168 Измерительные приборы в электрических измерениях_________
хромель — 90% Ni, 10% Сг, константан — 54% Сu, 45% Ni, 1% Мn, алюмель - 95% Ni, 3% Мn, 2% А1, 1% Si.
Термоэдс является мерой разности температур между двумя контактами. Более точно выходное напряжение термопары можно записать в виде степенного ряда от разности температур Т —T0 , где Т0 — некоторая заданная температура калибровки, то есть
 |
Если мы имеем дело с большим диапазоном температур, то для достижения необходимой точности следует использовать больше одного коэффициента. Это сделать легко, когда доступен компьютер. Мы можем ввести в компьютер кусочно-линейную аппроксимацию используемой термопары. Этот подход заслуживает особого внимания, когда измеряются температуры большого числа объектов, как, например, на нефтеперерабатывающем заводе. Здесь применение термопар обеспечивает относительно дешевый и надежный, но нелинейный способ измерения температуры. Центральный компьютер может затем линеаризовать данные, считанные с каждого датчика.
При малом диапазоне температур в районе Т2 = О0С можно воспользоваться следующими значениями коэффициента Зеебека а, для различных типов термопар:
тип Е: 61 мкВ/К тип К: 40 мкВ/К тип J: 52 мкВ/К тип R: 6 мкВ/К
тип Т: 41 мкВ/К тип S: 6 мкВ/К.
Следующие четыре физических явления вносят свой вклад в напряжение на выходе термопары:
— Эффект Зеебека. Это полезный эффект, результат которого измеряется в отсутствие тока, протекающего через термопару. Он возникает из температурной зависимости контактной разности потенциалов. Эта контактная разность потенциалов обусловлена различием уровней Ферми у двух разнородных металлов. Чем выше температура, тем большее число электронов находятся на более высоком энергетическом уровне, чем уровень Ферми. Из-за этого контактная разность потенциалов становится зависящей от температуры.— Эффект Пельтье.
3.2 Входные преобразователи
Если через контакт двух разнородных металлов протекает ток, то температура контакта изменяется. В зависимости от направления тока, контакт становится теплее или холоднее окружающей среды. Этот эффект вызван тем, что всякий процесс электрической проводимости сопровождается переносом тепла. В металле теплопроводность, так же как и электропроводность, обеспечивается свободными электронами. В термопаре эффект Пельтье является нежелательным, поскольку вносит температурную погрешность.
— Эффект Томсона. Если через однородный металлический проводник течет ток в направлении, совпадающем с отрицательным температурным градиентом, то будет выделяться термоэлектричесая теплота. Если направление тока изменить на обратное, то тепло будет поглощаться проводником. Этот обратимый эффект также следует из того факта, что процесс электропроводности в металле сопровождается передачей тепла и, наоборот, теплопроводность сопровождается электропроводностью. Этот эффект также вносит ошибки.
— Джоулево тепло. В двух последних явлениях мы предполагали, что нет выделения тепла из-за рассеяния электрической энергии в электрическом сопротивлении металлов. Если полное сопротивление равно R, то в виде тепла рассеивается I2R джоулей в секунду. Поэтому термопара сама себя нагревает. Таким образом, очевиден вывод, состоящий в том, что через термопару не следует пропускать ток, если мы заинтересованы в точном измерении температуры; схема измерения должна иметь высокий входной импеданс.
Дополнительный источник ошибок возникает из-за влажности. Влага может образовывать с каждым из металлов гальванический элемент, причем вырабатываемое им напряжение во много раз больше, чем напряжение термопары. Поэтому термопару часто помещают в водонепроницаемый корпус.
|
|
|
Рис. 3.17. Удлинение измерительного контакта AB посредством компенсационного кабеля А'В' и компенсация температуры эталонного контакта с помощью мостовой схемы. |
Если мы хотим с помощью термопары измерить абсолютную температуру, а не разность температур, нам следует поддерживать один из контактов при известной фиксированной опорной температуре. Этого можно достичь, регулируя температуру одного из контактов с помощью термостата. Можно также осуществить компенсацию температуры эталонного контакта, как показано на рис. 3.17.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
