Сведения, необходимые для выполнения работы. Повторите вопросы обработки и представления результатов, прямых и косвенных измерений и, используя литературу [4,16-20]

Повторите вопросы обработки и представления результатов, прямых и косвенных измерений и, используя литературу [4,16-20], настоящее описание и приложе­ние 1, ознакомьтесь со следующими вопросами:

· Основные характеристики измерительных преобразователей.

· Принцип действия, устройство и характеристики термоэлектрических пре­образователей.

· Методы измерения напряжения постоянного тока.

· Причины возникновения и способы исключения или учета погрешностей при измерении напряжения.

· Порядок поверки измерительных приборов.

· Схемы включения и измерительные цели термоэлек­трических преобразователей.

· Устройства и характеристики средств измерений, ис­пользуемых при выполнении данной работы.

Термоэлектрический преобразователь является генера­торным измерительным преобразователем и представляет собой цепь, состоящую из двух различных проводников Р и Q, соединенных между собой в двух точках (спаях), один из этих спаев принято называть свободным спаем, а другой - рабочим спаем термопары (см: рис. 4.4.1).

Если температуру , одного спая сделать отличной от температуры , другого спая, то в цепи потечет ток под дей­ствием ЭДС Е12, называемой термоэлектродвижущей силой (термоЭДС) и представляющей собой разность функ­ций температур мест соединения проводников:

(4.4.1)

Если в цепи, показанной на рис. 4.4.1, температуры в точках 1 и 2 равны, то термоЭДС также равна нулю. Из (4.4.1) следует, что ЭДС термопары является функцией двух независимых темпе­ратур , являющихся температурами ее спаев, и не зависит от темпера­тур других точек термопары. При небольшом перепаде температур между спаями термоЭДС в первом приближении можно считать пропорциональной разности температур и равной . Для определения измеряемой температуры по значению термоЭДС нужно либо зафиксировать температуру либо в изме­рения вносить поправку расчетным путем или автоматически. Расчетное введе­ние поправки основано на следующем свойстве.

Если термопара имеет температуры спаев то ее термоЭДС равна алгеб­раической сумме двух ЭДС, одна из которых генерируется при температуре спаев , другая - при температурах

(4.4.2)

Это свойство и используется при измерении температуры спая . Для этого определяют функцию при и используют полученную зависимость в качестве номинальной статической характеристики (НСХ) данной термопары, так как по ней можно определить температуру , если известно значение термо­ЭДС . Если же температура свободного спая отличается от температуры , при которой была произведена градуировка термопары, то значение определяется по формуле (4.4.2). При этом значение определяет­ся экспериментально, а значение - по значению температуры при помо­щи НСХ. По вычисленному значению посредством той же НСХ определя­ется измеряемая температура .

Промышленностью выпускается широкая номенклатура термопар. В табл. 4.4.1 приведены сведения из Межгосударственного стандарта ГОСТ 6616-94 “Преобразователи термоэлектрические” о термоэлектрических преобразователях с ме­таллическими термопарами, предназначенных для измерения температуры от -270 до +2500 °С.

Тип термопары	Обозначение типа	Обозначение номинальной статистической характеристики
Платинородий-платиновые	ТПП 13	R
Платинородий-платиновые	ТПП10	S
Платинородий-платинородиевые	ТПР	B
Железо-константановые (железо-медьникелевые)	ТЖК	J
Медь-константановые (медь-медьникелевые)	ТМК	I
Нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые)	ТНН	N
Хромель-алюмелевые (никельхром-никельалюминиевые)	ТХА	K
Хромель-константановые (никельхром-медьникелевые)	ТХКн	E
Хромель-копелевые	ТХК	L
Медь-копелевые	ТМК	M
Сильх-силиновые	ТСС	I
Вольфрамрений-вольфрамрениевые	ТВР	A-1, A-2, A-3

НСХ часто представляется в виде градуировочной таблицы. В приложении 6 приведена градировочная таблица термопары J типа, используемой в данной ра­боте в качестве образцового измерительного преобразователя.

Таким образом, термоэлектрические преобразователи используются для изме­рительного преобразования температуры в ЭДС. Сведения о характеристиках наиболее широко используемых термопар приведены в табл. 4.4.2. В зависимости от конструктивного исполнения термопары диапазон измеряемой температуры может несколько отличатся от приведенного в таблице.

Промышленная термопара устроена следующим образом. Термоэлектроды изолируются друг от друга керамическими бусами или керамическими трубками. Одни концы термоэлектродов свариваются, а другие присоединяются к зажимам головки, служащей для подключения внешних проводов. Чехол, в который поме­щаются термоэлектроды, делается из жаропрочной стали, а при измерении очень высоких температур - из керамики или кварца.

Место соединения термоэлектродов называется горячим, или рабочим, спаем. Противоположные концы называются холодными, или свободными. Обычно в ме­сте свободного спая термопара разомкнута. ЭДС термопары чаще всего не превос­ходит 50 мВ. Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру кото­рой требуется измерить. Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов постоянна, то подключение может быть сде­лано медным проводом, а если непостоянна, то оно выполняется специальными

Тип по ГОСТ	Материал положительного термоэлектрода	Материал отрицательного термоэлектрода	Диапазон измеряемых температур
ТЖК	Железо, Fe	Константан, Си-Ni	-210... +1200
ТХА	Хромель, Сг-Ni	Алюмель, Ni-А1	-210...+1372
ТМК	Медь, Сu	Константан, Си-Ni	-210...+400
ТХКн	Хромель, Сг-Ni	Константан, Си-Ni	-210... +1000
ТНН	Нихросил, Ni-Сг-Si	Нисил, Ni-Si-Mg	-210... +1300
ТПП13	Платина-родий, Pt-Rh (13°/о Rh)	Платина, Pt	-50...+1768
ТПП10	Платина-родий, Pt-Rh (10°/о Rh)	Платина, Pt	-50...+1768
ТПР	Платина-родий, Pt-Rh (30°/о Rh)	Платина-родий, Pt-Rh (6°/о Rh)	0...+1820
ТВР	Вольфрам-рений, W-Re (5°/о Rе)	Вольфрам-рений, W-Re (26°/о Rе)	0...+2320

удлинительными (компенсационными) проводами. В качестве последних ис­пользуются два провода из разных материалов. Провода подбираются так, чтобы при температуре свободных спаев и в паре между собой они имели такие же тер­моэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При подсоединении к термо­паре компенсационные провода удлиняют ее и дают возможность отвести холод­ный спай образованной составной термопары в такое место, где температура остается постоянной.

Вторичными преобразователями, измеряющими напряжение термопары и проградуированными в единицах измеряемой величины - температуры, служат магнитоэлектрические пирометрические милливольтметры, потенциометры по­стоянного тока, а в последнее время - цифровые средства измерений. В лабора­торной практике используются потенциометры с ручной компенсацией, а в про­изводственной - автоматические потенциометры.

Одним из источников погрешностей при измерении температуры с использо­ванием термопар является несоответствие температуры их свободных концов температуре, при которой производилась градуировка. Чтобы устранить эту по­грешность; необходимо вводить поправку, что делается либо вручную, либо авто­матически.

Кроме того, возможно появление погрешности термоэлектрического термо­метра вследствие изменения сопротивления измерительной цепи. Правда, термо­метр с потенциометром свободен от указанной погрешности, поскольку в момент компенсации по внешней цепи ток не течет и на ее сопротивлении отсутствует падение напряжения. Напротив, показания пирометрического милливольтметра зависят от сопротивления источника термоЭДС и сопротивления соединитель­ных проводов. Поэтому пирометрический милливольтметр должен работать с та­ким источником и такими соединительными проводами, при которых он градуи­ровался.