Penukar termoelektrik (termokopel)

Bagaimana termokopel berfungsi

Sudah pada tahun 1821, Seebeck menemui fenomena yang dinamakan sempena namanya, yang terdiri daripada fakta bahawa e. Muncul dalam litar tertutup yang terdiri daripada bahan pengalir yang berbeza. dan lain-lain. (yang dipanggil thermo-EMC) jika titik sentuhan bahan ini dikekalkan pada suhu yang berbeza.

Dalam bentuk yang paling mudah, apabila litar elektrik terdiri daripada dua konduktor yang berbeza, ia dipanggil termokopel, atau termokopel.

Intipati fenomena Seebeck terletak pada fakta bahawa tenaga elektron bebas, yang menyebabkan penampilan arus elektrik dalam wayar, adalah berbeza dan berubah secara berbeza dengan suhu. Oleh itu, jika terdapat perbezaan suhu di sepanjang wayar, elektron pada hujung panasnya akan mempunyai tenaga dan halaju yang lebih tinggi berbanding hujung sejuk, menyebabkan pengaliran elektron dari hujung panas ke hujung sejuk dalam wayar. Akibatnya, caj akan terkumpul di kedua-dua hujung — negatif pada sejuk dan positif pada panas.

Oleh kerana caj ini berbeza untuk wayar yang berbeza, maka apabila dua daripadanya disambungkan dalam termokopel, termokopel berbeza akan muncul. dan lain-lain. c. Untuk menganalisis fenomena yang berlaku dalam termokopel, adalah mudah untuk mengandaikan bahawa termokopel terjana di dalamnya. dan lain-lain. c. E ialah jumlah dua daya gerak elektrik sentuhan e, yang berlaku di tempat sentuhannya dan merupakan fungsi suhu sentuhan ini (Rajah 1, a).

nasi. 1. Gambar rajah litar termoelektrik dua dan tiga wayar, gambar rajah untuk menyambungkan alat pengukur elektrik ke simpang dan termoelektrod dengan termokopel.

Daya thermoelectromotive yang timbul dalam litar dua konduktor berbeza adalah sama dengan perbezaan dalam daya elektromotif pada hujungnya.

Daripada definisi ini, ia mengikuti bahawa pada suhu yang sama di hujung termokopel, kuasa termoelektriknya. dan lain-lain. s akan menjadi sifar. Kesimpulan yang sangat penting boleh dibuat daripada ini, yang memungkinkan untuk menggunakan termokopel sebagai sensor suhu.

Daya gerak elektrik termokopel tidak akan diubah dengan pengenalan wayar ketiga dalam litarnya jika suhu di hujungnya adalah sama.

Wayar ketiga ini boleh dimasukkan kedua-duanya dalam salah satu simpang dan dalam bahagian salah satu wayar (Rajah 1.6, c). Kesimpulan ini boleh dilanjutkan kepada beberapa wayar yang dimasukkan ke dalam litar termokopel, selagi suhu di hujungnya adalah sama.

Oleh itu, alat pengukur (juga terdiri daripada wayar) dan wayar penyambung yang membawa kepadanya boleh dimasukkan ke dalam litar termokopel tanpa menyebabkan perubahan dalam kuasa termoelektrik yang dibangunkan olehnya. e.c, hanya jika suhu titik 1 dan 2 atau 3 dan 4 (Rajah 1, d dan e) adalah sama. Dalam kes ini, suhu titik ini mungkin berbeza daripada suhu terminal peranti, tetapi suhu kedua-dua terminal mestilah sama.

Jika rintangan litar termokopel kekal tidak berubah, arus yang mengalir melaluinya (dan oleh itu bacaan peranti) akan bergantung hanya pada kuasa termoelektrik yang dibangunkan olehnya. d. dari, iaitu, dari suhu hujung kerja (panas) dan bebas (sejuk).

Juga, jika suhu hujung bebas termokopel dikekalkan malar, bacaan meter hanya bergantung pada suhu hujung kerja termokopel. Peranti sedemikian secara langsung akan menunjukkan suhu persimpangan kerja termokopel.

Oleh itu, pyrometer termoelektrik terdiri daripada termokopel (thermoelectrodes), meter arus terus dan wayar penyambung.

Kesimpulan berikut boleh dibuat daripada perkara di atas.

1. Kaedah pembuatan hujung kerja termokopel (kimpalan, pematerian, berpusing, dll.) tidak menjejaskan kuasa termoelektrik yang dibangunkan olehnya. dan lain-lain. dengan, jika hanya dimensi hujung kerja adalah sedemikian rupa sehingga suhu pada semua titiknya adalah sama.

2. Kerana parameter yang diukur oleh peranti bukan termoelektrik. dengan dan arus litar termokopel, adalah perlu bahawa rintangan litar kendalian kekal tidak berubah dan sama dengan nilainya semasa penentukuran.Tetapi kerana hampir mustahil untuk melakukan ini, kerana rintangan termoelektrod dan wayar penyambung berubah dengan suhu, salah satu ralat utama kaedah timbul: ralat ketidakpadanan antara rintangan litar dan rintangannya semasa penentukuran.

Untuk mengurangkan ralat ini, peranti untuk pengukuran haba dibuat dengan rintangan yang tinggi (50-100 Ohm untuk ukuran kasar, 200-500 Ohm untuk pengukuran yang lebih tepat) dan dengan pekali elektrik suhu rendah, supaya jumlah rintangan litar (dan , oleh itu, hubungan antara arus dan — e. d. s.) berbeza-beza kepada minimum dengan turun naik suhu ambien.

3. Pirometer termoelektrik sentiasa ditentukur pada suhu yang jelas pada hujung bebas termokopel — pada 0 ° C. Biasanya suhu ini berbeza daripada suhu penentukuran dalam operasi, akibatnya ralat utama kedua kaedah berlaku : ralat dalam suhu hujung termokopel bebas.

Oleh kerana ralat ini boleh mencapai puluhan darjah, adalah perlu untuk membuat pembetulan yang sesuai terhadap bacaan peranti. Pembetulan ini boleh dikira jika suhu riser diketahui.

Oleh kerana suhu hujung bebas termokopel semasa penentukuran adalah sama dengan 0 ° C, dan dalam operasi ia biasanya melebihi 0 ° C (hujung bebas biasanya berada di dalam bilik, ia sering terletak berhampiran ketuhar yang suhunya diukur. ), pyrometer memberikan anggaran yang rendah berbanding dengan suhu yang diukur sebenar, petunjuk dan nilai yang terakhir mesti ditingkatkan dengan nilai pembetulan.

Ini biasanya dilakukan secara grafik. Ini disebabkan oleh fakta bahawa biasanya tiada perkadaran antara termoset.dan lain-lain. ms dan suhu. Jika hubungan antara mereka adalah berkadar, maka lengkung penentukuran adalah garis lurus dan dalam kes ini pembetulan untuk suhu hujung bebas termokopel akan sama secara langsung dengan suhunya.

Reka bentuk dan jenis termokopel

Keperluan berikut digunakan untuk bahan termoelektrod:

1) termoelektrik tinggi. dan lain-lain. v. dan hampir dengan sifat berkadar perubahannya daripada suhu;

2) rintangan haba (bukan pengoksidaan pada suhu tinggi);

3) ketekalan sifat fizikal dari semasa ke semasa dalam suhu yang diukur;

4) kekonduksian elektrik yang tinggi;

5) pekali rintangan suhu rendah;

6) kemungkinan pengeluaran dalam kuantiti yang banyak dengan sifat fizikal yang berterusan.

Suruhanjaya Elektroteknik Antarabangsa (IEC) telah mentakrifkan beberapa jenis termokopel standard (standard IEC 584-1). Unsur mempunyai indeks R, S, B, K, J, E, T mengikut julat suhu yang diukur.

Dalam industri, termokopel digunakan untuk mengukur suhu tinggi, sehingga 600 — 1000 — 1500˚C. Termokopel industri terdiri daripada dua logam atau aloi refraktori. Persimpangan panas (ditandakan dengan huruf «G») diletakkan di tempat di mana suhu diukur, dan persimpangan sejuk («X») terletak di kawasan di mana peranti pengukur terletak.

Termokopel standard berikut sedang digunakan.

Termokopel platinum-rhodium-platinum. Termokopel ini boleh digunakan untuk mengukur suhu sehingga 1300 °C untuk kegunaan jangka panjang dan sehingga 1600 °C untuk kegunaan jangka pendek, dengan syarat ia digunakan dalam suasana pengoksidaan.Pada suhu sederhana, termokopel platinum-rhodium-platinum telah terbukti sangat dipercayai dan stabil, itulah sebabnya ia digunakan sebagai contoh dalam julat 630-1064 ° C.

Termokopel Chrome-alumel. Termokopel ini direka bentuk untuk mengukur suhu untuk kegunaan jangka panjang sehingga 1000 ° C dan untuk kegunaan jangka pendek sehingga 1300 ° C. Mereka berfungsi dengan pasti dalam had ini dalam suasana pengoksidaan (jika tiada gas menghakis), kerana apabila dipanaskan pada permukaan elektrod, filem oksida pelindung nipis yang menghalang oksigen daripada menembusi logam.

Termokopel Chromel-Copel… Termokopel ini boleh mengukur suhu sehingga 600°C untuk masa yang lama dan sehingga 800°C untuk masa yang singkat. Mereka berfungsi dengan jayanya dalam kedua-dua atmosfera pengoksidaan dan pengurangan, serta dalam vakum.

Termokopel Iron Copel... Had ukuran adalah sama seperti termokopel chromel-copel, keadaan operasi adalah sama. Ia memberikan kurang termo. dan lain-lain. berbanding dengan termokopel XK: 30.9 mV pada 500 ° C, tetapi pergantungannya pada suhu lebih hampir kepada berkadar. Kelemahan ketara termokopel LC ialah kakisan elektrod besinya.

Termokopel kuprum-kuprum... Memandangkan kuprum dalam suasana pengoksidaan mula mengoksida secara intensif pada 350 ° C, julat penggunaan termokopel ini ialah 350 ° C untuk masa yang lama dan 500 ° C untuk masa yang singkat. Dalam vakum, termokopel ini boleh digunakan sehingga 600 °C.

Keluk pergantungan termo-e. dan lain-lain. suhu untuk termokopel yang paling biasa. 1 - chromel-bajingan; 2 - bangsat besi; 3 - bangsat tembaga; 4 — TGBC -350M; 5 — TGKT-360M; 6 - chromel-alumel; 7-platinum-rhodium-platinum; 8 — TMSV-340M; 9 — PR -30/6.

Rintangan termoelektrod termokopel standard yang diperbuat daripada logam asas ialah 0.13-0.18 ohm setiap 1 m panjang (kedua-dua hujung), untuk termokopel platinum-rhodium-platinum 1.5-1.6 ohm setiap 1 m. sisihan kuasa termoelektrik yang dibenarkan. dan lain-lain. daripada penentukuran untuk termokopel bukan mulia ialah ± 1%, untuk platinum-rhodium-platinum ± 0.3-0.35%.

Termokopel standard adalah rod dengan diameter 21-29 mm dan panjang 500-3000 mm. Di bahagian atas tiub pelindung diletakkan kepala yang dicap atau tuang (biasanya aluminium) dengan plat karbolit atau bakelit, di mana dua pasang wayar ditekan dengan pengapit skru yang disambungkan secara berpasangan. Termoelektrod disambungkan pada satu terminal, dan ke satu lagi disambungkan wayar penyambung yang membawa kepada peranti pengukur. Kadangkala wayar penyambung disertakan dalam hos pelindung yang fleksibel. Sekiranya perlu untuk mengelak lubang di mana termokopel dipasang, yang terakhir disediakan dengan pemasangan berulir. Untuk tab mandi, termokopel juga dibuat dengan bentuk siku.

Undang-undang termokopel

Undang-undang suhu dalaman: Kehadiran kecerunan suhu dalam konduktor homogen tidak membawa kepada kemunculan arus elektrik (tiada EMF tambahan berlaku).

Hukum konduktor perantaraan: Biarkan dua konduktor homogen logam A dan B membentuk litar termoelektrik dengan sesentuh pada suhu T1 (simpang panas) dan T2 (simpang sejuk). Satu dawai logam X dimasukkan ke dalam putus wayar A dan dua sesentuh baru terbentuk. «Jika suhu wayar X adalah sama sepanjang panjangnya, maka EMF termokopel yang terhasil tidak akan berubah (tiada EMF timbul daripada persimpangan tambahan).»