13 Термоэлектрические термометры

Термоэлектрический термометр представляет собой измеритель­ное устройство, состоящее из термо­электрического преобразователя температуры (ТПТ), электроизмерительного прибора и прово­дов, соединяющих их между собой в единое целое. Термоэлектрические термометры широко применя­ются во всех отраслях пищевой про­мышленности практически во всем диапазоне измеряе­мых темпе­ратур.

Термоэлектрические преобразователи температуры

В основу измерения температуры термоэлектрическими преобра­зователями температуры (ТПТ) по­ложен термоэлектрический эф­фект, который заключается в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает элек­трический ток, если места соедине­ния (спая) нагреты до различной температуры. Цепь (рис. VI.4) состоит из термоэлектродов А и В. Места их соединения — спаи — имеют различную температуру. При этом спай t, принимающий темпе­ратуру измеряемой среды или тела, называется рабочим, а спай t0 — свободным.

Термоэлектрический эффект может быть объяснен наличием в металлах сво­бодных электронов, число которых в единице объема различно для разных ме­таллов: например, в металле А их больше, чем в металле В. В спае температу­рой t электроны из металла А диффундируют в металл В в боль­шем числе, чем в обратном направлении. Поэтому электрод А заряжается положительно, а элект­род В — отрицательно. Возникающее при этом в месте соприкосновения электро­дов электрическое поле препятствует диффузии, и, когда под влиянием электри­ческого поля скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода, наступает состояние подвижного равновесия. При этом между элект­родами А к В возникает разность потенциалов — термоэлектродвижущая сила (термо­ЭДС). Термоэлектрический ток возникает и в однородном проводнике, если имеется градиент темпера­туры по его длине. Таким образом, в простейшей термоэлектрической цепи, составленной из двух разнородных проводников А и В, возникают четыре разные термоЭДС: две в местах спаев, одна по длине провод­ника А и одна по длине проводника В.

Для большинства термоэлектродных материалов функциональ­ная зависимость термоЭДС от темпе­ратуры достаточно сложна и, как правило, находится по таблицам.

В СССР стандартизовано пять основных типов технических ТПТ:

1. Платинородий (10% родия) - платиновые. Обозначение ТПП (первым указывается положитель­ный термоэлектрод, вторым - от­рицательный). Подразделяются на эталонные, образцо­вые и рабочие. Надежно работают в нейтральной и окислительной среде, но разрушаются в восстано­вительной. На платину вредно действуют пары металлов и углерод. По комплексной оценке являются луч­шими до температуры 1300—1600° С. Изготовляются из проволоки диаметром 0,5 и 1 мм, которая изолируется фарфоровыми бу­сами или трубками.2. Платинородий (30% родия)-платинородиевые (6% родия). Обозначение ТПР. Применяются до температуры 1600—1800° С. Не требуют введения поправки на температуру холодных спаев, так как при 20°С развивают очень малую термоЭДС (около 0,002 мВ).3. Хромель-алюмелевые. Обозначение ТХА. Применяются до тем­пературы 1100-— 1300° С. На эти термопреобразователи наиболее вредно действует восстановительная газовая среда. 4. Хромель-копелевые. Обозначение ТХК. Применяются до тем­пературы 600—800° С. Разви­вают наибольшую термоЭДС (около 7 мВ на 100°С).5. Вольфрам-рений (5% рения)-вольфрам-рениевые (20% ре­ния). Обозначение ТВР. Применя­ются до температуры 2300° С.В отдельных случаях могут применяться нестандартные ТПТ: медь- кон­стантановые, железо-кон­стантановые, медь- копелевые, железо-копелевые и др., одна­ко все они требуют индивидуальной градуировки. В специальных случаях приме­няются полупроводниковые преобразователи, которые раз­вивают термоЭДС, в 5—10 раз большую, чем указанные выше. Электродами в них являются сплавы цинка, свинца, олова, кадмия и углерода.