27. Конструкция термоэлектрических преобразователей постоянного и кратковременного действия. Требования предъявляемые к термопарам.

Термометры термоэлектрические представляют собой чувствительные элементы в виде двух проводов из разнородных металлов или полупроводников со спаянными концами. Действие термоэлектрического преобразователя основано на эффекте Зеебека - появлении термоЭДС в контуре, составленном из двух разнородных проводников, спаи которых нагреты до различных температур. При поддержании температуры одного из спаев постоянной можно по значению термоЭДС судить о температуре другого спая. Спай, температура которого должна быть постоянной, принято называть холодным, а спай, непосредственно соприкасающийся с измеряемой средой - горячим.    В наименовании термоэлектрического преобразователя всегда принято ставить на первое место название положительного термоэлектрода, а на второе - отрицательного.                     Термопреобразователи различают: По способу контакта с измеряемой средой - погружаемые, поверхностные. По условиям эксплуатации - стационарные, переносные, разового применения, многократного применения, кратковременного применения.               По защищенности воздействия окружающей среды - обыкновенные, водозащитные, защищенные от агрессивных сред, взрывозащищенные, защищенные от других механических воздействий. По герметичности к измеряемой среде - негерметичные, герметичные. По числу термопар - одинарные, двойные тройные. По числу зон - однозонные, многозонные. Если температуру холодного спая поддерживать постоянной, то термоЭДС будет зависеть только от степени нагрева рабочего конца термопреобразователя , что позволяет отградуировать измерительный прибор в соответствующих единицах температуры . В случае отклонения температуры свободных концов от градуировочного значения, равного 0°С, к показаниям вторичного прибора вводиться соответствующая поправка. Температуру свободных концов учитывают для того, чтобы знать величину поправки.    

 Для вывода свободных концов термопреобразователя в зону с постоянной температурой служат удлиненные термоэлектродные провода. Они должны быть термоэлектрически идентичны термоэлектродам термопреобразователя.

Вес важнейшие характеристики термоэлектрического термометра: величина сигнала, чувствительность, диапазон измеряемых темпера­тур, ресурс, стабильность и др., зависят в основном от свойств мате­риалов, образующих чувствительный элемент термометра — термо­пару. Для изготовления термопары принципиально возможно пользоваться парой любых разных металлов и сплавов, однако целесообразно использовать только определенные, так называемые термоэлектродные сплавы, которые получили распространение в измерительной технике.

Одной из главных причин того, что для термопар используются вполне определенные сплавы является многообразие и сложность предъявляемых к ним следующих требований.

1. T. э. д. с. термоэлектродных сплавов, образующих термопару должна быть достаточно большой для того, чтобы ее можно было измерить с необходимой точностью. Она должна быть непрерывной и однозначной функцией температуры, без экстремумов в интервале температур, для которого предназначена термопара. Желательно чтобы эта функция была максимально близка к линейной.

У термопар, для которых не требуются поправки на температу­ру свободных концов, необходимо, чтобы величина т. э. д. с. в опре­деленном интервале температур была ничтожно малой.

2.   Температура плавления   термоэлектродных   сплавов должна быть выше максимальной    температуры, при которой   термопара должна работать. Необходимо, чтобы температура плавления спла­ва превышала максимальную температуру эксплуатации не менее чем на 50—150 °С. Это превышение может быть и большим, если при высоких температурах   прочность   термоэлектродных сплавов резко падает и (или) они активно взаимодействуют с окружающей средой и пр.

3.              Термоэлектродные сплавы должны быть коррозионно-устойчи­выми в тех средах и при тех температурах,   при   которых должна работать термопара. В большинстве случаев речь идет о стойкости на воздухе, а когда речь идет о других средах, то часто оказыва­ется необходимым, чтобы наряду с коррозионной стойкостью в этих средах была обеспечена также стойкость на воздухе. Этому требо­ванию термоэлектродные сплавы далеко не всегда удовлетворяют, поэтому термоэлектроды термопар стремятся защитить от воздействия внешней среды.                                    

 4.                  Термоэлектродные сплавы должны отличаться воспроизводи­мыми и однородными свойствами при производстве их в необходи­мых масштабах. В современном приборостроении легче использовать термоэлектродные сплавы с малой,   но   воспроизводимой т. э. д. с, чем сплавы с большой и плохо воспроизводимой т. э. д. с. Погреш­ность воспроизводимости  т. э. д. с. (допуск на т. э. д. с.) термоэлек­тродных сплавов, образующих термопару, равную ±1 %, можно счи­тать приемлемой для некоторых видов промышленных термопар, хотя желательно, чтобы она была меньше.

5.             Сплавы для термопар в процессе эксплуатации и градуировки должны сохранять свою термоэлектрическую характеристику неиз­менной. Величина нестабильности т. э. д. с. термопар служит крите­рием отказа при оценке их надежности. Желательно, чтобы неста­бильность т. э. д. с. промышленных высокотемпературных термопар не превышала 1 % от измеряемой величины после эксплуатации в течение 1000 ч. Во многих   случаях и эта цифра   представляется чрезмерно большой.

6.                   Сплавы для термопар должны быть достаточно пластичны­ми, чтобы из них было возможно изготавливать проволоку (в неко­торых случаях и другие   виды   полуфабрикатов), и вместе с тем достаточно прочными. Последнее   требование   особенно важно для термопар, подвергающихся механическим нагрузкам, особенно зна­копеременным.