Средства измерения температуры. Классификация приборов. Термоэлектрические преобразователи. Принцип действия. Схемы включения. Компенсация температуры холодного спая

В зависимости от физических свойств, положенных воснову принципа действия, наиболее распространенные СИ температуры можноразделить на следующие группы:

1. Жидкостно-стеклянные термометры;

2. Манометрические термометры;

3. Термопреобразователи сопротивления;

4. Термоэлектрические преобразователи;

5. Шумовые термометры;

6. Температурные индикаторы;

7. Пирометры излучений;

8. Ультразвуковые термометры;

9. Тепловизоры.

Термопара – старейший и до сих пор наиболее распространенный в промышленности температурный датчик. Действие термопары основано на эффекте, который впервые был открыт и описан Томасам Зеебеком в 1822 г. Наиболее правильное определение этого эффекта следующее: Если гомогенный материал, обладающий свободными зарядами, имеет разную температуру на измерительных контактах, то между контактами возникает разность потенциалов).

Для нас более привычно обычно приводимое в литературе несколько другое определение эффекта Зеебека – возникновении тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при наличии градиента температур между спаями.

Главные преимущества термопар:

· широкий диапазон рабочих температур, это самый высокотемпературный из контактных датчиков.

·  спай термопары может быть непосредственно заземлен или приведен в прямой контакт с измеряемым объектом.

·  простота изготовления, надежность и прочность конструкции.

Недостатки термопар:

· необходимость контроля температуры холодных спаев. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.

· возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химических процессов.

· материал электродов не является химически инертным и, при недостаточной герметичности корпуса термопары, может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т.д.

· зависимость ТЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.

Наиболее точные термопары – с термоэлектродами из благородных металлов: платинородий-платиновые ПП (тип S (Pt-10%Rh / Pt) (тип R (Pt-13%Rh / Pt), платинородий-платинородиевые ПР (тип В (Pt-30%Rh / Pt-6%Rh)).

Как упоминалось выше, термо-ЭДС пропорциональна разности температур между холодным и горячим спаем. Это означает, что температура холодного спая должна быть известна для вычисления фактического значения температуры горячего спая. Для этого потребуется схема компенсации холодного спая, которая будет автоматически вводить поправку к измеренной термо-ЭДС.

Чтобы получить значение температуры с помощью термопары потребуется аналоговая схема, например прецизионный операционный усилитель и схема компенсации холодного спая. Однако, существует несколько видов специализированных микросхем со встроенным интерфейсом термопары. Эти микросхемы интегрируют указанные выше аналоговые схемы и значительно упрощают проект