Термоэлектрические термометры

Термоэлектрический метод измерения температур основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-э.д.с., ТЭДС) термоэлектрического термометра от температуры.

Пусть имеются две пластинки из разных металлов, причём плотность n1 электронного газа в металле 1 больше плотности n2 электронного газа в металле 2 (рис. а). При их соприкосновении вследствие преимущественной диффузии электронов из металла 1 в 2 между металлами возникает контактная разность потенциалов (рис. б). Контактная разность потенциалов Δφ при одинаковой температуре контактов C и D в замкнутой цепи из металлических проводников (рис.) не может создать тока, так как она лишь уравнивает потоки электронов в противоположных направлениях. Если найти алгебраическую сумму всех изменений потенциала в контактах такой цепи, то она будет равна нулю. Следовательно, в этих условиях контактная разность потенциалов Δφ не является ЭДС.
Однако, если подогреть контакт D, то в нем возрастет количество переходов электронов из металла B в металл A и контактная разность потенциалов. Так как в металле A на конце D электронов станет больше, то они устремятся к концу С. Увеличение концентрации электронов на конце C вызовет их переход из металла A в металл B через контакт C. Отсюда они по металлу B перейдут к контакту D. Таким образом, если температура контакта D будет все время больше, чем контакта С, то по замкнутой цепи будет происходить направленное движение электронов против часовой стрелки. Следовательно, в такой цепи будет действовать ЭДС. Такую ЭДС в замкнутой цепи из разнородных металлов, которая обусловлена различными температурами контактов, называют термоэлектродвижущей силой.

Термо-ЭДС прямопропорциональна разности температур контактов и зависит от рода металлов.

Электрическая энергия в такой цепи получается за счет внутренней энергии источника, поддерживающего разность температур контактов. Преобразователь, состоящий из двух разнородных металлов со спаянными концами, в котором создается электрическая энергия за счет внутренней энергии другого тела, поддерживающего разность температур спаев, называют термопарой.

У термопары часто делают один спай, спаивая отрезки проволоки (или пластинки) из двух разнородных металлов, а к свободным концам присоединяют внешнюю цепь и измерительные приборы. Роль второго (холодного) спая выполняют контакты с проводами внешней цепи.

Термоэлектрические термометры широко применяются для измерения температур до 2500°С. Они могут использоваться для измерения температуры от - 200°С, но в области низких температур термоэлектрические термометры получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления. В области высоких температур (выше 1300 + 1600°С) термоэлектрические термометры находят применение главным образом для кратковременных измерений; для длительного же измерения высоких температур они применяются только в отдельных особых случаях. С ростом температуры возрастает влияние агрессивных свойств среды, и продолжительность работы термоэлектрических термометров быстро снижается.

+: достаточно высокая степень точности, возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких термоэлектрических термометров через переключатель к одному измерительному прибору, возможность автоматической записи измеряемой температуры с помощью самопишущего прибора, возможность раздельной градуировки измерительного прибора и термоэлектрического термометра.

Конструктивно термоэлектрический термометр представляет собой две проволоки из разнородных материалов, нагреваемые концы которых скручиваются, а затем свариваются или спаиваются.

Для защиты от механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется, электроды термоэлектрического термометра, армированные изоляцией, помещаются в специальную защитную арматуру. У рабочих термоэлектрических термометров, применяемых для измерения температуры различных сред, арматура состоит их защитной гильзы 1, неподвижного 2 или передвижного штуцера с сальниковым уплотнением (на рисунке не показан) и головки 3, соединенной с неподвижным штуцером с помощью трубки 6 или непосредственно с гильзой при передвижном штуцере. В головке, снабженной крышкой и патрубком 5 с сальниковым уплотнением, помещена розетка 4 из изоляционного материала с зажимами для присоединения термоэлектродов 7 и проводов, соединяющих термометр с измерительным прибором или преобразователем. Длина погружаемой (монтажной) части L в среду, температуру которой измеряют, выполняется различной для каждого конкретного типа термоэлектрического термометра. В качестве изоляции термоэлектродов термометра применяются одно- или двухканальные трубки или бусы 8 - из фарфора (при температуре до 1300 °С) и окислов алюминия, магния или бериллия (свыше 1300 °С), надеваемые на термоэлектроды.

Поиск по сайту: