Измерение температуры терморезисторами и термопарами

Термопары – это датчики температуры, относящиеся к генераторному типу, выходной величиной которых является ЭДС, функционально связанная с температурой.

Принцип работы термопар основан на эффекте термо-ЭДС (эффект Зеебека) двух разнородных проводников (обычно металлов или сплавов).

Термопара представляет собой 2 проводника (2 проволоки из различных металлов или сплавов) имеющие один или два контакта (спая). При разности температур между двумя контактами двух проводников в данной цепи возникает ЭДС, пропорциональная разности температур и основным источником которой является температурная зависимость контактной разности потенциалов двух материалов.

В небольшом интервале температур величину термо-ЭДС можно считать пропорциональной разности температур и некоторому коэффициенту α (альфа), называемому коэффициентом термо-ЭДС:

Е = α·∆Т

Где ∆Т – разность температур между горячим и холодным контактами термопары. Однако в достаточно широком температурном диапазоне линейная зависимость ЭДС термопары от разности температур между спаями нарушается.

Для измерения термо-ЭДС измерительный прибор – вольтметр может включаться в цепь термопары двумя способами(см. рис. 1 – горячий спай,нагреваемый спай, 2 – холодный спай,ненагреваемый).

При этом точки 1 называют рабочими концами термопар, а точки 2 – свободными концами. Наиболее часто применяемые на практике термопары: хромель-алюмель, хромель-копель, Cu-константан, Fe-константан. Преимущество термопар перед другими приборами позволяющими определять температуру (например, терморезистор) в том, что они позволяют измерять температуру практически в точке, а диапазон измеряемых температур от -220°C до + 2500°C.

Если температуры спаев различаются, и температура одного из спаев известна (например, измерена с помощью термометра или терморезистора), то температуру второго спая (т.е. измеряемую температуру) можно найти из уравнения (1). Для того, чтобы упростить процесс измерения температуры с помощью термопары, температуру холодного спая можно застабилизировать например, опустив холодный спай в ванночку со льдом.

Алгоритм измерения температуры: Измерение температуры холодного спая; преобразование этой температуры в эквивалентное напряжение на выводах холодного спая термопары, используя градуировочную таблицу термопары или линеаризующее уравнение; добавление этого напряжения к измеренному напряжению на выводах термопары; преобразование полученного напряжения в температуру используя градуировочную таблицу термопары или линеаризующее уравнение.Сварка проводов, изготовленных из разных металлов, выполняется таким образом, чтобы получилось небольшое по размеру соединение - спай. Провода можно просто скрутить, однако такое соединение ненадежно и имеет большой уровень шумов. Особенностью термопар по сравнению с другими типами термодатчиков является то, что температурный коэффициент зависит только от материала, из которого изготовлена термопара и не зависит от ее конструкции (термопары выполняются в форме щупа, прокладки, бронированного зонда, и т.п.). Это делает термопары взаимозаменяемыми без дополнительной подстройки. При высоких температурах сопротивление материала изоляции термопары уменьшается и токи утечки через изоляцию могут вносить погрешность в результат измерения. Погрешность термопары возрастает также при попадании жидкости внутрь термопары, вследствие чего возникает гальванический эффект.

Терморезисторы – преобразователи, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления проводника от температуры. Терморезисторы чаще всего представляют собой проволоку из определенного материала, навитую на изолирующую подложку. В качестве материалов для производства терморезисторов используют металлы(наприм.платину, медь, никель). Температурные зависимости сопротивления терморезисторов в широком диапазоне температур нелинейный и для различных материалов подчиняется уравнениями: R_T = R₀(1+ αT); R_T = R₀(1+АТ+ВТ²); R_T = R₀(1+АТ+ВТ² + +СТ³), где R₀ – сопротивление при температуре, принятой за нуль; α, А, В и С – температурные коэф.сопротивления. Наиболее часто используют первую формулу- линейное уравнение (для небольших температурных диапазонов), а температурный коэф.сопротивления α имеет порядок 10‾² - 10‾³ град‾¹. Для высокочувствительных терморезисторов, работающих в узких интервалах температур, используют полупроводниковые материалы с отрицательным температурным коэф.сопротивления. Такие терморезисторы имеют малые размеры и нелинейную зависимость сопротивления от температуры: R_T = R₀ exp(A(1/T-1/T₀)). Терморезисторы используют, как правило, в мостовых схемах, где регистрирующий прибор отградуирован в единицах температуры с разрешением 0,001°С.

Измерение электропроводности растворов электролитов. Понятие удельная, эквивалентная электропроводность. Закон Кольрауша. Факторы влияющие на точность измерения электропроводности растворов.

Электропроводность(Эл) зависит от природы вещ-ва и от концентрации ионов. Эл определяется по удельной сопроводимости вещества или его р-ра: , -плотность тока, Е- напряженность. Удельное сопротивление:

Эл р-ров определяется кондуктометрически, путем измерения электрического сопротивления слоя жид-ти, находящейся м/д 2-мя электродами, опущенными в исследуемый раствор. Прохождение электрического тока связано с преодолением определенного сопротивления R.

, -расстояние, s-площадь.

Удельная Эл хар-ет проводящие св-ва раствора. Различают еще молярную и эквивалентную Эл:молярная: , V_м- объем р-ра, содержащий 1 моль растворимого вещества;эквивалентная: , V_э- объем раствора 1 эквивалента вещества.

Удельная Эл с уменьшением концентрации падает, а эквивалентная растет, достигая при бесконечном разбавлении предельного значения. Между σ и λ есть зависимость: .

Удельная Эл - Эл постоянного объема р-ра, содержащее определенное кол-во вещества.

З-н Кольрауша. Эл р-ра складывается из Эл движения катионов λ⁺ и анионов λ^-. Электропроводные свойства ионов хар-ся подвижностью. Эл ионов – это произведение абсолютной скорости движения ионов на число Фарадея. Подвижность увеличивается с разбавлением р-ра. Эквивалентная Эл р-ра при бесконечном разбавлении = сумме подвижностей ионов. В этом заключается закон аддитивности.

Удельная Эл р-ра зависит от кол-ва в-ва, содержащаяся в 1 см³ р-ра. При увеличении концентрации удельная Эл сначала растет до max, а затем понижается. Кольрауш установил, что в разбавленном р-ре зависимость λ от С:

Удельная и эквивалентная Эл р-ра повышается с ростом температуры, т.к. увеличивается скорость движения ионов и понижается вязкость р-ра, увеличивается гидратация р-ров.

Удельная и эквивалентная Эл зависит от природы растворителя, его вязкости и диэлектрической проницаемости. Чем меньше диэлектрическая проницаемость, тем ниже электропроводность.

Поиск по сайту: