Термопары
Явление термоэлектричества, открытое Зеебеком в 1821 г., широко используется при измерении температур с помощью термопар (термоэлементов). Этот метод измерения основан на существующей зависимости между термоэлектродвижущей силой, возникающей в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурами мест их соединения. Если составить цепь из любого числа разнородных проводников А, В, С...N и температуры мест их соединения сделать неодинаковыми, то в цепи возникнет термоэлектродвижущая сила, величина которой зависит от значения температур мест соединения проводников и их материала. Если же температура мест соединений проводников сделать одинаковыми, то Э.Д.С. в цепи не будет, в какой бы последовательности ни соединялись - проводники. Термоэлектрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников, называется термопарой.
Спай, помещаемый в среду, температура которой измеряется, называется горячим, а второй спай, температура которого поддерживается постоянной, - холодным, или, как еще его называют, свободным. Термопару с включенным в ее цепь измерительным прибором обычно называют термоэлектрическим пирометром.
В промышленных условиях для измерения термо - э. д. с., развиваемой термопарой, применяются автоматические потенциометры и милливольтметры. Описание автоматических потенциометров было дано в предыдущих главах, а описание милливольтметров можно найти в общеизвестной литературе по электроизмерительным приборам.
Подключение электроизмерительного прибора к термопаре производится либо в разрыв цепи холодных спаев, либо в разрыв одного из электродов термопары. В первом случае термопара имеет три спая: один горячий и два холодных, температура последних должна быть одинаковой и постоянной. Во втором случае термопара имеет четыре спая: один горячий, один холодный и два нейтральных. Холодный спай должен иметь постоянную температуру, а нейтральные спаи и должны иметь одинаковую температуру.
В автоматических потенциометрах, применяемых для измерения термо-э. д. с., компенсация влияния температуры свободных концов термопары осуществляется автоматически путем введения в измерительную цепь потенциометра никелевого или медного сопротивления.
Иногда введение поправки на температуру свободных концов термопары осуществляется, с помощью специального моста, включаемого в цепь термопары. В одно из. плеч моста включается медное или никелевое сопротивление, помещаемое возле свободных концов термопары. Питание моста осуществляется от аккумуляторной или сухой батареи напряжением около 4В.
При температуре градуировки вторичного прибора мост устанавливается в равновесие, при котором напряжение на измерительной диагонали равно нулю. С изменением температуры свободных концов сопротивления R также изменяет свою величину, мост выходит из равновесия, и возникшее напряжение в измерительной диагонали компенсирует изменение термо-э. д. с. термопары.
Термопары в зависимости от материала электродов подразделяются на две основные группы: термопары из благородных металлов и термопары из неблагородных металлов. К первой группе относится платинородий-платиновая термопара типа ТПП. Ко второй группе относятся термопары хромель-алюмель типа ТХА, хромель- копель типа ТХК и термопары типа ТНК градуировки НК - СА, не требующие поправки на температуру свободных концов.
Для измерения температур в пределах 1100 - 1600°С применяются термопары платинородий - платина, один электрод которой представляет собой чистую платину, а второй — сплав 90% Pt + 10% Rh. Т. э. д. е., развиваемая этой термопарой при 1600°С, равна 16,76 мв (при температуре свободных концов, равной нулю).
Для измерения температур ниже 1100' С применяются термопары из неблагородных металлов.
Термопара хромель-алюмель хорошо работает в окислительной среде благодаря возникновению при нагреве тонкой защитной пленки окислов, препятствующей дальнейшему окислению металла.
Термопары хромель-копель устойчиво работают в окислительной среде и менее устойчиво в восстановительной среде до температур 600°С.
Термопары железо-копель и медь-копель не получили распространения, ввиду отсутствия у них каких-либо существенных преимуществ по сравнению с термопарой хромель-копель.