Stanovení elektromotorické síly a měrného termo-emf termočlánku. Informace o metodách měření

Termoelektrické měniče (termočlánky)

Princip činnosti, obvody pro zapínání a použití termočlánku, dělení, přesnost měření. Slitiny pro termočlánky, výroba.

Princip činnosti termočlánku je založen na termoelektrickém jevu, který spočívá v tom, že v uzavřeném okruhu sestávajícím ze dvou rozdílných vodičů dochází k termo EMF (napětí), pokud mají přechody vodičů různé teploty. Pokud vezmeme uzavřený obvod skládající se z různých vodičů (termoelektrod), pak se na jejich přechodech objeví tepelné EMF E(t) a E(t®), které závisí na teplotách těchto přechodů t a t 0 . Protože se ukázalo, že uvažované termoEMF jsou zapojeny v opačných směrech, výsledný termoEMF působící v okruhu bude definován jako E(t) - E(t 0 ).

Pokud je teplota obou přechodů stejná, bude výsledné tepelné EMF rovné nule. V praxi se jeden z termočlánkových přechodů ponoří do termostatu (obvykle tajícího ledu) a vůči němu se zjišťuje teplotní rozdíl a teplota druhého přechodu. Přechod, který je ponořen do kontrolovaného (zkoumaného) média, se nazývá pracovní konec termočlánku a druhý přechod (v termostatu) se nazývá volný.

U libovolných párů homogenních vodičů hodnota výsledného tepelného EMF nezávisí na rozložení teploty podél vodičů, ale závisí pouze na povaze vodičů a na teplotě přechodů. Pokud je termoelektrický obvod na libovolném místě otevřen a jsou v něm zahrnuty odlišné vodiče, pak za předpokladu, že všechny současně se objevující přechody mají stejnou teplotu, výsledný termoelektrický výkon v obvodu se nezmění. Tento jev se používá k měření termoelektrického výkonu termočlánku. EMF, které se vyskytuje v termočláncích, je malé: je menší než 8 mV na každých 100° C a v absolutní hodnotě zpravidla nepřesahuje 70 mV.

Termočlánky mohou měřit teploty v rozsahu od -270 do 2200° C. K měření teplot do 1100 0C se používají termočlánky z

obecné kovy, pro měření teploty v rozsahu 1100 až 1600° C - termočlánky vyrobené z ušlechtilých kovů, stejně jako slitiny skupiny platiny. Pro měření ještě vyšších teplot se používají termočlánky ze žáruvzdorných slitin na bázi wolframu.

V současnosti se pro výrobu termočlánků nejčastěji používá platina, platina-rhodium, chromel a alumel.

Při měření teploty v širokém rozsahu je nutné počítat s nelinearitou převodní funkce termočlánku. Například konverzní funkce měděno-konstantanových termočlánků pro teplotní rozsah od -200 do 300° C s chybou přibližně ± 2 μV popisuje vzorec

E = At^2 + Bt + C,

kde A, B a C jsou konstanty, které se určí měřením termoelektrického výkonu při třech teplotách, t je teplota pracovního přechodu při°C

Časová konstanta (setrvačnost) termoelektrických měničů závisí na konstrukci termočlánku, kvalitě tepelného kontaktu mezi pracovním spojem termočlánku a studovaným objektem. U průmyslových termočlánků je časová konstanta na úrovni několika minut. Existují však i termočlánky s rychlou odezvou, u kterých časová konstanta leží v rozmezí 5 - 20 sekund a ještě níže.

Měřicí zařízení je připojeno k obvodu termočlánku k volnému konci termočlánku ak jedné z termoelektrod.

Jak bylo uvedeno výše, při měření teploty musí mít volný konec termočlánku konstantní teplotu. Pokud délka samotného termočlánku nestačí, pak aby byl tento konec vyveden do zóny s konstantní teplotou, jsou použity dráty, které se skládají ze dvou pramenů vyrobených z materiálů (kovů), které mají stejné termoelektrické vlastnosti jako teploměr elektrody.

U termočlánků z obecných kovů se prodlužovací dráty nejčastěji vyrábějí ze stejných materiálů jako hlavní termoelektrody. Pro termočlánky z ušlechtilých kovů jsou prodlužovací dráty vyrobeny z jiných (ne drahých) materiálů, které se vyvíjejí ve dvojicích mezi sebou v teplotním rozsahu 0 - 150° Se stejným termoemf jako termočlánkové elektrody. Například pro termočlánek platina-platina-rhodium jsou z mědi a speciální slitiny vyrobeny prodlužovací termoelektrody, které tvoří termočlánek identický z hlediska termo-EMF jako termočlánek platina-platina-rhodium v rozsahu 0 - 150° C. Pro chromel-alumelový termočlánek jsou prodlužovací termoelektrody vyrobeny z mědi a konstantanu a pro chromel-kopelový termočlánek mohou být prodlužovací termoelektrody vyrobeny ve formě ohebných drátů. Pokud jsou prodlužovací termoelektrody připojeny nesprávně, může dojít k významné chybě.

V laboratorních podmínkách se teplota volného konce termočlánku udržuje na 0° C umístěním do Dewarovy nádoby naplněné drceným ledem a vodou. V průmyslovém prostředí se teplota volných konců termočlánku obvykle liší od 0° C a je obvykle rovna pokojové teplotě (pokojová teplota). Protože se kalibrace termočlánků provádí při teplotě volných konců 0° C a graduační tabulky jsou uvedeny ve vztahu k 0° C, pak může být tento rozdíl zdrojem významné chyby; ke snížení této chyby se zpravidla zavádí korekce do údajů teploměru. Při volbě korekce se bere v úvahu jak teplota volných konců termočlánku, tak i hodnota naměřené teploty (je to způsobeno tím, že funkce převodu termočlánku je nelineární); to ztěžuje přesnou opravu chyb.

K odstranění chyby se široce používá automatická korekce teploty volných konců termočlánku. K tomu je v obvodu termočlánku a milivoltmetru zařazen můstek, jehož jedno z ramen je měděný termistor a zbývající ramena jsou tvořena manganinovými termistory. Při teplotě volných konců termočlánku rovné 0° C, můstek je v rovnováze; když se teplota volných konců termočlánku odchyluje od 0° S napětím na výstupu můstku se nerovná nule a je přidáno k tepelnému EMF termočlánku, přičemž se mění hodnoty zařízení (hodnotu korekce lze upravit pomocí speciálního odporu). Vzhledem k nelinearitě funkce převodu termočlánku nelze dosáhnout úplné kompenzace chyby, ale zadaná chyba je výrazně snížena.

V praxi se při použití termočlánku nejčastěji používají následující schémata zapojení (v závislosti na požadované přesnosti). Například měděný (M) - konstantanový (K) termočlánek je vzat:

9.1. Objektivní

Stanovení závislosti termoelektromotorické síly termočlánku na teplotním rozdílu přechodů.

V uzavřeném obvodu (obr. 9.1), sestávajícím z odlišných vodičů (nebo polovodičů) A a B, vzniká elektromotorická síla (emf) E T a protéká proud, pokud kontakty 1 a 2 těchto vodičů jsou udržovány na různých teplotách T 1 a T2. Toto emf se nazývá termoelektromotorická síla (termoemf) a elektrický obvod se dvěma odlišnými vodiči se nazývá termočlánek. Při změně znaménka rozdílu teplot mezi přechody se změní směr proudu termočlánku. Tento
tento jev se nazývá Seebeckův jev.

Existují tři známé důvody pro výskyt termo-EMF: tvorba směrovaného toku nosičů náboje ve vodiči za přítomnosti teplotního gradientu, vlečení elektronů fonony a změna polohy Fermiho hladiny. v závislosti na teplotě. Podívejme se na tyto důvody podrobněji.

V přítomnosti teplotního gradientu dT / dl podél vodiče mají elektrony na jeho horkém konci větší kinetickou energii, a tedy i větší rychlost chaotického pohybu ve srovnání s elektrony na studeném konci. V důsledku toho převažuje tok elektronů od horkého konce vodiče ke studenému, na studeném konci se hromadí negativní náboj a na horkém konci zůstává nekompenzovaný kladný náboj.

Akumulace pokračuje, dokud výsledný potenciálový rozdíl nezpůsobí stejný tok elektronů. Algebraický součet takových potenciálních rozdílů v obvodu vytváří objemovou složku termoemf.

Stávající teplotní gradient ve vodiči navíc vede k převládajícímu pohybu (driftu) fononů (kvanta vibrační energie krystalová mřížka vodič) od horkého konce ke studenému konci. Existence takového driftu vede k tomu, že elektrony rozptýlené fonony samy začnou provádět řízený pohyb od horkého konce ke studenému. Hromadění elektronů na studeném konci vodiče a vyčerpání elektronů z horkého konce vede ke vzniku fononové složky termo-emf. Navíc při nízkých teplotách je příspěvek této složky hlavní při výskytu tepelného emf.

V důsledku obou procesů vzniká uvnitř vodiče elektrické pole směřující k teplotnímu gradientu. Intenzitu tohoto pole lze reprezentovat jako

E = -dφ / dl = (-dφ / dT) (-dt / dl)=-β (-dT / dl)

kde β = dφ / dT.

Vztah (9.1) dává sílu elektrického pole E do souvislosti s teplotním gradientem dT / dl. Výsledné pole a teplotní gradient mají opačný směr, takže mají různá znaménka.

Pole určené výrazem (9.1) je polem vnějších sil. Integrací síly tohoto pole přes úsek obvodu AB (obr. 9.1) od spoje 2 do spoje 1 a za předpokladu, že T 2 > T 1 získáme výraz pro termoemf působící na tento úsek:

(Znaménko se změnilo, když se změnily integrační meze.) Podobně určíme termoemf působící v sekci B od spoje 1 do spoje 2.

Třetí důvod pro výskyt termo-emf. je teplotně závislá poloha Fermiho hladiny, která odpovídá nejvyšší energetické hladině obsazené elektrony. Fermiho hladina odpovídá Fermiho energii E F, kterou mohou mít elektrony na této hladině.

Fermiho energie je maximální energie, kterou mohou mít vodivé elektrony v kovu při 0 K. Fermiho hladina bude tím vyšší, čím větší bude hustota elektronového plynu. Například (obrázek 9.2), EFA je Fermiho energie pro kov A a E FB je pro kov B. Hodnoty EPA a EPB jsou nejvyšší potenciální energie elektronů v kovech A a B. Když se dva různé kovy A a B dostanou do kontaktu, přítomnost rozdílu Fermiho hladin (E FA > E FB) vede k přechodu elektronů z kovu A (s vyšší hladinou) na kov B (s nízkou Fermi hladinou) .

V tomto případě je kov A nabitý kladně a kov B záporně. Objevení se těchto nábojů způsobuje posun v energetických hladinách kovů, včetně Fermiho hladin. Jakmile se Fermiho hladiny vyrovnají, zmizí příčina, která způsobuje preferenční přechod elektronů z kovu A na kov B, a mezi kovy se ustaví dynamická rovnováha. Z Obr. 9.2 je vidět, že potenciální energie elektronu v kovu A je menší než v B o hodnotu EFA-E FB. V souladu s tím je potenciál uvnitř kovu A vyšší než uvnitř B o hodnotu)

U AB = (E FA - E FB) / l

Tento výraz udává rozdíl vnitřního kontaktního potenciálu. Potenciál o tuto hodnotu klesá při přechodu z kovu A na kov B. Pokud mají oba termočlánkové přechody (viz obr. 9.1) stejnou teplotu, jsou rozdíly kontaktních potenciálů stejné a směřují opačnými směry.

V tomto případě se navzájem ruší. Je známo, že hladina Fermi, i když slabá, závisí na teplotě. Pokud je tedy teplota přechodů 1 a 2 různá, pak rozdíl U AB (T 1) - U AB (T 2) na kontaktech udává svůj kontaktní příspěvek k tepelnému emf. Lze jej srovnat s objemovým termoemf. a rovná se:

E pokračování \u003d U AB (T 1) - U AB (T 2) \u003d (1 / l) ( + )

Poslední výraz může být reprezentován následovně:

Výsledné termoemf. (ε T) se skládá z emf působícího v kontaktech 1 a 2 a emf působícího v sekcích A a B.

E T = E 2A1 + E 1B2 + E kont.

Dosazením výrazů (9.3) a (9.6) do (9.7) a provedením transformací získáme

kde α = β - ((1/l) (dE F / dT))

Hodnota α se nazývá koeficient termo-emf. Protože jak β, tak dE F / d T závisí na teplotě, je koeficient α také funkcí T.

Vezmeme-li v úvahu (9.9), výraz pro termo-EMF může být reprezentován jako:

Nazývá se veličina α AB rozdíl nebo při samostatné termo-EMF tento pár kovů. Měří se ve W/K a v podstatě závisí na povaze kontaktních materiálů a také na teplotním rozsahu, který dosahuje cca 10 -5 ÷10 -4 V/K. V malém teplotním rozsahu (0-100°C) specifické termoemf. slabě závislá na teplotě. Vzorec (9.11) pak může být reprezentován s dostatečnou mírou přesnosti ve tvaru:

E T \u003d α (T 2 – T 1)

U polovodičů je na rozdíl od kovů silná závislost koncentrace nosičů náboje a jejich pohyblivosti na teplotě. Proto výše diskutované efekty, vedoucí k vytvoření tepelného emf, jsou výraznější u polovodičů; mnohem více a dosahuje hodnot řádově 10 -3 V/K.

9.3. Popis uspořádání laboratoře

Studovat závislost termo-emf. na rozdílu teplot přechodů (kontaktů), v této práci používáme termočlánek vyrobený ze dvou kusů drátu, z nichž jeden je slitina na bázi chrómu (chromel) a druhý je slitina na bázi hliníku (alumel) . Jedna spojka spolu s teploměrem je umístěna v nádobě s vodou, jejíž teplotu T 2 lze měnit ohřevem na elektrickém sporáku. Teplota druhého přechodu T 1 je udržována konstantní (obr. 9.3). Výsledné tepelné emf. měřeno digitálním voltmetrem.

9.4. Experimentální technika a zpracování výsledků
9.4.1. Experimentální technika

Používáme přímé měření emf vznikajícího v termočlánku. Teplota spojů je určena teplotou vody v nádobách pomocí teploměru (viz obr. 9.3)

9.4.2. Zakázka

Připojte napájecí kabel voltmetru k elektrické síti.
Stiskněte hlavní tlačítko na předním panelu digitálního voltmetru. Nechte zařízení zahřát po dobu 20 minut.
Povolte upínací šroub na stojanu termočlánku, zvedněte jej a zajistěte. Do obou sklenic nalijte studenou vodu. Uvolněte spoje termočlánků do kádinek přibližně do poloviny hloubky vody.
Napište do tabulky. 9.1 hodnotu počáteční teploty T 1 přechodů (vody) podle teploměru (pro druhý přechod zůstává po celou dobu experimentu konstantní).
Zapněte elektrický sporák.
Zaznamenejte hodnoty emf. a teplota T 2 v tabulce. 9,1 každých deset stupňů.
Když se voda vaří, vypněte elektrický sporák a voltmetr.

9.4.3. Zpracování výsledků měření

Na základě naměřených dat vykreslete závislost emf. termočlánky 8T (souřadnicová osa) na teplotním rozdílu přechodů ΔT \u003d T 2 - T 1 (osa úsečky).
Pomocí výsledného grafu lineární závislosti E T na ∆T určete specifické tepelné emf. podle vzorce: α = ∆E T / ∆(∆T)

9.5. Kontrolní seznam

Jaká je podstata a jaká je podstata Seebeckova jevu?
Co způsobuje výskyt objemové složky termoemf?
Co způsobuje vzhled fononové složky termo-emf?
Co způsobuje rozdíl kontaktního potenciálu?
Jaká zařízení se nazývají termočlánky a kde se používají?
Co je podstatou a podstatou Peltierových a Thomsonových jevů?

Savelyev I.V. Kurz obecné fyziky. T.3. - M.: Nauka, 1982. -304 s.
Epifanov G. I. Fyzika pevné tělo. M.: Vyšší škola, 1977. - 288 s.
Sivukhin DV Obecný kurz fyziky. Elektřina. T.3. - M.: Nauka, 1983. -688 s.
Trofimova T. I. Kurz fyziky. M. : Vyšší škola, 1985. - 432 s.
Detlaf A. A., Yavorsky V. M. Kurz fyziky. M. : Vyšší škola, 1989. - 608 s.

Termoelektrické měniče. Princip činnosti, použité materiály.

Nazývá se tepelný konvertor, jehož princip činnosti je založen na tepelných procesech a jehož přirozenou vstupní hodnotou je teplota. Tyto převodníky zahrnují termočlánky a termistory, kovové a polovodičové. Hlavní rovnicí tepelné přeměny je rovnice tepelné bilance, jejímž fyzikálním významem je, že veškeré teplo dodané do konvertoru jde na zvýšení jeho tepelného obsahu QTC, a pokud tedy tepelný obsah konvertoru zůstane nezměněn (teplota a stav agregace se nemění), pak se množství tepla dodaného za jednotku času rovná množství odevzdaného tepla. Teplo dodané do konvertoru je součtem množství tepla Qel vytvořeného v důsledku uvolnění elektrické energie v konvertoru a množství tepla Q, které vstupuje do konvertoru nebo jej odevzdává v důsledku výměny tepla s konvertorem. životní prostředí.

Fenomén termoelektřiny byl objeven v roce 1823 Seebeckem a je následující. Pokud vytvoříte obvod ze dvou různých vodičů (nebo polovodičů) A a B, spojíte je na koncích (obr. 1.), a změníte teplotu 1 jednoho přechodu od teploty druhého, objeví se emf v obvodu., nazývaná termoelektromotorická síla (termo-emf) a představující rozdíl teplotních funkcí, přechody vodičů.

Takový obvod se nazývá termoelektrický měnič nebo jinak. termočlánek; vodiče tvořící termočlánek jsou termoelektrody a místa jejich spojení jsou přechody.

Obr. 1.

Při malém teplotním rozdílu mezi přechody se termo-emf lze považovat za úměrné teplotnímu rozdílu.

Zkušenosti ukazují, že pro každou dvojici homogenních vodičů splňujících Ohmův zákon je hodnota termoemf. závisí pouze na povaze vodičů a na teplotě přechodů a nezávisí na rozložení teplot mezi přechody.

Činnost termočlánku je založena na Seebeckově jevu. Seebeckův efekt je založen na následujících jevech. Pokud je podél vodiče teplotní gradient, elektrony na horkém konci produkují vyšší energie a rychlosti než na studeném konci. V důsledku toho dochází k toku elektronů z horkého konce na studený konec a na studeném konci se hromadí negativní náboj a na horkém konci zůstává nekompenzovaný kladný náboj. Protože průměrná energie elektronů závisí na povaze vodiče a roste s teplotou odlišně, pro stejný teplotní rozdíl se bude termo-EMF na koncích různých vodičů lišit:

E1 = k1(TI - T2); e2 = k2(T1 - T2)

Kde T1 a T2 jsou teploty horkého a studeného konce; k1 a k2 jsou koeficienty, které závisí na fyzikální vlastnosti respektive 1. a 2. vodič. Výsledný potenciálový rozdíl se nazývá bulk thermo-EPC:

Eob \u003d e1 - e2 \u003d (k1 - k2) (T1 - T2).

V místech pájení rozdílných vodičů se objevuje rozdíl kontaktních potenciálů, který závisí na ploše a materiálech sousedních povrchů a je úměrný jejich teplotě:

Ek1 = kpovT1; ek2 = ksurT2

Kde kpov je koeficient povrchů tečných kovů. V důsledku toho se objeví druhá složka počátečního napětí - kontaktní termo-EPC:

Ek = ek1 - ek2 = ksurf(T1 - T2)

Výstupní napětí termočlánku je definováno jako součet objemu a kontaktního termo-EMF:

Uin = erev + ek = (k1 - k2 + kp)(T1 - T2) = k(T1 - T2)

Kde k je koeficient přenosu.

Nevýhody termočlánku:

Nízká citlivost (asi 0,1 mV/°K);
- vysoká počáteční odolnost;
- nutnost udržovat stálou teplotu jednoho z konců.

Fenomén termoelektřiny patří mezi vratné jevy, zpětný efekt objevil v roce 1834 Jean Peltier a pojmenoval jej po něm.
Pokud elektrický proud prochází obvodem sestávajícím ze dvou různých vodičů nebo polovodičů, pak se teplo uvolňuje v jednom přechodu a absorbuje v druhém. Peltierovo teplo souvisí se silou proudu v lineárním vztahu, na rozdíl od Jouleova tepla a v závislosti na směru proudu se přechod zahřívá nebo ochlazuje.
Absorbovaný nebo uvolněný tepelný výkon je úměrný síle proudu, závisí na povaze materiálů tvořících spoj a je charakterizován Peltierovým koeficientem.

účinnost termoelektrický generátor závisí na teplotním rozdílu a vlastnostech materiálů a pro stávající materiály je velmi malý (při = 300° nepřesahuje = 13% a při = 100° hodnota = 5%), proto se jako generátory energie používají termoelektrické generátory pouze za zvláštních podmínek. účinnost termoelektrický ohřívač a chladnička jsou také velmi malé a pro účinnost chlazení. s teplotním rozdílem 5 ° je 9% a s teplotním rozdílem 40 ° - pouze 0,6%; i přes tak nízkou účinnost se však termočlánky používají v chladicích zařízeních. V měřicí technice jsou termočlánky široce používány pro měření teplot; navíc se polovodičové termočlánky používají jako inverzní tepelné měniče, které přeměňují elektrický proud na tepelný tok a teplotu.

Termočlánek s připojeným milivoltmetrem, který se používá k měření teploty.
Pokud je jeden termočlánkový přechod, nazývaný pracovní přechod, umístěn v médiu s teplotou 1, která má být měřena, a teplota 2, nepracovních přechodů je udržována konstantní, pak f(0) = const a EAB(1) = f(1) - C= f1(1). bez ohledu na to, jak jsou termoelektrody připojeny (pájení, svařování atd.). Přirozená vstupní hodnota termočlánku je tedy teplota jeho pracovního přechodu a výstupní hodnota je termo-e. d.s., kterou termočlánek vyvíjí při přísně konstantní teplotě 2. nepracovního přechodu.

Materiály používané pro termočlánky. V tabulce. 1 ukazuje tepelné emf, které jsou vyvíjeny různými termoelektrodami spárovanými s platinou při teplotě pracovního přechodu 1 = 100°C a teplotě nepracovního přechodu 2 = 0° C. Závislost termoemf. o teplotě v širokém teplotním rozsahu je obvykle nelineární, takže údaje v tabulce nelze rozšířit na vyšší teploty.

Stůl 1.

Materiál	Thermo-emf, mV	Materiál	Thermo-emf, mV



		Hliník


Molybden
		palladium
Wolfram
manganin

		Konstantan


		Molybden

Při použití údajů v tabulce je třeba mít na paměti, že termoemf vyvinutá termoelektrodami do značné míry závisí na sebemenších nečistotách, mechanickém zpracování (kalení) a tepelném zpracování (kalení, žíhání).

Při navrhování termočlánků mají přirozeně tendenci kombinovat termoelektrody, z nichž jedna vyvíjí pozitivní termoemf s platinou a druhá vyvíjí negativní termoemf. V tomto případě je také nutné vzít v úvahu vhodnost té či oné termoelektrody pro použití za daných podmínek měření (vliv na termoelektrodu prostředí, teplotu apod.).
Chcete-li zvýšit výstupní emf. K vytvoření termočlánku se používá několik termočlánků. Pracovní spoje termočlánků jsou umístěny na černěném plátku, který absorbuje záření, studené konce - na masivním měděném prstenci, který slouží jako chladič a zakrytá obrazovka. Vzhledem k masivnosti a dobrému přenosu tepla prstence lze teplotu volných konců považovat za konstantní a rovnou pokojové teplotě.

Chyby a opravy termočlánkových měření.

Měřicí přístroj nebo elektronický měřicí systém se připojuje buď ke koncům termoelektrod (obr. 2a) nebo k mezeře v jedné z nich (obr. 2b).

Obr.2 Připojení měřicího přístroje k termočlánku

Chyba způsobená změnou teploty nefunkčních spojů termočlánku. Termočlánky jsou kalibrovány při teplotě nepracovních spojů rovné nule. Pokud se při praktickém použití termoelektrického pyrometru liší teplota nefunkčních spojů od 0 °C o 0, je nutné zavést do údajů teploměru příslušnou korekci.

Je však třeba mít na paměti, že vzhledem k nelineárnímu vztahu mezi emf. termočlánku a teploty pracovního přechodu, hodnota korekce na odečty ručičky, kalibrovaná přímo ve stupních, se nebude rovnat teplotnímu rozdílu 0 volných konců.
Korekční hodnota je vztažena k teplotnímu rozdílu volných konců prostřednictvím koeficientu k, který se nazývá korekční faktor pro teplotu nepracujících konců. Hodnota k je pro každý úsek křivky jiná, proto je kalibrační křivka rozdělena na úseky po 100 °C a pro každý úsek je určena hodnota k.

Nevýhodou takových zařízení je potřeba zdroje proudu pro napájení můstku a výskyt další chyby v důsledku změny napětí tohoto zdroje.

Chyba způsobená změnami teploty vedení, termočlánku a ukazatele. V termoelektrických teploměrech pro měření termo-emf. používají se jak klasické milivoltmetry, tak i nízkoodporové kompenzátory s ručním nebo automatickým vyvážením pro limit měření do 100 mV.

V případech, kdy termo-emf. měřeno kompenzátorem, odpor obvodu termo-emf, jak víte, nehraje roli. Ve stejných případech, kdy termo-emf. měřeno milivoltmetrem, může dojít k chybě v důsledku změny odporů všech prvků, které tvoří obvod termo-emf; proto je nutné usilovat o konstantní hodnotu odporu vodičů i samotného termočlánku

Průmyslové termočlánky

Hlavní parametry termočlánků průmyslového typu:

tabulka 2

Označení termočlánku	Označení termoelektrod	materiálů	Meze měření pro nepřetržité používání	Horní mez měření pro krátkodobé použití
		Platina Rhodium (10% Rhodium) Platina	-20 až 1300
		Platina Rhodium (30 % Rhodium)
		Chromel-alumel
		Chromel-kopel

Pro měření teplot pod - 50 °C lze použít speciální termočlánky např. měď - konstantan (do ~ - 270 °C), měď - kopel (do - 200 °C) atd. K měření teplot nad 1300 -1800 ° Termočlánky jsou vyrobeny na bázi žáruvzdorných kovů: iridium-rhenium-iridium (do 2100 °C), wolfram-rhenium (do 2500 °C), na bázi karbidů přechodných kovů - titan, zirkonium, niob, thalium , hafnium
(teoreticky do 3000-3500 °C), na bázi uhlíkových a grafitových vláken.
Kalibrační charakteristiky termočlánků hlavních typů jsou uvedeny v tabulce. 3. Tato tabulka ukazuje teplotu pracovního přechodu ve stupních
Jsou uvedeny stupně Celsia a hodnoty termo-emf. odpovídající termočlánky v milivoltech při teplotě volných konců 0 °C.

Tabulka 3

Promocní označení	Teplota pracovního přechodu
	12.2, 16.40, 20.65, 24.91, 33.32, 41.26, 48.87
	2.31, 3.249, 4.128, 5.220, 7.325, 9.564, 11.92, 14.33, 16.71
	4.913, 6.902, 9.109, 11.47, 13.92

Odchylky skutečných termo-emf jsou povoleny. z hodnot uvedených v tabulce. 3, hodnoty uvedené v tabulce. 4.

Tabulka 4

Konstrukce termočlánku průmyslového typu. Jedná se o termočlánek s termoelektrodami z neušlechtilých kovů umístěnými v kompozitní ochranné trubici s pohyblivou přírubou pro její upevnění. Pracovní spoj termočlánku je izolován hrotem. Termoelektrody jsou izolovány nosníky. Ochranná trubka se skládá z pracovní a nepracovní části. Pohyblivá příruba je k potrubí připevněna šroubem. Hlava termočlánku má tvarované tělo se šroubovacím uzávěrem; Porcelánové bloky (šrouby) jsou v hlavě upevněny plovoucími (volnými) svorkami, které umožňují prodlužování termoelektrod vlivem teploty bez vzniku mechanických pnutí vedoucích k rychlé destrukci termoelektrod. Termoelektrody jsou k těmto svorkám připevněny šrouby a spojovací vodiče šrouby. Tyto dráty procházejí tvarovkou s azbestovým těsněním.

Pro termočlánky z ušlechtilých kovů se často používají nekovové trubice (křemenné, porcelánové atd.), ale takové trubice jsou mechanicky slabé a drahé. Porcelánové dýmky správného složení lze používat při teplotách do 1300-1400°C.
Azbest se používá k izolaci termoelektrod od sebe do 300 °C, křemenné trubičky nebo kuličky do 1000 °C, porcelánové trubky 1300 °C. Pro laboratorní termočlánky používané při měření nízkých teplot se používá také žáruvzdorná pryž do 150 ° C, hedvábí do 100 -120°С, smalt do 150-200°С.

Metody kontaktního elektrického měření středních a vysokých teplot pomocí termočlánků

Teploty od 500 (začátek žhnutí) do 1600 °C (bílé teplo) jsou v termometrii považovány za průměrné a teploty od 1600 do 2500 °C za vysoké, na které lze termoelektrickou metodu rozšířit pomocí vysokoteplotní, žáruvzdorné materiálů.
Princip termoelektrické metody a hlavní vlastnosti termoelektrod byly diskutovány výše v odstavci 1. Hlavním problémem při použití této metody pro měření středních a vysokých teplot je ochrana termoelektrod před škodlivými chemickými a tepelnými účinky média. K tomu jsou termočlánky dodávány s ochrannými armaturami ve formě krytů, trubek nebo uzávěrů ze žáruvzdorných materiálů. Hlavním požadavkem na kontejnment je vysoká konstrukční hustota a teplotní odolnost.

Při měření teplot pod 1300 °C se používají porcelánová pouzdra, při vyšších teplotách uzávěry ze žáruvzdorných materiálů (jako je korund, oxidy hliníku, berylia nebo thoria) plněné inertním plynem.

Závislost životnosti termočlánků na pórovitosti kontejnmentu.

Při měření povrchové teploty těles je obtížný zejména kontakt pracovního místa termočlánku s povrchem ohřívaného tělesa.
Pro zlepšení kontaktu se používají termočlánky, jejichž pracovní spojení je vyrobeno ve formě pásky nebo desky. Toto uspořádání pracovního spoje při deformaci umožňuje reprodukovat povrch měřeného objektu.

Pro měření teplot do 2000-2500 °C se používají wolframové nebo iridiové termočlánky. Charakteristickým rysem jejich aplikace je měření ve vakuu, v inertním nebo redukčním prostředí, protože na vzduchu oxidují. Citlivost wolfram-molybdenového termočlánku je 7 µV/K a citlivost wolfram-rheniového termočlánku je 13 µV/K.
Při vysokých teplotách se používají termočlánky ze žáruvzdorných materiálů (páry karbid titanu - grafit, karbid zirkonia - borid zirkonu a disilicid molybdenu - disilicid wolframu). U takových termočlánků je uvnitř válcové elektrody (průměr asi 15 mm) druhá tyčová elektroda připojená k první elektrodě na jednom konci trubice.

Citlivost termočlánků ze žáruvzdorných materiálů dosahuje 70 µV/K, ale jejich použití je omezeno na inertní a redukční média.
Pro měření teploty roztaveného kovu termočlánky z ušlechtilého kovu se používá metoda, která spočívá v ponoření termočlánku do kovu na dobu, která je bezpečná pro jeho výkon. V tomto případě se termočlánek na krátkou dobu (0,4-0,6 s) ponoří do řízeného prostředí a měří se rychlost nárůstu teploty pracovního spoje. Při znalosti vztahu mezi rychlostí ohřevu termočlánku (jeho tepelnou setrvačností) a teplotním médiem je možné vypočítat hodnotu naměřené teploty. Tato metoda se používá k měření roztaveného kovu (2000-2500 C) a průtoku plynu (1800 C).

Termočlánek (termoelektrický převodník) je zařízení používané k měření teploty v průmyslu, vědeckém výzkumu, medicíně a automatizačních systémech.

Princip činnosti je založen na Seebeckově jevu nebo jinými slovy na termoelektrickém jevu. Mezi připojenými vodiči je rozdíl potenciálů kontaktů; mají-li spoje vodičů spojených do kruhu stejnou teplotu, je součet takových rozdílů potenciálů nulový. Když jsou spoje při různých teplotách, potenciální rozdíl mezi nimi závisí na rozdílu teplot. Koeficient úměrnosti v této závislosti se nazývá koeficient termo-EMF. Pro různé kovy je termo-EMF koeficient odlišný a v souladu s tím bude rozdíl potenciálů, ke kterému dochází mezi konci různých vodičů, odlišný. Umístěním spojnice kovů s nenulovými termo-emf koeficienty do média s teplotou T 1 získáme napětí mezi protilehlými kontakty při jiné teplotě T 2, který bude úměrný rozdílu teplot T 1 a T 2 .

Výhody termočlánků

Vysoká přesnost měření teploty (až ±0,01 °С).
Velký rozsah měření teploty: -250 °C až +2500 °C.
Jednoduchost.
Láce.
Spolehlivost

Pro dosažení vysoké přesnosti měření teploty (až ±0,01 °C) je nutná individuální kalibrace termočlánku.
Odečet je ovlivněn teplotou stoupačky, kterou je třeba korigovat. Moderní konstrukce měřičů na bázi termočlánků využívají měření teploty bloku studených konců pomocí vestavěného termistoru nebo polovodičového snímače a automatického zavedení korekce na měřenou TEMF.
Peltierův jev (v době měření je nutné vyloučit tok proudu termočlánkem, protože proud, který jím protéká, ochlazuje horký spoj a ohřívá studený).
Závislost TEDS na teplotě je v podstatě nelineární. To vytváří potíže při vývoji sekundárních převodníků signálu.
Vznik termoelektrické nehomogenity v důsledku náhlých teplotních změn, mechanického namáhání, koroze a chemické procesy ve vodičích vede ke změně kalibrační charakteristiky a chybám do 5K.
Větší délky termočlánků a prodlužovacích vodičů mohou vytvořit efekt "antény" pro existující elektromagnetická pole.

Technické požadavky na termočlánky jsou určeny GOST 6616-94. Standardní tabulky pro termoelektrické teploměry (HCX), toleranční třídy a rozsahy měření jsou uvedeny v normě IEC 60584-1.2 a v GOST R 8.585-2001.

platina-rhodium-platina - TPP13 - Typ R
platina-rhodium-platina - TPP10 - Typ S
platina-rhodium-platina-rhodium - TPR - Typ B
železo-konstantan (železo-měď-nikl) TGK - Typ J
měď-konstant (měď-měď-nikl) TMKn - Typ T
nihrosil-nisil (nikl-chrom-nikl-křemík) ТНН - Typ N.
chromel-alumel - TXA - Typ K
chromel-konstantan THKn - typ E
chromel-copel - THC - Typ L
Copel-Copel - TMK - Typ M
silch-siline - TSS - Typ I
wolfram a rhenium - wolfram-rhenium - TVR - Typ A-1, A-2, A-3

Pro použití online kalkulátoru v poli "Thermo-EMF (mV)" musíte zadat hodnotu termo-EMF termočlánku, je také třeba mít na paměti, že teplota bude zobrazena bez zohlednění okolní teploty. Pro pohodlí použití online kalkulátoru v poli „Okolní teplota. Okolní teplota“ je nutné zadat okolní teplotu ve °C a všechny údaje budou s únikem okolní teploty.

Online kalkulačka převod termo-EMF na teplotu (°C) pro termočlánek typu chromel-alumel - THA - typ K.

Online kalkulačka

typ chromel-alumel - THA - typ K.

Online kalkulačka převod termo-emf na teplotu (°C) pro typ termočlánku

chromel-copel - TXK - Typ L.