Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Транспортно-технологический колледж

Реферат

По дисциплине: Автоматизация технологических процессов и АСУ ТП отрасли

По теме: Термоэлектрические преобразователи и их характеристики

Проверил (а): Нурмагамбетова Г.С.

Выполнил (а): ст. гр. 9 КАП11-2

Барлыкбаев А.

Караганда 201

Содержание

Введение

1. Принцип измерения температуры термоэлектрическим методом, конструкция термопары

2. Типы стандартных термопар и диапазоны изменяемых температур для каждого их вида

3. Применение термоэлектродных проводов и их свойства

4. Принцип действия и применяемые материалы

Заключение

Список используемой литературы

Ведение

Термопамра (термоэлектрический преобразователь) -- устройство, применяемое для измерения температуры в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) дает следующее определение термопары: Термопара -- пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь (измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу.

Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключёнными к клеммам вторичного преобразователя, но вторичный преобразователь измеряет разность их сигналов, таким образом, две термопары вместе измеряют перепад температур между своими рабочими спаями.

1. Принцип измерения температуры термоэлектрическим методом. Конструкция термопары

Первичным преобразователем термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, т.е. на возникновении в замкнутой цепи из двух разнородных проводников электрического тока, в том случае если места спаев имеют разную температуру.

Размещено на http://allbest.ru

Рисунок 1 -Термоэлектрическая цепь из двух разнородных проводников

Спай с температурой t называется горячим или рабочим, спай с температурой t₀- холодным или свободным, а проводники А и В - термоэлектродами.

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металлесвободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов.

Электрическое поле, возникающее в месте соприкосновения проводников, препятствует диффузии электронов, и, когда скорость диффузии электронов станет, равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия.

При таком состоянии между проводниками возникает некоторая разность потенциалов, а следовательно, и ТЭДС. Таким образом, термоЭДС (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, т.е. Е_АВ (t,t₀).

Поддерживая температуру спаев t₀ постоянной, получим

Е_АВ (t,t₀)=f (t).

Это означает, что измерение температуры t сводится к определению ТЭДС термопары. ТЭДС не меняется от введения в цепь термопары третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Следовательно, в цепь термопары можно включать соединительные провода и измерительные приборы.

Требования к материалу для изготовления термопары:

постоянство ТЭДС во времени;

устойчивость к воздействию высоких температур;

возможно большая величина ТЭДС и однозначная зависимость ее от температуры;

небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления и большая электропроводность;

Воспроизводимость термоэлектрических свойств, обеспечивающих взаимозаменяемость термопар.

2. Типы стандартных термопар и диапазоны изменяемых температур для каждого их вида

В соответствии с ГОСТ 6616-94 [3] известны следующие виды термопар.

Таблица 1.1 Виды термопар

3. Применение термоэлектродных проводов и их свойства

термопара провод ток температура

Правильное измерение температуры возможно лишь при постоянстве температуры холодных спаев. Соединительные провода предназначены для удаления холодных спаев термопары на возможно большее расстояние от объекта измерения, т.е. от зоны с меняющейся температурой.

Соединительные провода должны быть термоэлектрическими, подобно термоэлектродам термопары, их целесообразно называть термоэлектродными проводами. Термоэлектродные провода для термопар из неблагородных металлов выполняются из тех же металлов. Для термопар из благородных металлов термоэлектродные провода выполняются из сплава (99,4% Cu + 0,6%Ni).

4. Принцип действия и применяемые материалы

Явление термоэлектричества было открыто в 1823 г. Зеебеком и заключается в следующем. Если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис. 4, а), причем температуру ₁ одного места соединения сделать отличной от температуры _О другого, то в цепи потечет ток под действием ЭДС, называемой термоэлектродвижущей силой S: (термо-ЭДС) и представляющей собой разность функций температур мест соединения проводников:

Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем или иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, -- термоэлектродами, а места их соединения -- спаями.

Термо-ЭДС при небольшом перепаде температур между спаями можно считать пропорциональной разности температур: Е_АВ = S_ABAQ.

Опыт показывает, что у любой пары однородных проводников, значение термо-ЭДС зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температуры вдоль проводников,

Термоэлектрический контур можно разомкнуть в любом месте и включить в него один или несколько разнородных проводников. Если все появившиеся при этом места соединений находятся при одинаковой температуре, то не возникает никаких паразитных термо-ЭДС.

Можно разомкнуть контур в месте контактирования термоэлектродов А и В и вставить дополнительный проводник С между ними (рис. 4,6). Значение термо-ЭДС в этом случае определится как

Е = Е_АВ (₁) + Е_ВС (₀) + Е_СА (о) = Е_АВ (₁) + Е_ВА (₀) =

= Е_АВ (₁) -- Е_АВ (₀),

так как если два любых проводника А и В имеют по отношению к третьему С термо-ЭДС Е_Ас и Е_Вс, то термо-ЭДС термопары А В = Е_АВ = Е_АС + Е_СВ.

Можно разорвать также один из термоэлектродов и вставить дополнительный проводник в место разрыва (рис. 4, в). Значение термо-ЭДС в этом случае будет тем же, что и в предыдущем.

Е = Е_АВ (_х) Ч- Е_вс (₁) + Е_Св (_а) + Е_ВА (_в) = Е_АВ (₁) - Е_АВ (_в).

Таким образом, прибор для измерения термо-ЭДС может быть включен как между свободными концами термопары, так и в разрыв одного из термоэлектродов.

Явление термоэлектричества принадлежит к числу обратимых явлений, обратный эффект был открыт в 1834 г. Жаном Пельтье и назван его именем. Если через цепь, состоящую из двух различных проводников или полупроводников, пропустить электрический ток, то теплота выделяется в одном спае и поглощается в другом. Теплота Пельтье связана с силой тока линейной зависимостью в отличие от теплоты Джоуля, и нагревание или охлаждение спая зависит от направления тока через спай.

Во второй половине XIX в. Томсоном был открыт эффект, заключающийся в установлении на концах однородного проводника, имеющего температурный градиент, некоторой разности потенциалов и в выделении дополнительной тепловой мощности при прохождении тока по этому проводнику. Однако ЭДС Томсона и дополнительная тепловая мощность настолько малы, что в практических расчетах ими обычно пренебрегают.

КПД термоэлектрического генератора зависит от разности температур и свойств материалов и для существующих материалов очень мал (при = 300 °С не превышает = 13%, а при = 100 °С , = 5%).

КПД термоэлектрического подогревателя или холодильника также очень мал: для холодильника КПД при температурном перепаде 5 °С составляет 9%, а при перепаде 40°С -- только 0,6%.

Тепловой баланс охлаждаемого в результате эффекта Пельтье спая определяется уравнением

где П₁₂I -- теплота, поглощаемая в спае за счет эффекта Пельтье; I -- ток через спай; П₁₂ -- коэффициент Пельтье, зависящий от материалов спая; I²R -- выделяющаяся в термоэлементе теплота Джоуля, часть которой поступает на холодный спай; G'e (_нагр -- _0ХЛ) -- тепловой поток, обусловленный разностью температур нагреваемого и охлаждаемого спаев;' G' -- тепловая проводимость термоэлемента;Gе (окр -- охл) -- тепловой поток, возникающий в результате теплообмена между, окружающей средой и охлаждаемым спаем.

Как видно из приведенного уравнения, температура холодного спая будет уменьшаться при увеличении тока за счет эффекта Пельтье, в то же время с увеличением тока увеличивается теплота Джоуля, и эффект нагревания при больших токах снижает эффект охлаждения. Поэтому минимальная температура холодного спая достигается при некотором оптимальном токе.

В измерительной технике термопары получили широкое распространение для измерения температур. Кроме того, полупроводниковые термоэлементы используются как обратные тепловые преобразователи, преобразующие электрический ток в тепловой поток.

Таблица 4.1 Материалы, применяемые для термопар.

В таблице 2 приведены термо-ЭДС, которые развиваются различными термоэлектродами в паре с платиной при температуре рабочего спая ₁ = 100 С и температуре свободных концов ₀ = 0 °С.

Зависимость термо-ЭДС от температуры в широком диапазоне температур обычно нелинейна, поэтому данные таблицы нельзя распространить на более высокие температуры.

При конструировании термопар, естественно, стремятся сочетать термоэлектроды, один из которых развивает с платиной положительную, а другой -- отрицательную термо-ЭДС.

При этом необходимо учитывать также пригодность того или иного термоэлектрода для применения в заданных условиях измерения (влияние на термоэлектрод среды, температуры и т. д.).

Материалы, применяемые в промышленных термопарах, обусловлены ГОСТ 6616--74.

Однако используется и ряд специальных термопар, например при измерениях тепловой радиации, для измерений температуры нагревателей в термоанемометрах и вакуумметра, в термоэлементах термоэлектрических амперметров, вольтметров и ваттметров.

Термопары этого типа работают при сравнительно небольших температурах, но для повышения чувствительности преобразователей мощности в температуру должны обладать минимальной теплоемкостью и минимальным коэффициентом теплоотдачи.

Поэтому такие термопары выполняются из тонкой проволоки диаметром d 5 10 мкм.

Рисунок 4.1 - Чувствительный элемент радиационного пирометра.

Для повышения выходной ЭДС используется несколько термопар, образующих термобатарею. Чувствительный элемент радиационного пирометра.

Рабочие спаи термопар расположены на черненом лепестке, поглощающем излучение; свободные концы -- на массивном медном кольце, служащем токоотводом и прикрытом экраном. Благодаря массивности и хорошей теплоотдаче кольца температуру свободных концов можно считать постоянной и равной комнатной.

Таблица 4.2 Технические характеристики термоэлектрических преобразователей

Заключение

Термоэлектрический термометр -- прибор для измерения температуры, состоящий из термопары в качестве чувствительного элемента и электроизмерительного прибора.

Термоэлектрическим преобразователем, или термопарой, называют два разнородных электропроводящих элемента (обычно металлические проводники, реже полупроводниковые), соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Измерение температуры с помощью термоэлектрического преобразователя основано на термоэлектрическом эффекте: в замкнутой термоэлектрической цепи, составленной из двух разнородных проводников, возникает электрический ток, если два спая (места соединения) проводников имеют разную температуру.

Список используемой литературы

1. «Электрические изменения физических величин» Левшина Е.С. Новицкий П.В.

2. «Электрические измерения неэлектрических велечин» Туричи А.М.

3. «Электрические измерения» Фремке А.М.

4. Сведения из internet

Размещено на Allbest.ru