В каком случае не требуется компенсировать температуру свободных концов термопары

Обновлено: 25.06.2024

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Виды устройств

Каждый вид термопар имеет свое обозначение, и разделены они согласно общепринятому стандарту. Каждый тип электродов имеет свое сокращение: ТХА, ТХК, ТВР и т. д. Распределяются преобразователи соответственно классификации:

Тип E — представляет собой сплав хромеля и константана. Характеристикой этого устройства считается высокая чувствительность и производительность. Особенно это подходит для использования при крайне низких температурах.
J — относится к сплаву железа и константана. Отличается высокой чувствительностью, которая может достигать до 50 мкВ/ °C.
Вид K — считается самым популярным устройством, состоящим из сплава хромеля и алюминия. Эти термопары могут определить температуру в диапазоне от -200 °C до +1350 °C. Приборы используются в схемах, расположенных в неокисляющих и инертных условиях без признаков старения. При применении устройств в довольно кислой среде хромель быстро разъедается и приходит в негодность для измерения температуры термопарой.
Тип M — представляет сплавы никеля с молибденом или кобальтом. Устройства могут выдерживать до 1400 °C и применяются в установках, работающих по принципу вакуумных печей.
Вид N — нихросил-нисиловые устройства, отличием которых считается устойчивость к окислению. Используются они для измерения температур в диапазоне от -270 до +1300 °C.

Вам это будет интересно Как сделать простой регулятор напряжения своими руками

При высоких температурах широко используются устройства из сплавов рения и вольфрама. Кроме того, по назначению и условиям эксплуатации термопары могут бывать погружаемыми и поверхностными.

По конструкции крепления устройства обладают статическим и подвижным штуцером или фланцем. Широкое применение термоэлектрические преобразователи нашли в устройстве компьютеров, которые обычно подсоединяются через COM порт и предназначены для измерения температуры внутри корпуса.

Спай термопары

В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.

Цепь термопары

Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.

Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.

Воздействие нагрева одного спая термопары

Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Рабочий спай и холодный спай

Особенности осуществления термоконтроля в газовом котле

Практически единственным устройством, подходящим для измерения температур с крайне большим значением является термопара. Она может использоваться для множества разнообразных устройств, в том числе и для газовых котлов.

Устройство и принцип действия термопары в газовом котле

Поскольку термопара рассчитана на работу в условиях высокой температуры, для её изготовления применяются термостойкие материалы. Если говорить более точно, этот элемент производится с использованием нескольких металлов, что позволяет обеспечить ему необходимые свойства. Поскольку работа газового котла без применения термопары просто невозможна, то любая её поломка влечёт за собой необходимость полной остановки рабочего процесса и наискорейшей замены элемента. Подобная ситуация возникает от того, что при работе термоэлемент сцеплён с электромагнитным отсекающим клапаном. Дисфункциональность термоэлемента приводит к перекрытию топливного канала и прекращению подачи топлива. В результате происходит затухание горелочного устройства.

Рис.1: Схема термопары в газовом котле

Если говорить простым языком, то принцип работы термопары заключается в следующем: при спаивании между собой двух различных металлов и последующем нагревании точки спая, на противоположных концах получившегося элемента формируется разница потенциалов. Другими словами, образуется напряжение. Подключённый к этим концам измерительный прибор, позволяет замкнуть цепь и формирует условия для появления электрического тока. Уровень напряжения при этом довольно незначительный, однако его хватает для открытия электромагнитного клапана, пропускающего топливо к запальнику.

Самым важной точкой в конструкции этого элемента является место спайки металлов. Именно качественно выполненное соединение обеспечивает долговечность и бесперебойную работу элемента. Существует несколько возможных сочетаний металлов для создания термопары

В газовых котлах применяют элементы состава хромель-алюминий. Каждый из холодных концов при этом с помощь проводника покрытого защитной оболочкой соединяется с соответствующим гнездом автоматики, где и крепится зажимной гайкой

Существует несколько возможных сочетаний металлов для создания термопары. В газовых котлах применяют элементы состава хромель-алюминий. Каждый из холодных концов при этом с помощь проводника покрытого защитной оболочкой соединяется с соответствующим гнездом автоматики, где и крепится зажимной гайкой.

Чтобы в необходимый момент подать топливо на запальник, изначально придётся заняться открытием электромагнитного клапана вручную. Для этого достаточно нажать на шток, тогда газ попадёт на запальник, который его и подожжёт, после чего начинает происходить нагрев термоэлемента. Спустя полминуты удерживать клапан открытым самостоятельно уже нет необходимости, поскольку выработка напряжения термоэлементом уже началась.

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Типы термопар и диапазон их температур

Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными. Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.

Цвет изоляции проводов термопар

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Плюсы и минусы

Ключевым достоинством термоэлектрического преобразователя отмечают то, что он имеет простое устройство, при необходимости его не сложно изготовить самостоятельно

Прибор удобен в эксплуатации, также важно, что он энергонезависим. Отечественные и зарубежные поставщики предлагают разнообразный ассортимент этой продукции, стоимость которой варьируется в широком диапазоне в зависимости от типа и бренда

В качестве минуса в копилку – необходимость замены на новый вариант в случае поломки термоэлемента, так как он не подлежит восстановлению. Чувствительные к минимальным перепадам температур приборы сильно зависят от среды окружения. Так, под воздействием углекислого газа существенно снижается срок эксплуатации оборудования, повышается риск поломки, что сопровождается расходами на замену термоэлемента.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролик ниже демонстрирует процесс тестирования термопары, установленной на одной из моделей газовых котлов.

Видеоматериал подробно разъясняет – как снимать, проверять, менять значимый компонент газовой колонки, без которого оборудование фактически остаётся работоспособным только в режиме без контроля, что крайне опасно для конечного пользователя:

Замена сенсора своими руками возможна. Однако для этого домашний мастер должен обладать слесарными навыками, уметь пользоваться измерительными приборами:

Благодаря термопаре автоматизируется процесс зажигания и нагрева, увеличивается степень безопасности эксплуатации газовой колонки и котла. Рассмотренный материал позволяет не только оценить в полной мере технологическую значимость устройства термопары в конструкции газоиспользующего оборудования и разобраться в конструкционных тонкостях домашних котлов, но и, при необходимости, выполнить ремонта техники своими руками

При этом важно помнить о правилах безопасности, и, если есть сомнения в собственных силах, лучше обратиться к специалистам

Хотите рассказать о личном опыте проверки работоспособности термопары? Или у вас есть полезная информация по теме статьи и вы желаете поделиться своими знаниями с другими пользователями? Пишите свои комментарии, участвуйте в обсуждениях – форма обратной связи расположена ниже.

Под катом много математики и нет картинок и одна картинка ).

И чтобы далеко не ходить, обещанная картинка с температурой в доме:

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.

Стандартная термопара

Принцип работы термопары

Термопара в электрической цепи

Спай термопары

Цепь термопары

Воздействие нагрева одного спая термопары

Холодный спай термопары

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай и холодный спай

Типы термопары

Типы термопар и диапазон их температур

Цвет изоляции проводов термопар

Неисправности термопары

Потенциометр

Пирометр это продвинутый прибор для определения температуры любого объекта на основе инфракрасного датчика, который считывает невидимое инфракрасное излучение

Термистор чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала

Жидкостный термометр технический это прибор для измерения температуры технологических процессов при помощи жидкости, которая реагирует на изменение температуры

Ртутный термометр технический это прибор для измерения температуры, в котором в качестве жидкости используется ртуть, единственный жидкий метал

Биметаллический термометр это прибор для измерения температуры, принцип работы которого основан на расширении и сжатии твердых тел

Полное название устройства – термоэлектрический преобразователь. Упрощенно его называют термопарой. Прибор используется для температурных замеров в тех или иных отраслях промышленности и производства, медицины, автоматизированных системах.

Для чего нужны термопары

Назначением всех термопар является измерение температур. Во внимание принимаются такие параметры измеряемого объекта, как его объем и давление внутри, электросопротивление, показатели термоэлектродвижущих сил, интенсивность излучений и пр.

Исходя из того, в каком диапазоне необходимо проводить замеры температуры, прибегают к двум разновидностям замеров:

контактный – так называемая термометрия;
бесконтактный – на основе анализа теплового излучения.

Что касается второго вида измерения, к нему прибегают при необходимости замерить очень горячие среды, либо если нет возможности получить прямой доступ к объекту. Измерения посредством термопар проводятся методом прямого контакта.

Плюсы данного способа именно по отношению к термопарам заключаются в:

повышенной степени точности проводимых замеров;
существенных температурных разбросах, доступных для измерения;
простоте использования и надежности прибора.

Принцип функционирования термопары

Любая термопара состоит из двух проводов, которые спаяны между собой и при этом произведены из различающихся по своим физическим параметрам металлов. Провода скрепляются посредством так называемого спая. При воздействии на спай измененных температур термопара начинает реагировать на это и генерировать электрическое напряжение, которое всегда находится в прямо пропорциональной зависимости от величины колебания температуры.

При присоединении термопары к электроцепи величина сгенерированного напряжения отображается на специальной шкале прибора. Затем эти показания преобразуются в температурные – либо непосредственно внутри самого прибора, либо согласно откалиброванной выносной шкале.

Спаи на термопарах и требования к ним

Как правило, конструкция термопары подразумевает наличие лишь одного спая. Иногда предусматривается и еще один – если термопару необходимо подсоединить к электроцепи (непосредственно в точках присоединения).

На схеме цепь включает в себя три проводка – A, B, C. Скрученные провода имеют обозначения D и E. Спай же представлен в виде дополнительного, образующегося при соединении термопары к электроцепи. В приведенном случае спай носит название холодного (свободного), а спай, обозначенный литерой Е – горячего (рабочего).

Поскольку имеет место прямо пропорциональная зависимость между температурными показателями и напряжением, которое генерирует термопара, оба спая генерируют одну и ту же величину напряжения – если температурные показатели на них будут одинаковыми.

Если же спай на термопаре подвергнуть нагреву, то значение напряжения начинает возрастать в прямой соразмерной зависимости. Соответственно, поток отрицательно заряженных частиц от разогретого спая перетекает сквозь второй спай, проходит сквозь измерительное устройство и переходит назад на горячий спай. Соответственно, прибором начинает фиксироваться и демонстрироваться разница напряжений на этих спаях. Эту разницу может преобразовать как оператор через специальные таблицы в соответствующие температурные значения, так и сам прибор – смотря какой модели термопарный измеритель был задействован.

Требования к материалам для изготовления термопар и спаев для них являются строгими, поскольку эксплуатация данных приборов предполагается в жестких средах:

Показатели термоэлектродвижущей силы для сплавов в термопарах обязаны быть большими с целью обеспечения необходимой точности проводимых замеров. Производители подбирают материалы таким образом, чтобы величины термоэлектродвижущих сил находились в линейной зависимости от температурных величин.
Температурные показатели плавления веществ должны быть значительно выше замеряемых температурных значений. Разница составляет при этом как минимум 50 градусов Цельсия.
Сплавы должны быть устойчивыми к коррозии. Если данное требование невозможно выполнить по тем или иным причинам, то прибегают к защите при помощи чехлов.
Материалы не должны изменять свои физические параметры.
Они должны иметь хорошие показатели пластичности и прочности.
Наконец, материалы должны иметь низкую цену для возможности изготовления термопар в промышленных масштабах.

Холодные спаи для термопар

Холодные спаи – точки, в которые свободные концы провода термопары присоединяются к прибору для измерения. Так как прибор проводит замеры разности напряжений на спаях, то и напряжение на холодном спае должно быть поддержано на постоянном уровне. Таким образом, гарантирована максимальная точность замеров в разных эксплуатационных условиях.

Горячие (рабочие) спаи в термопарах

Имеется также так называемый рабочий (он же горячий) спай, подвергаемый влиянию технологического процесса. Его температура будет изменяться. Так как напряжение, которое генерирует термопара, прямо пропорционально ее температурным показателям, то во время нагрева горячего спая будет сгенерировано больше напряжения и, наоборот – во время охлаждения меньше.

Разновидности термопар

Производители предлагают потребителям разные виды термопар, которые различаются по диапазонам замеряемых температур, их колебаниям. Изготавливают термопары из самых разных металлов и их вариаций. От того, в какой комбинации были использованы те или иные металлы, будет зависеть и измеряемый температурный диапазон.

Соответственно, производителями была введена специальная маркировка, которая обозначает типы термопар:

Когда термопару подключают к электроцепи, она не будет функционировать в нормальном режиме до тех пор, пока не будут соблюдены правила полярностей.

Так, провода положительного полюса нужно соединить вместе и подсоединить к плюсовым выводам в электроцепи, а минусовые – к минусовым. Если не соблюсти данное правило, то горячий спай и холодный не окажутся в необходимой противофазе, следовательно, температурные показания окажутся неточными.

В термопарах могут использоваться удлинительные провода. Цвет на внешней изоляции проводов соединительного типа может быть произвольным – в зависимости от того или иного изготовителя устройства, но первичная изоляция должна соответствовать кодам из таблицы:

Возможные неисправности в термопарах

Несмотря на то, что термопары относятся к достаточно надежным устройствам, и они могут выходить из строя и выдавать погрешности в замерах. Прежде всего, в этом случае нужно проверить устройство на предмет наличия ослабленного соединения. Если все плотно соединено, то, возможно, проблема кроется в приборе регистрации, либо непосредственно в термопаре.

Примечательно, что в случае неправильных показаний причина почти всегда в приборе регистрации. Ведь, если неисправна сама термопара, то прибор не будет демонстрировать вообще никаких показаний.

Если есть подозрения на выход из строя термопары, то нужно для начала проверить ее сигналы на выходе при помощи потенциометра.

Возможные погрешности в замерах при помощи термопар

Если термопара начала выдавать погрешности при измерениях, которые находятся далеко за пределами допустимых, то следует выявить их причину.

Точность замеров может пострадать из-за влияния сопротивления изоляционных материалов на термоэлектродах. При воздействии на них высоких температур сопротивление может снизиться, что, соответственно, отразится и на точности результатов замеров.

Еще одна причина появления погрешности при замерах – изменения температурных показателей на свободных концах термопары. Во время проведения замеров температура может колебаться и отличаться от температурных показателей на свободных концах устройства во время его градуирования.

Для повышения точности проводимых замеров желательно исключать внешние воздействия – электромагнитные и радиационные поля, химические посторонние реакции и т.д

Если прибор был проградуирован с нарушениями процедуры, то это также будет служить причиной проявления погрешностей.

5. Термопары

Термопары

Одним из наиболее интересных явлений, применяемых в области измерений, является эффект Зеебека. Этот эффект заключается в том, что воздействие разных температур на разные участки провода приводит к возникновению небольшого напряжения между его концами. Лучше всего данный эффект наблюдается на стыке двух разнородных металлических проводников, где каждый из металлов производит различное напряжение Зеебека по всей своей длине, в результате чего между двумя свободными концами проводов возникает некоторое напряжение. Большинство пар любых разнородных металлов будет производить измеримое напряжение при нагревании места их соединения. Некоторые комбинации металлов создают большее напряжение, а некоторые - меньшее.

Эффект Зеебека довольно линеен: напряжение, создаваемое при подогреве места соединения двух проводников, пропорционально температуре. Это означает, что температура в месте соединения проводов может быть определена путем измерения произведенного напряжения. Таким образом, эффект Зеебека предоставляет нам электрический метод измерения температуры.

Созданная для измерения температуры цепь, которая состоит только из двух разнородных металлических проводников, называется термоэлементом или термопарой. Для точного соотношения температуры/напряжения, термопары изготавливаются из высокочистых металлов (они являются линейными и максимально предсказуемыми).

Напряжения Зеебека довольно маленькие, всего несколько десятков милливольт для большинства температурных диапазонов. Это создает определенные трудности при их измерении. Кроме того, любое соединение разнородных металлов произведет температурно-зависимое напряжение, что так же создаст нам проблему при подключении термопары к вольтметру:

Второе соединение железо/медь, сформированное на верхнем проводе при подключении термопары к вольтметру, произведет температурно-зависимое напряжение, полярность которого будет противоположна полярности напряжения на измеряемом соединении. Это означает, что напряжение между медными проводами вольтметра будет функцией разницы температур двух соединений, а не температуры одного, измеряемого соединения. Даже для термопар, в которых медь не является одним из разнородных металлов, комбинация двух металлов, подсоединенных к медным проводам измерительного прибора сформирует соединение, эквивалентное измеряемому:

Соединения разнородных проводов, которые не являются измеряемыми, называются "холодными спаями". При использовании одной термопары, возникновение как минимум одного холодного спая неизбежно. В некоторых случаях возникает необходимость измерения разницы температур между двумя различными точками, и это неотъемлемое свойство термопар может быть использовано для построения простой измерительной системы:

Однако, в большинстве случаев температура измеряется только в одной точке, а следовательно, второе соединение становится обузой.

Компенсация напряжения, генерируемого холодным спаем, выполняется специальной схемой, которая измеряет температуру спая и производит соответствующее компенсирующее напряжение. Вполне резонно, что вы зададитесь вопросом: "Если мы должны прибегнуть еще к какой то форме измерения температуры для преодоления особенностей термопар, то зачем мы вообще используем термопары для измерения температур? Почему-бы не использовать другой способ, который сделает ту-же самую работу?". Ответ на этот вопрос прост: другие способы измерения температуры не такие надежные и универсальные, как термопары, но зато они могут использоваться для измерения температуры холодного спая в щадящих условиях. Например, термопара может быть установлена в дымоход доменной печи сталелитейного завода, температура в котором достигает 1800 градусов по фаренгейту, в то время как спай может располагаться в сотне метров от нее и иметь температуру окружающей среды, которая измеряется устройством, не способным работать в условиях агрессивной атмосферы печи.

Напряжение, произведенное термопарой, напрямую зависит от температуры. Сила тока в цепи термопары прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению (I = U/R). Иными словами, зависимость напряжения Зеебека от температуры фиксирована, в то время, как зависимость силы тока от температуры переменна, и зависит от полного сопротивления цепи. Если сопротивление проводов термопары очень мало, то она способна произвести ток свыше сотни ампер!

Вольтметр, используемый для измерения напряжения, создаваемого термопарой, должен иметь очень высокое внутреннее сопротивление. Это позволит избежать ошибок, вызванных падением напряжения вдоль проводов термопары. Проблема падения напряжения в данном случае имеет большое значение, так как приходится работать с напряжением всего несколько милливольт. Мы не можем позволить себе потери даже одного милливольта в проводах, чтобы не вызвать серьезных ошибок при измерении температуры.

В идеале, ток забираемый вольтметром у цепи с термопарой должен быть нулевым. На ранних этапах это достигалось применением потенциометрических инструментов. Более современные приборы, для минимизации отбираемого у цепи тока, используют схемы полупроводниковых усилителей.

Термопары, изготовленные из толстых проводов (для обеспечения низкого сопротивления), и соединенные между собой определенным способом, можно использовать не только для измерения температуры. Если несколько термопар соединить последовательно, чередуя горячие и холодные температуры на каждом из соединений, то можно получить термоэлектрическую батарею, которая будет производить значительное количество напряжения и тока:

При одинаковой температуре, напряжения на всех термопарах будут одинаковы, а так как термопары слева имеют полярность, противоположную термопарам справа, то их напряжения взаимокомпенсируются, и выходное напряжение будет равно нулю. Однако, если набор термопар слева нагреть, а набор справа - охладить, то напряжение каждой левой термопары будет больше напряжения каждой правой, в результате чего общее напряжение будет равно сумме всех дифференциалов напряжений. Именно так и работает термоэлектрическая батарея. Интересным является еще одно термоэлектрическое явление, обратное эффекту Зеебека, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте соединения двух разнородных проводников. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, направления и силы протекающего электрического тока. Такое термоэлектрическое явление называется эффектом Пельтье.

Еще одним применением термопар является измерение средней температуры между несколькими местами размещения датчиков. Чтобы реализовать это, нужно соединить несколько термопар параллельно дуг другу:

Такой способ подключения термопар применяется для сигнализации перегрева в одной из точек объекта (с большим числом термопар, установленных в разных его местах), а также для нахождения среднего арифметического значения температур в ряде точек. Параллельное соединение может быть использовано для однотипных термопар с близкими термоэлектрическими характеристиками. При равенстве температур на рабочих концах всех термопар выходной сигнал системы будет соответствовать некоторому среднему значению напряжения всех термопар. Если сопротивления всех термопар одинаковы, то при местном перегреве напряжение одной из термопар возрастает на величину ∆U, а выходной сигнал всей системы возрастает на величину ∆U/n вследствие шунтирования данной термопары всеми остальными n термопарами системы.

К сожалению, точность усреднения потенциалов напряжений термопар зависит от длины их проводов. Если термопары расположены в разных местах, то длина их проводов вряд-ли будет одинаковой. Термопары с наибольшей длиной провода от точки измерения до точки параллельного соединения имеют наибольшее сопротивление, а следовательно, оказывают меньшее влияние на среднее напряжение.

Чтобы компенсировать это, и сделать сопротивления проводов более равными, к каждой из параллельных ветвей цепи добавляются дополнительные резисторы. Допускается устанавливать резисторы с одинаковыми значениями сопротивлений, но эти значения должны быть значительно выше сопротивлений проводов термопар, чтобы влияние последних на общее сопротивление было минимальным:

Поскольку термопары производят очень низкое напряжение, крайне важно, чтобы соединения проводов были чистыми и прочными. Кроме того, холодные спаи должны располагаться вблизи измерительного прибора, чтобы удостовериться, что прибор может точно компенсировать их температуру. Несмотря на эти, казалось бы жесткие требования, термопары остаются одним из самых надежных и популярных методов измерения температуры и в настоящее время.

Читайте также: