Читать онлайн «Большая энциклопедия техники». Страница 319

Термопара

Термопара представляет собой два элемента, которые спаиваются своими концами; также термопара называется термоэлементом. Ток, получаемый от термопары, получил название термоэлектрического тока.

Термопара включает в себя две проволоки, платиновую и платинородиевую, которые считаются очень тугоплавкими. Они создают электродвижущую силу, пропорциональную температуре в широких пределах (до 1600 °C). В результате нагревания на каждые 100 °С образуется электродвижущая сила в 0,001 В. Термопара устанавливается в фарфоровую трубку.

Спай двух проволок определяется как конец термопары и помещается в печь, клеммы соединяются с гальванометром, градуированным по градусам Цельсия. Чтобы найти тепловое действие излучения, необходимо воспользоваться батареей из термопар, которые объединяются последовательно. При этом все нечетные спаи должны быть одной температуры, все четные спаи – другой температуры. Термопары оснащаются очень тонкими проволочками, спаи необходимо сплющить таким образом, чтобы у них была большая поверхность, поэтому им придается вид тоненьких листиков.

Термопара может обеспечиваться блоком усилителей сигналов, который применяется для преобразования электродвижущей силы от термопары в токовый сигнал 0—5 мА, 0—20 мА, 4—20 мА с компенсацией термо-ЭДС свободных концов термопары.

Электродвижущая сила для всех пар очень мала, при нагревании до 100 °С термопара никель – платина создает электродвижущую силу 0,0015 В, медь – константан – 0,004 В, висмут – сурьма – 0,011 В. КПД термопары составляет 1—3%, вследствие чего их не используют в качестве генераторов тока, исключением являются маломощные пары (до Вт). Определенные термопары имеют прямую пропорциональность между температурой нагревания спая и электродвижущей силой.

Такое соотношение применяется в термоэлектрическом термометре, который представляет собой объединение термопары и гальванометра, градуированного по градусам Цельсия.

Термопара считается основным прибором, используемым для произведения измерения температуры в индустриальном применении, например в металлургической промышленности, нефтехимическом производстве.

Для нахождения стомиллионных долей градуса некоторые спаи защищают от попадания излучения, и в то же время остальные спаи зачерняют, что приводит к максимальному поглощению лучей, также используется подсоединенный чувствительный гальванометр. Теплота, излучаемая человеком ночью на расстоянии 1,5 км, определяется при помощи задействования собирательных зеркал. Термопары используются и для измерения излучения наиболее удаленных звезд.

Терморезистор представляет собой полупроводниковые термометры сопротивления и термометрические датчики.

Датчики используются для определения температуры окружающей среды. В этом случае ток, пропускаемый сквозь прибор, представляет собой настолько малую величину, что даже не производит нагрев терморезистора. В этом случае терморезистор употребляется в качестве датчика, получившего название термометра сопротивления.

В случае, когда температура терморезистора устанавливается при помощи нагрева постоянным по величине током и обстоятельствами охлаждения, температура находится по условиям теплоотдачи поверхности прибора, т. е. скорости течения окружающей среды относительно терморезистора, рассматриваются плотность, вязкость, температура среды. Терморезистор выступает в качестве датчика скорости потока и теплопроводности окружающей среды, плотности газов и пр.

Термометрические датчики создают двухступенчатое преобразование. Первое преобразование состоит в переводе исследуемой величины в изменение температуры терморезистора, второе преобразование – изменение температуры терморезистора переводится в изменение сопротивления.

Терморезисторы производятся из чистых металлов и полупроводников. Главным критерием создания служит высокий температурный коэффициент сопротивления. Желательно наличие линейной зависимости сопротивления от температуры, воспроизводимости свойств, инертности влияния окружающей среды. Поэтому в основном предпочтение отдается платине, в меньшей степени – меди и никелю. К недостаткам медных терморезисторов относятся их малое удельное сопротивление, легкая окисляемость при высоких температурах, поэтому медные применяются до температуры до 180 °C.

Никель употребляется для недорогих датчиков, которые рассчитаны для измерений в комнатных температурах. Чувствительные элементы терморезисторов могут производиться разнообразной формы, чаще они изготавливаются небольшой цилиндрической формы, в виде стержня, шайбы, бусинки. Также элемент покрывается эмалью для предохранения от механических повреждений и вредного влияния температурноизменчивой окружающей среды. К тому же элемент помещается в защитную оболочку. Для измерения и сигнализации температуры необходимо индивидуально для каждого терморезистора произвести градуировку. Наибольшей чувствительностью среди металлических терморезисторов отличаются полупроводниковые терморезисторы, называемые термисторами.

Платиновые терморезисторы используются для измерения температур в диапазоне от -60 до +1100 °C. В производстве распространение получили наиболее дешевые медные терморезисторы, которые обладают линейной зависимостью сопротивления от температуры.

Представляет собой прибор, характеризуемый свойством термопреобразования, направленным на измерение в цепях переменного тока с низкими и высокими частотами.

Прибор включает в себя термоэлектрический преобразователь магнитоэлектрического миллиамперметра или микроамперметра. Преобразователь является сочетанием нагревателя, пропускающего через себя исследуемый ток, и термопары, находящейся в зависимости от нагревателя. В месте соединения термопары и нагревателя определяется одна температура, а на свободных концах термопары температура соответствует температуре окружающей среды, при этом разность температур образует термоэлектродвижущую силу. В результате тепловой инерции состояние устанавливается, и температура нагревателя в месте соединения считается постоянной и характеризуется рассеиваемой на нем мощностью. Нагреватель подсоединяется последовательно в разрыв исследуемой цепи. Для измерения термоэлектродвижущей силы используется микроамперметр, соответствующий работе милливольтметра.

Нагреватель является тонкой проволочкой, произведенной из манганина или нихрома. Термопара изготавливается из материалов и сплавов, которые должны быть устойчивыми при высоких температурах. Сечение нагревателя обусловливает наибольшее значение исследуемого тока, диапазон значений находится от единиц миллиампер и доходит до десятков ампер. Для нахождения больших показателей тока употребляются трансформаторы тока. Сечение и длина нагревателя обусловливают наибольшую частоту, при этом наименьший порог частоты определяется сотнями МГц.

Термоэлектрические преобразователи подразделяют на вакуумные и контактные. Контактные преобразователи характеризуются наличием гальванической связи для термопары и нагревателя, что равносильно гальванической связи между входной цепью и выходной цепью. Бесконтактный преобразователь создан таким образом, что нагреватель разделяется относительно термопары при помощи керамической или стеклянной бусинки, создавая между нагревателем и термопарой небольшую емкостную связь, при этом чувствительность бесконтактного преобразователя считается меньше чувствительности контактного преобразователя.

Для вакуумного преобразователя характерно установление нагревателя и термопары в стеклянный баллончик. Чувствительность вакуумного термопреобразователя меньше чувствительности контактного преобразователя.

Термоэлектрические приборы создают значения, которые не зависят от формы кривой исследуемого тока. К сожалению, они обладают небольшой чувствительностью, неравномерностью шкалы, невозможностью создания перегрузки.

Используются эти приборы главным образом как амперметры и миллиамперметры, в редких случаях употребляются в качестве вольтметров в связи с малым входным сопротивлением и малой чувствительностью.

Название образовано от слов «тесла», являющейся единицей магнитной индукции СИ, и «метр». Представляет собой прибор для произведения измерения индукции или напряженности магнитного поля в неферромагнитной среде. Измерительный прибор предназначен для определения магнитной индукции, являющейся векторной величиной, которая обусловливает магнитное поле. С его помощью измеряется сила, направленная на перемещающуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля в фиксированной точке.