Характеристика термоэлектрических преобразователей (термопар)

Термоэлектрические преобразователи (термопары) и термопреобразователи сопротивления являются наиболее распространенными средствами измерения температуры, широко используемыми в системах автоматического контроля и регулирования. Они относятся к средствам измерения температуры контактным методом, когда преобразователь и среда, температура которой измеряется, находятся в соприкосновении друг с другом.

Конструктивно одинарный термоэлектрический преобразователь состоит из двух термоэлектродов, имеющих общий горячий (рабочий) спай защитной арматуры, служащей для предохранения термоэлектродов и их выводных зажимов от загрязнений и механических повреждений. Термоэлектроды по всей длине изолированы друг от друга и от металлической (металлокерамической или керамической) части защитной арматуры.

Для изоляции термоэлектродов применяют асбест (при температуре до 300 ˚С), кварцевые трубки и бусы (при температуре до 1000 ˚С), фарфоровые трубки и бусы (при температуре 1300–1400 ˚С). При более высоких температурах электроизоляционные свойства фарфора ухудшаются, поэтому используют трубки из окиси алюминия, окиси магния, окиси бериллия, двуокиси тория или двуокиси циркония.

Термоэлектрические преобразователи (термопары) позволяют измерять температуру от -200 до +2500 ˚С. Действие термоэлектрического преобразователя основано на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы термопары от температуры. Возникновение термоЭДС объясняется диффузией имеющихся в металле свободных электронов из металла, где плотность свободных электронов больше, в металл, где плотность свободных электронов меньше. В месте соприкосновения двух разнородных металлов будет возникать электрическое поле, которое будет препятствовать этой диффузии. Когда скорость диффузионного перехода электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступит состояние подвижного равновесия.

Отметим, что свойства электродов термопары при её эксплуатации могут изменяться, например, при науглероживании термоэлектродов, поэтому градуировочные таблицы требуют поверки и корректировки.

По достижимой точности измерения температуры термоэлектрические преобразователи разделяют на эталонные, образцовые и технические. Эталонные и образцовые термопары изготовляют градуировки ПП, их хранение и условия эксплуатации должны обеспечивать высокую точность воспроизведения характеристик. Эталонные термоэлектрические преобразователи хранятся и поверяются в институтах системы Госстандарта России, образцовые термоэлектрические преобразователи применяются на предприятиях для градуировки и поверки технических термопреобразователей. Образцовые термопреобразователи поверяются так же в учреждениях Госстандарта России.

В таблице 1 представлены различные типы термопар и их характеристики.

Таблица 1