Термоэлектрические термометры.

Комплект термоэлектрического термометра состоит из термоэлектрического преобразователя, измерительного прибора и соединительных проводов.

Преобразователь термоэлектрический (рис.1.5) служит первичным преобразователем (чувствительным элементом) термоэлектрического термометра. Он состоит из двух разнородных проводников - электродов А и В, соединенных между собой. Место соединения электродов, нагреваемое до температуры t (температурой измеряемой среды), называется рабочим (горячим спаем), а до постоянной температуры t₀ - свободным (холодным). Действие преобразователя основано на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутой цепи из двух или нескольких разнородных проводников возникает термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС), если спаи проводников имеют разную температуру. Следовательно, термо-ЭДС, развиваемая преобразователем, зависит как от температуры t рабочего спая, так и от температуры t₀ холодного спая. Если температура холодного спая поддерживается постоянной, то термо-ЭДС зависит лишь от степени нагрева горячего спая t. Измеряя эту термо-ЭДС, можно определить искомую температуру.

Рис.1.5.Термоэлектрическая цепь.

Термопреобразователи изготавливают из чистых металлов и сплавов, обладающих постоянством и хорошей воспроизводимостью термоэлектрических свойств. Для изготовления положительного электрода чаще всего используют платинородий, хромель, а отрицательного - алюмель, копель и др.

В технических термометрах создаваемая термо-ЭДС не превышает 8 мВ на каждые 100 °С; при измерении высоких температур она не превышает 70 мкВ.

Согласно ГОСТ 6616-94 допускается применение стандартных термоэлектрических преобразователей пяти типов (табл.1.1).

Таблица 1.1.

Изолированные термоэлектроды помещают в защитный чехол из газонепроницаемых материалов (сталь, фарфор и др.), выдерживающих высокие температуры.

На рис.1.6а показан общий вид термоэлектрического термометра. Термоэлектроды помещены в стальной чехол 8 с насаженным на него фланцем 9 со стопорным винтом. Рабочий конец чувствительного элемента 12 (рис.1.6б) расположен в фарфоровом стаканчике 11 или приваривается ко дну чехла. Оба электрода изолированы фарфоровыми бусами 10. Головка термоэлектрического термометра состоит из корпуса 7, крышки 3, штуцера 5 для вывода проводов. Крышка прикрепляется к головке цепочкой 1. Внутри головки расположена фарфоровая колодка 6 с двумя подвижными зажимами 4, имеющими две пары винтов 2 для закрепления термопроводов и соединительных проводов.

Температура головки термометра под действием окружающей среды может изменяться, вследствие чего нарушается постоянство температуры холодных спаев, вызывающее погрешность измерения. Устранения влияния температуры окружающей среды на величину термо-ЭДС достигают путем использования термоэлектродных проводов, которые развивают при темпера турах не более 100-150 °С термо-ЭДС, равную термо-ЭДС преобразователя. При наращивании преобразователя термоэлектродными проводами холодные спаи удаляются от среды с меняющейся температурой в зону с постоянной температурой, где может находиться нулевой (ледяной) или иной термостат (ТС).

а - общий вид; б - рабочий конец чувствительного элемента.

Рис. 3-6. Термоэлектрический термометр.

В качестве вторичных приборов для измерения термо-ЭДС в комплектах термоэлектрических термометров применяют милливольтметры и потенциометры.

Милливольтметр является прибором магнитоэлектрической системы. Принцип его работы основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем, образованным проводником, по которому протекает измеряемый электрический ток. Милливольтметр состоит из постоянного магнита 4 (рис.1.7) с полюсными наконечниками, круглого неподвижного сердечника 3, расположенного между полюсами магнита с зазором, в котором может поворачиваться подвижная рамка /. Рамка изготовляется из медной или алюминиевой проволоки и укрепляется по центру охватываемого сердечника на кернах или подвешивается на металлических подвесках. Стрелка 2, конец которой перемещается вдоль шкалы 6, жестко соединена с подвижной рамкой. Грузики 5 служат для балансирования подвижной системы. Электрическая цепь, в которой производится измерение термо-ЭДС, подключается к рамке через спиральные пружины (на схеме не показаны), соединенные одним концом с рамкой, а другим с неподвижными деталями прибора. Ток, протекая через рамку, вызывает вращающий момент. При этом угол поворота рамки зависит от величины тока. Милливольтметр может быть отградуирован в градусах температуры или в милливольтах. На шкале технического прибора указывается градуировка термоэлектрического преобразователя, для работы с которым он предназначен.

Милливольтметры выпускаются равных модификаций: переносные показывающие; стационарные показывающие; стационарные показывающие и сигнализирующие, показывающие и позиционно регулирующие узкопрофильные со световым указателем; самопишущие для измерения и записи температуры в одной или нескольких точках на одной диаграммной ленте.

Рис.1.7. Схема магнитоэлектрического милливольтметра.

Точность показаний термоэлектрического термометра зависит от способов его установки. При монтаже термометра в трубопроводах рабочий конец его располагают в центре потока (на оси трубопровода). В трубопроводах малого диаметра термометр устанавливают наклонно, концом навстречу потоку. Если температура измеряемой среды превышает 800°С, то термометр располагают вертикально, что заметно уменьшает деформацию его защитного чехла под действием высоких температур. Места крепления термометров к ограждающим стопкам должны быть надежно уплотнены, так как присосы холодного воздуха или прорывы нагретых газов наружу могут привести к неправильным показаниям и повреждению защитного чехла и головки термометра.

Рис.1.8. Монтаж термоэлектрического термометра в кирпичной кладке.

Установка термоэлектрического термометра в кирпичной кладке показана на рис.1.8. Труба 6, заделываемая в кладку, имеет три ребра 7, которые предохраняют ее от провертывания и осевого смещения. Термометр / со стопорным винтом 3 укреплен на фланцах 4, между которыми находится асбестовая прокладка 5. Свободные щели уплотнены набивкой 2. Глубина погружения термометра регулируется винтом 3. При монтаже термометра на металлической стенке труба с фланцем приваривается к этой стенке.