. воспроизводимость термоэлектрических свойств, обеспечивающих взаимозаменяемость термопар [2].

Конструктивное оформление термопар

Конструктивное оформление термопар разнообразно и зависит главным образом от условий их применения. На рис. 2 показана термопара типичной конструкции. Как правило, горячий спай промышленных термопар изготовляется сваркой в пламени вольтовой дуги. Термопары платиновой группы свариваются без флюса, а остальные – под слоем флюса. Пайка применяется только при изготовлении нестандартных лабора­торных термопар из очень тонких проволок.

Независимо от конструкции термопара должна удовлетворять ряду требований. Изоляция термоэлектродов должна исключать возможность короткого замыкания и электрических утечек. Термоэлектроды должны быть защищены от механи­ческих повреждений и химического воздействия измеряемой среды. Удлиняющие провода должны быть надежно подклю­чены к термопаре.

Для электрической изоляции термоэлектродов обычно приме­няют фарфор в виде коротких одно- или двухканальных трубок, либо бус. Спай термопары остается голым и изолируется обычно фар­форовым наконечником, помещенным на дне защитной металли­ческой трубки. Изолированные электроды промышленных термо­пар помещаются в защитную трубку для предохранения от меха­нических повреждений и химического воздействия среды при высоких температурах. Защитная трубка ввинчивается в головку термопары, внутри которой укреплены две клеммы, соединенные с электродами термопары. Клеммы служат для присоединения концов термо­электродных проводов, для выхода которых головка термопары снабжена сбоку отверстием с коротким патрубком. Для агрессивных сред применяются защитные трубки из металлокерамики или стальные трубки, покрытые слоем туго­плавкой эмали. Холодные спаи каждой термопары укреплены под винтами фарфоровой контактной колодки. Соединительные провода выве­дены из арматуры термопары через специальные сальниковые уплотнения [1].

Рис. 2. Термопара в защитной арматуре с передвижным фланцем:

1 – горячий спай термопары; 2 – фарфоровый наконечник; 3 – защитная трубка; 4 – фарфоровые бусы; 5 – передвижной фланец для крепления термопары; 6 – корпус головки; 7 – фарфоровая колодка; 8 – винты для крепления колодки; 9 – зажимы; 10 – винты для крепления термоэлектродов в зажимах; 11 – винты для крепления про­водов; 12 – крышка; 13 – прокладка; 14 – штуцер для вывода; 15 – асбестовый шнур; 16 – винт для цепочки.