Термоэлектрические термометры

   Термоэлектрические термометры представляют собой соединение термоэлектрического преобразователя (термопары) и того или иного средства измерения. В качестве средства измерения могут использоваться милливольтметры и компенсаторы постоянного тока.

   На рис. 3.12 представлена схема термоэлектрического термометра, на которой обозначено: ТП – термопара; УП – удлинительные провода (см. 2.2.1); СП – соединительные провода;  – уравнительный резистор; mV – милливольтметр.

   Милливольтметр в данном случае называется пирометрическим. На рис. 3.12 условно обозначена температура:  – измеряемая температура;  – температура свободных концов ТП. При этом показано, что переходить от удлинительных проводов (специальных) к обычным соединительным (более дешевым) следует, когда температура уже практически не меняется при изменении расстояния от объекта до средства измерения.

   Напряжение, измеряемое милливольтметром, , где  – ЭДС термопары;  – внешнее сопротивление, определяемое суммой сопротивлений термоэлектродов, уравнительного резистора и проводов. Шкала пирометрического милливольтметра градуируется в градусах, и при постоянстве  и  его показания определяются значением термоЭДС. Так как в зависимости от типа ТП меняется и значение термоЭДС, то пирометрические милливольтметры выпускаются с указанием конкретного типа ТП, которые могут подключаться к этому милливольтметру.

   Для поддержания постоянства  в схеме на рис. 3.12 показан уравнительный резистор, сопротивление которого дополняет _­ до указанного на милливольтметре значения (0,6; 5; 15; 25 Ом). Обычно пирометрические милливольтметры имеют несколько зажимов с различными значениями .

   Градуировка пирометрических милливольтметров производится при температуре свободных концов (), равной 0 ºC. В то же время в реальных условиях температура  ≠ 0 ºС. Отличие температуры свободных концов ТП от градуировочного значения и, кроме того, изменение этой температуры в процессе эксплуатации приводят к погрешности. Существуют различные способы введения поправки на изменение температуры свободных концов ТП.

   При ручном способе введения поправки к показанию милливольтметра, градуированного в градусах, необходимо прибавить с учетом знака поправку, равную отклонению температуры свободных концов от 0 ºС, умноженному на коэффициент k. Этот коэффициент, учитывающий нелинейность функции преобразования, зависит от измеряемой температуры. Для приближенных подсчетов можно принять k = 0,8…1,0 для термопар из неблагородных металлов и k = 0,5…0,6 для термопар из благородных металлов.

   При полуавтоматическом способе введения поправки указатель милливольтметра при отключенной ТП корректором устанавливается на отметку шкалы, соответствующую температуре свободных концов. Далее в процессе измерений эта поправка будет вводиться автоматически. Недостатком данного способа введения поправки является необходимость повторения этих действий при изменении температуры . Естественно, как при ручном, так и полуавтоматическом способе введения поправки необходимо дополнительно измерять и контролировать температуру свободных концов ТП¸ т. е. температуру окружающей милливольтметр среды.

       

Ни ручной, ни полуавтоматический способы введения поправки на температуру свободных концов ТП неприемлемы, когда одновременно термопарами измеряется температура в десятках и даже сотнях точек какого-то объекта, что происходит при измерениях с помощью ИИС. В этом случае при меняется автоматический способ введения поправки, при котором последовательно с ТП и средством измерений (на рис. 3.13 условно показан милливольтметр) включают неравновесный мост с резистором  из меди (термозависимым) в одном из плеч. Остальные плечи моста составляют резисторы , ,  из манганина (нетермозависимые). Резистор  помещается в зону температуры свободных концов. При градуировке (  ºС) мост находится в равновесии. При эксплуатации, когда  ºС, меняется сопротивление резистора  и мост выходит из равновесия. Разность потенциалов, возникающая на измерительной диагонали моста, складывается с ЭДС термопары, практически полностью компенсируя отклонение термоЭДС из-за изменения . Резистор  служит для регулировки чувствительности моста.

   Заметим, что при автоматическом способе введения поправки знать температуру свободных концов ТП не требуется.

   В качестве средства измерений в термоэлектрических термометрах используют также автоматические компенсаторы постоянного тока. При этом появляются следующие преимущества:

1. Повышается точность измерения, так как исключается влияние сопротивления проводов и термоэлектродов и, кроме того, сам компенсатор имеет более высокую точность (класс точности автоматических компенсаторов 0,2; 0,5, в то время как класс точности пирометрического милливольтметра 1,5).

2. Автоматический компенсатор позволяет регистрировать значения измеряемой температуры и производить сигнализацию при ее отклонении от заданного диапазона.

   Отсутствие зависимости показаний от сопротивления цепи при использовании в качестве средства измерений компенсатора позволяет значительно увеличивать расстояние между объектом и средством измерений, что в ряде случаев важно, например на объектах ядерной энергетики.