Методы измерения температур. Изготовление и тарировка термопары

2.1. Введение

Основным параметром, характеризующим энергетическое состояние вещества, является температура. Чем выше температура тела, тем интенсивнее тепло переходит от него к другим телам, имеющим меньшую температуру. Основной единицей для измерения температуры является градус Кельвина (К).

Наиболее надежным и распространенным прибором для измерения температуры, используемым в технологических процессах изготовления деталей самолета, сборки, монтажа и испытаний, является термоэлектрический термометр (термопара).

Принцип его действия основан на термоэлектрических явлениях, в результате которых в электрической цепи, состоящей из двух разнородных проводников, возникает термоЭДС, зависящая от температур мест соединений этих проводников. Для измерения температуры одно из мест соединения разнородных проводников помещается в измеряемую среду (рабочие концы), а другое место соединения (свободные концы) должно иметь известное значение температуры или находиться при стабильной, заранее известной температуре. ТермоЭДС термоэлектрического термометра не изменится, если в его цепь будет включен третий проводник или измерительный прибор, и температура мест его подсоединения будет одинаковой. Измерительный прибор (или третий проводник) может включаться или в свободные концы, или в термоэлектрод.

Свободные концы термоэлектрического термометра должны быть расположены в месте, где удобно стабилизировать температуру или производить ее измерение. Для удлинения термометра, без искажения его термоЭДС, применяют удлиняющие (компенсационные) провода, которые подсоединяют к термоэлектродам, тем самым позволяя перенести свободные концы в удобное место.

Градуировочные характеристики термоэлектрических термометров составляют, как правило, для температуры свободных концов 0°С. Если температура свободных концов не равна 0° С, то следует вводить поправку в термоЭДС, развиваемую термоэлектрическим термометром:

E(t, 0) = E(t, t₀) + E(t₀, 0), (2.1)

где E(t, 0), E(t, t₀) - термоЭДС, которые должны развивать термометр, при температуре рабочего конца t и температуре свободных концов 0° С (градуировочное значение) и to соответственно; E(t_Q, 0) —поправка к значению термоЭДС термометра для приведения его показаний к градуировочным значениям, численно равная термоЭДС, развиваемой термометром, когда его рабочий конец имеет температуру t₀, а свободные концы 0° С.

Рис. 2.1. Внешний вид некоторых термоэлектрических термометров:

а — для сред под давлением, близким к атмосферному (L = 500-2500 мм); б — для сред под давлением до 3 МПа, с неподвижным штуцером (L= <1500 мм); в — для сред под давлением до 25 МПа, малоинерционные (L = 300-500 мм)

В России выпускаются пять разновидностей стандартных термоэлектрических термометров (табл. 2.1), технология производства которых обеспечивает их взаимозаменяемость и стабильность градуировочных характеристик для каждой разновидности.

Для удобства практического использования термоэлектрические термометры изготавливают в соответствующей армировке, которая позволяет производить измерение температуры при различных давлениях измеряемой среды (рис. 2.1). Градуировочные характеристики стандартных термопар должны удовлетворять ГОСТ 304477 (табл. 2.2), а термопар ХА и ХК в диапазоне температур от –200° С до -50° С — ГОСТ 1489469.

Таблица 2.1

Типы термоэлектрических преобразователей, условные обозначения градуировочных характеристик, диапазоны измеряемых температур

Тип	Материал термоэлектродов	Условное обозначение градуировочной характеристики	Термоэлектроды		Диапазон измеряемых температур (длительно) °С	Предел кратковременного применения, °С
			Положительные	Отрицательные
ТВР	Вольфрамрений-вольфрамрений	ВР5/20— 1 , 2, 3	5% Re 95% W	20% Re 80% W	0 — 1800	2500
ТПР	Платинородий- платинородий	ПР3О/6	30% Rh 70%Pt	6% Rh 94% Pt	300 — 1600	1800
тпп	Платинородий- платина	ПП	10% Rh 90% Pt	100% Pt	0 — 1300	1600
ТХА	Хромель-алюмель	ХА	Хромель	Алюмель	-50 — +1000	1300
тхк	Хромель-копель	ХК	Хромель	Копель	-50 — +600	800

Таблица 2.2

Термо-ЭДС, мВ, термоэлектрических термометров в зависимости от температуры рабочего конца при температуре свободных концов 0°С

Температура рабочего конца	ТВР	ТПР	тпп	ТХА	тхк
-50	—	—	—	- 1 ,889	- 3,110
-20	—	—	—	- 0,777	- 1,270
100	1,330	—	0,644	4,095	6,898
200	2,869	—	1,436	8,137	14,570
300	4,519	0,443	2,314	12,207	22,880
400	6,209	0,808	3,250	16,395	31 ,480
600	9,598	1,830	5,218	24,902	49,090
800	12,929	3,208	7,317	33,277	66,420
1000	16,136	4,916	9,550	41 ,269	—
1300	20,576	7,982	13,107	52,398	—
1600	24,590	11,429	16,685	—	—
1800	26,999	13,778	—	—	—
2500	33,636	—	—	—	—