Термоэлектрические преобразователи

Измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей основано на использовании термоэлектродвижущей силы, возникающей в цепи прибора при помещении его рабочего конца в измеряемую среду.

Термоэлектрические преобразователи состоят из двух проводников (термоэлектродов), изготовленных из различных металлов и сплавов в виде проволок диаметром 0,5 — 3 мм.

Термоэлектроды соприкасаются только в рабочем конце, на остальной длине они изолируются друг от друга с помощью фарфоровых трубок. От механических повреждений и воздействия вредных газов преобразователи защищают чехлом.

Для установки измерительного прибора на значительном расстоянии от преобразователя применяются компенсационные (удлинительные) провода. В таблице 1 приведены типы компенсационных проводов, применяемых с различными типами преобразователей, их маркировка, значения термоЭДС и их допустимые отклонения от термоЭДС соответствующих преобразователей.

Таблица 1. Основные характеристики компенсационных проводов, применяемых с термопарами

Термоэлектрические преобразователи различают: 

• по способу контакта с измеряемой средой: погружаемые и поверхностные;
• по наименованию материала: ТВР — термоэлектрический преобразователь вольфрамрениевый, ТПР — платинородиевый, ТПП — платинородий-платиновый; ТХА — хромель-алюмелевый; ТХК — хромель-копелевый;
• по условиям эксплуатации: стационарные и переносные; по герметичности по отношению к измеряемой среде: обыкновенные и герметичные;
• по инерционности: малоинерционные (МИ), средней инерционности (СИ), большой инерционности (БИ), ненормированной инерционности (НИ). 
• по количеству горячих спаев в одной зоне: одинарные и двойные;
• по количеству зон: однозонные и многозонные.

Показатели тепловой инерции термоэлектрических преобразователей различных исполнений приведены в табл. 2.

Таблица 2. Значения показателя тепловой инерции термоэлектрических преобразователей в зависимости от исполнения

Типы термоэлектрических преобразователей стандартных градуировок и диапазоны измеряемых температур приведены в табл. 3.

Таблица 3. Основные характеристики термоэлектрических преобразователей

Первичный преобразователь типа ТПР имеет стабильную градуировочную характеристику в интервале температур 1200—1500°С. Предел основной допустимой погрешности (Δ_e) вычисляется по формуле: в диапазоне температур от 300 до 1800°С

Δ_e=0,01+3,3*10^-5(t—300), мВ;

в диапазоне температур от 0 до 300°С

Δt=(3,2—5,17)°С.

Преобразователь типа ТПП можно применять в качестве образцового: он не боится окислительной среды. К недостаткам его можно отнести слабую чувствительность и высокую стоимость термоэлектродного материала.

Предел основной допустимой погрешности определяется с помощью формул: в диапазоне температур от 300 до 1600°С

Δ_e=0,01+2,5*10^-5(t—300), мВ;

в диапазоне температур от 0 до 300°С

Δ_e=0,1 мВ или Δt = 1,23°С.

Градуировочная характеристика преобразователя типа ТХА близка к линейной, при невысоких температурах он устойчив к окислительной атмосфере. Для температур от 300 до 1300°С определяется по формуле:

Δ_e=0,16+2*10^-4(t—300), мВ;

при температуре до 300°С

Δ_e=0,16 мВ или Δt = 4°С.

Преобразователь типа ТХК развивает термоЭДС, значительно превышающую термоЭДС других преобразователей, но он менее жаростойкий. В диапазоне температур от 300 до 800°С

Δ_e=0,2+6*10^-4(t—300), мВ;

при температуре до 300°С

Δ_e=0,2 мВ или Δt = 2,16°С.