Термоелектричні та терморезистивні перетворювальні елементи

Принцип дії термоелектричного перетворювача (термопари) базується на використанні термоелектричного ефекту, суть якого полягає у виникненні термо-ЕРС в колі, що складається з двох різнорідних провідників чи напівпровідників, які називають термоелектродами, якщо температури Т1 і Т 2 відповідних частин перетворювача різні (рис.1).

Спай термопари, який поміщають в досліджуване середовище, називають робочим або гарячим, а кінці, температура яких підтримується переважно постійною, - вільними або холодними.

Рис. 1 – Найпростіші термоелектричні кола

Оскільки в коло термопари під'єднується вимірювальний прилад чи інший перетворювач, то в місці під'єднання утворюються інші спаї і коло термопари в простішому випадку треба розглядати як коло, що складається з трьох провідників a, b і с (рис.1, б)

3. Принцип дії терморезистивних перетворювачів базується на властивості провідників чи напівпровідників змінювати електричний опір при зміні температури. Для перетворень температури використовують матеріали, які мають високу стабільність ТКО, високу відтворюваність електричного опору для даної температури, значний питомий електричний опір і високий ТКО, стабільність хімічних і фізичних властивостей під час нагрівання, інертність до дії досліджуваного середовища.

З провідникових матеріалів широко застосовується платина. Цей благородний метал навіть при високих температурах в окисному середовищі не змінює своїх фізичних і хімічних властивостей. Платинові перетворювачі температури в діапазоні -200.,.+650 °С, використовуються в цьому діапазоні для відтворення міжнародної температурної шкали як еталонні.

До недоліків платинових перетворювачів температури належать досить висока забруднюваність платини при високих температурах парами металів (особливо заліза), порівняно невисока хімічна стійкість у відновному середовищі, внаслідок чого вона стає крихкою, втрачає стабільність характеристик.

Мідь, внаслідок низької вартості і досить високої стійкості до корозії широко застосовується в перетворювачах температури в діапазоні -50...+180°. Залежність електричного опору від температури - лінійна:

До недоліків мідних перетворювачів температури належать висока окислюваність під час нагрівання, внаслідок чого вони застосовуються у вказаному, порівняно вузькому, діапазоні температур у середовищах з низькою вологістю і при відсутності агресивних газів.

Крім платини та міді, для чутливих елементів термоперетворювачів температури використовують нікель, вольфрам та інші чисті метали.

Нікель є хімічно стійким матеріалом навіть при високих температурах, проте має складну залежність опору від температури і невисоку її відтворюваність. Використовують їх у діапазоні температур -50...+180 °С.

Тугоплавкі метали - вольфрам, молібден, тантал і ніобій застосовуються обмежено. Вплив рекристалізації та росту зерен в результаті дії температури робить чутливий елемент з цих матеріалів крихким і тому дуже чутливим до механічних вібрацій.

Напівпровідникові терморезистори відрізняються від металевих більшим значенням ТКО, а через те і меншими габаритами та інерційністю.

Недоліком напівпровідникових терморезисторів, що суттєво знижує їх експлуатаційні якості, є нелінійність залежності опору від температури, значний розкид як номінальних значень опорів різних зразків, так і їх ТКО.