Практикум по метрологии, стандартизации и сертификации: Учебное пособие /А. А климов, А. С. Тюриков/ Красноярск, 2008. 149 с

16.1.1 Принципы действия и устройство генераторных и параметрических преобразо­вателей неэлектрических величин.
К генераторным измерительным преобразователям относятся термоэлектрические и пьезоэлектрические преобразователи
Термоэлектрические преобразователи (термопары). Эти преобразова­тели применяются для измерения температуры.
Принцип действия тер­мопары поясняется рис. 1.2, а, где изображена термоэлектрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников А и В .


Термоэлектрические цепи

Рис.16.2


Точки 1 и 2 со­единения проводников называются спаями термопары. Если температу­ры t спаев 1 и 2 одинаковы, то ток в термоэлектрической цепи отсутст­вует.
Если же температура одного из спаев (например, спая 1) выше, чем температура спая 2, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) Е, зависящая от разности температур спаев
Если поддерживать температуру спая 2 постоянной, то Эту зависимость используют для измерения температуры с помощью термопар.
Для измерения ТЭДС электроизмерительный прибор вклю­чают в разрыв спая 2 (рис.16.2, б). Спай 1 называют горячим (рабочим) спаем, а спай 2 - холодным (концы -2 и 2' называют свободными концами).
Чтобы ТЭДС термопары однозначно оп­ределялась температурой горячего спая, необ­ходимо температуру холодного спая поддер­живать всегда одинаковой.
Для изготовления электродов термопар используют как чистые металлы, так и специ­альные сплавы стандартизованного состава.
Градуировочные таблицы для стандартных термопар составлены при условии равенства температуры свободных концов 0°С.
На прак­тике не всегда удается поддерживать эту тем­пературу. В таких случаях в показания термо­пары вводят поправку на температуру сво­бодных концов. Существуют схемы для авто­матического введения поправок.
Конструктивно термопары выполняются в виде двух изолированных термоэлектродов с рабочим спаем, получаемым способом сварки, помещенных в защитную арматуру, предохраняющую термопару от внешних воздействий и повреждений. Рабочие концы термопары выве­дены в головку термопары, снабженную зажимами для включения тер­мопары в электрическую цепь.
В табл.16.1 приведены характеристики термопар, выпускаемых про­мышленностью.

Таблица16.1- Характеристики термопар

Термопара	Обозначение	Диапозон применения,^0С
Медь – копель	МК	-200 …100
Хромель – копель	ХК	-200 …600
Хромель – алюмель	ХА	-200 …1000
Платинородий (10%Rh) – платина	ПП	0…1300
Платинородий(30%Rh)-платинородий (6%Rh)	ПР	300…1600
Вольфрамрений (5%Rе) - вольфрамрений (20%Rе)	ВР	0…2200

Для измерения высоких температур применяют термо­пары ПП, ПР и ВР. Термопары из благородных металлов используют при измерении с повышенной точностью.
В зависимости от конструкции термопары могут иметь тепловую инерцию, характеризуемую постоянной времени от единиц секунд до не­скольких минут, что ограничивает возможность их применения для из­мерения быстроменяющихся температур.
Кроме включения измерительного прибора в спай термопары воз­можно включение прибора в разрыв одного из термо­электродов (рис.16.2, в). Такое включение«в электрод» позво­ляет измерять разность температур t₁- t₂.
Например, может быть изме­рен перегрев обмоток трансформатора над температурой окружающей среды при его испытаниях. Для этого рабочий спай термопары заделы­вают в обмотку, а свободный спай оставляют при температуре окру­жающей среды.
Требование постоянства температуры свободных концов термопары вынуждает по возможности удалять их от места измерения. Для этой це­ли применяют так называемые удлиняющие или компенсационные про­вода КП, подключаемые к свободным концам термопары с соблюдением полярности (рис.16.2,г).
Компенсационные провода составляются из разнородных проводников, которые в интервале возможных колебаний температуры свободных концов развивают в паре между собой такую же ТЭДС, как и термопара.
Поэтому, если места подключения компенсаци­онных проводов находятся при температуре t₂, а температура в месте подключения термопары к прибору t₀, то ТЭДС термопары будет соот­ветствовать ее градуировке при температуре свободных концов t₀.
Максимальная развиваемая стандартными термопарами ТЭДС со­ставляет от единиц до десятков милливольт.
Для измерения ТЭДС могут применяться магнитоэлектрические, электронные (аналоговые и цифровые) милливольтметры и потенцио­метры постоянного тока.
При использовании милливольтметров магни­тоэлектрической системы следует иметь в виду, что измеряемое милли­вольтметром напряжение на его зажимах , где I-ток в цепи термопары, а Rв- сопротивление милливольтметра.
Так как источником тока в цепи является термопара, то , где R_ВН - сопротивление участка цепи внешнего по отношению к мил­ливольтметру (т.е. электродов термопары и компенсационных прово­дов). Поэтому измеряемое милливольтметром напряжение будет равно .
Таким образом, показания милливольтметра тем больше отличаются от ТЭДС термопары, чем больше отношение R_ВH /R_B.
Для уменьшения погрешности от влияния внешнего сопротивления милливольтметры, предназначенные для работы с термопарами (так называемые пиромет­рические милливольтметры) градуируются для конкретного типа термо­пар и при определенном номинальном значении R_ВН, указываемом на шкале прибора.
Пирометрические милливольтметры серийно выпуска­ются классов точности от 0,5 до 2,0. Входное сопротивление электронных милливольтметров очень велико, и влияние сопротивления R_ВН на показания пренебрежимо мало.