Цель и задание | Теория | Приложения | Литература

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Технические возможности ТП.
Основные правила обращения с термоэлектрическими цепями.
Правило Магнуса. ТермоЭДС, возникающая в замкнутой цепи, которая образована парой однородных, изотропных проводников, зависит только от температуры спаев и не зависит от распределения температуры по длине проводников.
Правило аддитивности показаний по температуре. Если имеется возрастающая последовательность температур изотермических пространств T1 > T2 > T3, то при измерении их парой термоэлектродов A—В действует следующее правило аддитивности:

 EAB(T1,T2)+EAB(T2,T3)=EAB(T3,T1)

Правило аддитивности показаний по материалам. Если для измерения разности температур (T1—T2) имеется некоторая последовательность термоэлектродных материалов А—В—С, то справедливы следующие соотношения:
 EAB(T1,T2)+EBC(T1,T2)=EAC(T1,T2);
EAB= — EBA, EAC= — ECA и т.д.

Из последних двух правил следует общее правило конструирования термоэлектрических измерительных цепей: неоднородность проводника допустима только в изотермической области и, наоборот, неизотермичность допустима только в однородном проводнике. Недопустимо сочетание неоднородности и неизотермичности. Поэтому при введении в цепь термопары прибора для измерения термоЭДС необходимо обеспечить его изотермичность [2].

Нестабильность характеристик термоэлектродов.
Нестабильность термоЭДС не является погрешностью в прямом смысле этого слова, хотя в большинстве случаев она служит главной ее причиной.
Основными факторами, обусловливающими нестабильность термоЭДС, являются химические и физические неоднородности одного или обоих термоэлектродов в поле градиента температуры, вызванные примесями, попадающими из окружающей среды или защитных оболочек; в результате возникают локальные микронапряжения. Кроме того, нестабильности термоЭДС способствуют следующие факторы:

Окисление одного или обоих термоэлектродов определяет максимальную допустимую рабочую температуру многих ТП. Защитная трубка, содержащая нейтральную или восстановительную среду, помогает затормозить процесс окисления. Состав термоэлектродов может измениться не только за счет окисления, но и в восстановительных средах. Это в особенности относится к электродам на основе вольфрама и металлов платиновой группы. Из восстановительной среды термоэлектроды насыщаются водородом или подвергаются карбидизации, что приводит к изменению химического состава и термоэлектрических характеристик. Электроды на платиновой основе удается вернуть к первоначальным характеристикам прокаливанием электрическим током в окислительной среде.
Деформации, в частности резкие перегибы, вносят в термоэлектрод внутренние напряжения, могут создать физическую неоднородность, которая через изменение химического потенциала влияет на термоЭДС. Чрезмерный рост зерен приводит к возникновению больших локальных пиковых напряжений, что влияет на термоЭДС. Ядерное облучение в металлах вызывает нарушения двух типов (внедрения и вакансии) и изменение структуры в результате резкого повышения температуры. Среднее расстояние между внедрением и вакансией в местах повышения температуры не превышает двух-трех межатомных расстояний, вследствие чего в материале возможны большие локальные напряжения. При воздействии облучения на твердое тело дополнительным источником упругих напряжений являются радиационные дефекты, особенно междоузельные атомы, которые, по крайней мере, в виде скоплений устойчивы до высоких температур. При измерении температуры в ядерных реакторах (в общем случае нейтронной бомбардировки) нестабильность термоЭДС может оказаться результатом изменения состава сплава, вызванного атомными превращениями.

Погружаемые термоэлектрические преобразователи
Длина погружаемой части определяется при креплении неподвижным штуцером (фланцем) как расстояние от конца горячего спая до опорной плоскости штуцера (фланца); при креплении подвижным штуцером (фланцем) — как расстояние от рабочего спая до головки, а при отсутствии головки — до места заделки выводов. При длине погружаемой части более 500 мм и установке ТП в горизонтальном или наклонном положении предусматривается дополнительное крепление. При измерении температуры сред с высоким давлением и большой скоростью потока ТП комплектуются защитными (монтажными) гильзами.

Поверка и определение номинальных статических характеристик термопар и ТП
Существует два основных метода определения номинальных статических характеристик термопар: метод сличения и по постоянным точкам (в основном по точкам затвердевания чистых металлов).

Метод определения номинальных статических характеристик по постоянным точкам основан на использовании свойств металлов (как и вообще веществ) поглощать или выделять тепло при переходе из одного фазового состояния в другое. От начала и до конца фазового перехода температура металла (вещества) остается постоянной — характерной только для данного металла (вещества). Реализация метода может производиться как по температуре затвердевания, так и по температуре плавления металлов. Однако воспроизводимость определения номинальных статических характеристик по температуре плавления хуже, чем по температуре затвердевания.
Определение номинальных статических характеристик термопар указанным методом обеспечивает среднеквадратичную погрешность не более 0,1; 0,2 и 0,3 К соответственно при температурах затвердевания цинка, сурьмы и меди. Этот метод является наиболее точным из всех известных в настоящее время.

Определение номинальных статических характеристик термопар сличением — наиболее распространенный метод в производственно» практике. Он заключается в сопоставлении показаний исследуемой термопары с образцовой термопарой или другим образцовым прибором, например пирометром, при различных температурах ее рабочего конца и фиксированной температуре свободных концов. Температура свободных концов, как правило, поддерживается равной 0°С.
Метод сличения несколько менее точен, чем метод постоянных точек, но зато более прост в осуществлении и доступен для применения в заводской практике. Его обычно применяют для определения номинальной статической характеристики образцовых термопар II разряда, термопар повышенной точности, а также для технических термопар.
Номинальную статическую характеристику термопар в диапазоне температур от 1800 до 3000°С определяют согласно методике МИ-85—76. Методика устанавливает способы и средства индивидуальной аттестации бухт термоэлектродной проволоки путем плавления малых количеств металлов или окислов на рабочем спае термопары или поэлектродным сличением со стандартным образцом (СОТМ) I и II разрядов. Нагревательные устройства обеспечивают нагрев до температуры 2500....3000°С в вакууме и аргоне.

© ТГТУ, 2001  © Беляев П.С., Гладких В.А.  © О.В.Ефремов, веб-дизайн, 2001