Термоэлектрические преобразователи.

 

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения этих проводников имеют различную температуру - эффект Томпсона.

Обратный эффект Пельтье: Если пропускать электрический ток через место соединения проводников, то в зависимости от направления тока это место может нагреваться или охлаждаться.

Термопара.

 

Место соединения – спай.

при

 

Для измерения этой ЭДС термопару необходимо разорвать. Свободные концы термопары соединены проводником.

 

при

Включение третьего проводника в цепь термопары не изменяет ее ЭДС, если точки подключения этого

проводника имеют одинаковые температуры.

Пусть температура свободных концов изменится и станет , тогда

- поправка на температуру свободных концов термопары.

Для стандартных термопар существуют градуировочные таблицы. По ним выбирают поправки.

Если , то поправка со знаком +

Если , то поправка со знаком –.

Чтобы ввести поправку, нужно знать температуру свободных концов.

Для удлинения термопары используют термоэлектродные провода.

Они должны быть термоподобны материалу термопары. Это значит, что провода, если их соединить,

то в интервале 100 С они должны развивать такую же ЭДС, как и термопара.

ТПП (платинородий-платиновая термопара) – термоэлектродные провода из меди и медно-никелевого

сплава.

ТПР (платинородий-платинородиевая) – не требует термоэлектродных проводов. Можно соединять любыми проводами. Не требует внесения поправки на температуру свободных концов.

ТХА (хромель-алюмелевая) – термоэлектродные провода из меди и константана.

ТХК (хромель-копелевая) – наиболее чувствительная термопара. Развивает самую большую ЭДС

на 1^о. Термоэлектродные провода из того же самого материала (хромель-копель)

ТВР (вольфрамрений-вольфрамрениевая) - термоэлектродные провода из меди и медно-никелевого

сплава.

ТМК (медь-копелевая).

Стандартные термоэлектрические преобразователи.

Тип	Обозна-чение	Материалы электродов	Диапазон температур,  С
Положительный	Отрицательный
ТПП	ПП (S)	Платинородий (сплав 90% платины, 10% родия)	Платина	0   1300 (1600)
ТПР	ПР (В)	Платинородий (70% платины, 30% родия)	Платинородий (94% платины, 6% родия)	300  1600 (1800)
ТХА	ХА (К)	Хромель (90, 5% никеля, 9, 5% хрома)	Алюмель (94, 5% никеля, 5, 5% алюминия, марганец, кремний, кобальт)	-200  1000 (1300)
ТХК	ХК (L)	Хромель	Копель (56, 5%, медь, 43, 5% никель)	-50  600 (800)
ТВР	ВР (А)	Вольфрам-рений (95% вольфрама, 5% рения	Вольфрам-рений (80% вольфрама, 20% рения)	0  2200 (2500)
ТМК	МК (М)	Медь	Копель	-200  100

 

Температуры в скобках – при кратковременном использовании.

Приборы, работающие в комплекте с термоэлектрическими преобразователями.

К ним относятся пирометрические милливольтметры и потенциометры.

 

Пирометрический милливольтметр.

 

- показания прибора; - внутреннее сопротивление милливольтметра;

- сопротивление термопары; - сопротивление линии.

 

Показания милливольтметра зависят от проводов, поэтому сопротивление внешней линии всегда нормируется и для уменьшения погрешностей от изменения R_ВНЕШ берут R_М много больше.

R_М = 200 – 300 Ом (при R_ВНЕШ = 5Ом).

Для автоматического введения поправки на температуру свободных концов термопары, в цепь последовательно включается неравновесный мост.

Сопротивления R₁, R₂, R₃ – постоянные и намотаны из манганина, R_М – медное, находится там же где и свободные концы термопары.

С помощью балластного сопротивления (R_Б) меняют напряжение питания моста.

Мост находится в равновесии при 0 С. Если температура повышается, ЭДС термопары уменьшается, а мостик дает такую же поправку. Добавляется выходной сигнал моста, равный поправке.

R_Б – балластное сопротивление – его меняют для каждой термопары.

 

Пирометры излучения.

Принцип действия основан на измерении лучистой энергии, испускаемой нагретым телом. Это бесконтактные преобразователи.

Пирометры подразделяются на:

1. Пирометры полного излучения (радиационные).

2. Пирометры частичного излучения (оптические).

3. Цветовые пирометры.

Важнейшей характеристикой излучения является спектральная (распределение энергии излучения по различным участкам спектра).

– спектральная плотность яркости. Вся энергия излучения – плошадь под кривой.

Согласно закону Кирхгофа отношение спектральной плотности яркости, температуры излучателя к его коэффициенту поглощения не зависит от рода излучателя.

- плотность поглощения (коэффициент поглощения)

- спектральная плотность яркости такого излучателя, у которого коэффициент поглощения во всем спектре и при всех температурах = 1. Такое тело называется абсолютно черным (самое близкое к нему – Солнце).

Выражение для функции было установлено Планком в 1900 г.

Но за 4 года до Планка было уравнение Вина:

Уравнениями Планка можно пользоваться до 4000 К.

Но на измеренном интервале можно пользоваться уравнениями Вина.

Положение максимума кривой спектральной плотности яркости определим взяв первую производную и приравняв ее к нулю.

 

Полная энергия яркости определяется площадью под кривой спектральной плотности яркости.

Стефан и Больцман доказали, что

- постоянный коэффициент.

В инженерных расчетах:

[Вт/м²]

Все уравнения (Вина, Планка, Стефана-Больцмана) справедливы для абсолютно черного тела. На практике имеют дело с реальными серыми телами, у которых . Их излучение отличается от АЧТ.

Излучение АЧТ полностью характеризуется его температурой, а излучение реальных тел характеризуется на только температурой, но еще и коэффициентом поглощения. Поэтому вводится понятие псевдотемпературы.

Различают:

1. Радиационной температурой не черного излучателя, имеющего температуру Т, называют такую температуру Т_Р абсолютно черного тела, при которой энергии яркости обоих тел равны.

- коэффициент поглощения по всему спектру.

Т.к. у реальных тел α < 1, то действительная температура больше радиационной.

2. Яркостной (черной) температурой нечерного излучателя, имеющего температуру Т, называют такую температуру Т_е абсолютно черного тела, при которой спектральные плотности яркостей обоих тел при одной и той же длине волны равны.

т.к. , то

 

3. Цветовой температурой нечерного излучателя, имеющего температуру Т, называют такую температуру Т_Ц абсолютно черного тела, при которой отношение спектральных плотностей яркостей обоих тел при длинах волн и равны.

 

⇐ Предыдущая31323334353637383940Следующая ⇒

Поделиться: