Сплавы высокого сопротивления. Сплавы для термопар. Контактная разность потенциалов. Термо- э.д.с. Эффект Зеебека

Сплавами высокого сопротивления называют проводниковые материалы, у которых значения ρ в нормальных условиях составляют не менее 0,3 мкОм⋅м. Их применяют при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов, реостатов и электронагревательных устройств. При использовании сплавов в электроизмерительной технике от них требуется не только высокое удельное сопротивление, но и возможно меньшее значение αρ, а также малая термо-э. д. с. относительно меди. Проводниковые материалы в электронагревательных приборах должны длительно работать на воздухе при температурах порядка 1000°С. Среди большого количества материалов для указанных целей наиболее распространенными в практике являются сплавы на медной основе — манганин и константан, а также хромоникелевые и железохромоалюминиевые сплавы.

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации отопления, вентиляции и кондиционирования.

Термопара - два провода из разных металлов, спаянных в одной точке. Для измерения разности температур удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу (см. рисунок).

Принцип действия основан на эффекте Зеебека, иначе термоэдс. Когда концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов, пропорциональная разности температур, коэффициент пропорциональности называют коэффициент термоэдс. У разных металлов коэффициент термоэдс разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термоэдс в среду с температурой Т1 мы получим напряжение между противоположными контактами находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.

Преимущества термопар:Большой температурный диапазон измерения: от -200 °С до 1800—2200 °С, Простота, Дешевизна, Надежность

Недостатки: 1)Точность более 1 °С трудно достижима, необходимо использовать термометры сопротивления или термисторы. 2)На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку.3)Возникает погрешность от изменения температуры холодного спая

4)Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, т.к. ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный)

5)нелинейная зависимость термоЭДС от температуры

Хотя многие неметаллические материалы (в первую очередь полупроводники) имеют большие потенциальные возможности для успешного применения в термоэлектрической термометрии, технология их изготовления является недостаточно совершенной. Поэтому подавляющее большинство термопар изготавливают из металлических компонентов. Наиболее часто применяют следующие сплавы:

1) копель (56% Сu и 44% Ni);

2) алюмель (95% Ni, остальные — Аl, Si и Мn);

3) хромель (90% Ni и 10% Сr);

4) платинородий (90% Pt и 10% Rh).

Небольшие изменения состава сплава могут привести к значительным изменениям термо-

э. д. с. Однако это не лимитирует точности измерений, если только термопара не используется без предварительной градуировки.

Термопары можно применять для измерения следующих температур: платинородий — платина до 1600°С; медь — константен и медь —копель до 350°С; железо — константан, железо — копель и хромель — копель до 600°С; хромель — алюмель до 900—1000°С. Из применяемых в практике термопар наибольшую термо-э. д. с. при данной разности температур имеет термопара хромель — копель.