Термоэлектрлік термометрлер
Термоэлектрлік эффект. 1822 жылы Прусс ғылым академиясында неміс ғалымы, физигі Томас Иоганн Зеебек жасаған баяндамасы жарық көрді. Осы мақала термоэлектрлік құбылысты зерттеу жұмысына себебші болды. Термоэлектрлік эффектің мәнісін төмендегідей түсіндіруге болады. Әр текті екі сымдардың бір-бірімен жалғанған жерлерінің температуралары тең болмаған жағдайда, осы тұйық тізбектің жанында орналасқан магниттің тілі тепе-теңдік қалпынан ауытқыған.
Сол ауытқу бұрышының шамасы тұйық тізбектің екі жерінен (11.2.сурет) жалғанған (t,to) нүктелерінің температураларының айырмасына тәуелді екендігі анықталынған.
Бұл эффект кейіннен Зеебектің атымен аталынған. Термоэффектік құбылысты физика тұрғысы-нан түсіндіретін болсақ, әртекті металдарда Ферми деңгейлерінің айырмашылықтарының болуының нәтижесінде, бір-бірімен тұйықталынған жағдайда потенциалдар айырмашылыға пайда болады.
Сонымен қатар әртекті металдарда электрондардың тығыздығы да әртүрлі. Бір жағынан электрондардың концентрациясы да температураға байланысты. Тізбектегі температуралар айырмашы-лығына сәйкес электрондар диффузиясының салдарынан электрлік өріс пайда болады. Сондықтан ТЭҚК мәні сымдардың бір-бірімен тұйықталынған нүктелеріндегі потенциалдар мен электрондардың диффузиясының нәтижесінде пайда болған потенциалдар айырмашалықтарының қосындысына тең.
|
|
|
Тізбектегі екі текті сымдардың тұйықталынған нүктелеріндегі температураның мәндері бір-біріне тең болған жағдайда:
(11.4)
сондықтан тізбектегі ТЭҚК мәні нөлге тең, яғни:
(11.5)
Егер t≠to, онда ТЭҚК шамасы нөлге тең болмайды:
(11.6)
Қорытынды ТЭҚК мәні сол әр текті өткізгіштердің тұйықталынған нүктелерінің (t, to) температураларының айырмашылығына тәуелді келеді. Объектің температурасы мен өзгерткіште, сол температураның өзгеруіне байланысты пайда болатын ТЭҚК арасындағы бірыңғай тәуелділікті to мәні тұрақты болған жағдайда ғана байқауға болады.
| b |
| a |
| to |
| t |
| to |
T
11.2.сурет. Термоэлектрлік тізбек.
Ол үшін термоэлектрлік тізбектің (11.2.сурет) суық нүктесін ажыратып өлшеу құралына қосатын үшінші сымды жалғаған жөн. Осы жалғаған үшінші сым «ТЭҚК шамасына әсері бар ма?»- деген сауалға жауап алу үшін төмендегі теңдікке жүгінейік.
|
|
|
Үш сымнан тұратын, барлық тұйықталынған нүктелеріндегі температураларының мәндері бірдей, термоэлектрлік тізбектегі ТЭҚК шамасы:
(11.7)
болмаса:
(11.8)
Егерде үшінші с сымының әр текті өткізгішке қосылған нүктесінің температурасы, оның «ыстық» нүкте деп аталынатын тұйықталанған нүктедегі температурадан (t) айрықша болса, онда:
(11.9)
11.9 теңдеуінен:
(11.10)
келтіруге болады.
Қорыта келгенде (11.9) теңдеуін төмендегіше түрлендіруге болады:
(11.11)
| c |
| c |
| to |
| to |
| a |
| b |
| t |
11.3.сурет.Сезгіш элементті үшінші сым арқылы өлшеу құралына қосу.
|
|
|
11.4.сурет. ПГ Метран фирмасының ТХАУ Метран -271 темоэлектр өзгерткіші. 1- өзгерткіш; 2- әр текті екі сым орналасқан метал қорап; 3 - Honeywell (АҚШ) фирмасының DPR 180 сандық өлшеу құралы.
Кедергі термометрі
Температураның өзгеруіне байланысты металдардың электрлік кедергілері өзгереді. Металдардың электрлік кедергілері мен температураның арасындағы тәулділік сол өзгерткіштерде бос электрондардың болуынан деп тұжырымдайды. Температура төмендегенде өзгерткіштердің кедергілері азайып, ал жартылай өзгерткіштердің кедергілері арта түсетіндігі белгілі. Температура жоғарылаған сайын өзгерткіштердің электрлік кедергілері арта түссе, жартылай өзгерткіштердің кедергілері керісінше азайып кетеді.
Өзгерткіштердің кедергісі мен температураның арасындағы байланысты төмендегідей теңдікпен сипаттауға болады.
(13.1)
Бұл теңдік (13.1) мыстан жасалынған сезгіш элементтерге тиесілі. Платинадан жасалынған сезгіш элементтерге бұл теңдік төмендегідей:
|
|
|
(13.2)
13.1.сурет. Кедергі термометрлік сезгіш элементтер.
мұндағы 
өзгерткіштердің 0 және 
кедергілерінің мәндері; 
температуралық коэффициент, К-1 .
13.2.сурет. ПГМетран (Россия)фирмасының температура өлшейтін сегіш элементі.
Бірақ та жоғарыда келтірілген теңдіктер (12.1), (12.2) көптеген материалдардың кедергілері мен объектінің температурасының арасындағы түзу сызықтық байланысты қанағаттандырмайды. Сондықтан да 
шаққанда 0 мен 
арасында, салыстырмалы түрде өзгеретін кедергі ұсынылды:
(13.3)
Кедергі сезгіз элеметтер арнайы метал материалдарынан жасалынады. Мысалыға, мыстан, платинадан, никелден т.б., металдардан жасалынады. Мыстан жасалынған термоөзгерткіштер төменгі температураларды өлшеуге қолданатын болса, платинадан жасалынған термоөзгерткіштер жоғарғы температураның мәндерін өлшеуге мүмкіншілік береді. Бірақ та өте жоғарғы температураны өлшегенде платинадан жасалынған сезгіш элементтер буға айналуы және тез арада ластануы мүмкін. Сондықтан платинадан жасалынған сезгіш элементтерге ұзақ уақыт үздіксіз жоғарғы температура әсер етсе, платина өзінің метрологиялық қасиеттерін жоғалтуы мүмкін.
Біздің елде, Ұлыбританияда, Жапонияда, және Болгарияда, Румынияда температуралық коэффициенттері 
платинадан жасалынған термоөзгерткіштер қолнанылса, АҚШ, Германияда, Францияда, Италияда, Канадада және Польшада 
платинадан жасалынған термоөзгерткіштер пйдалануда.
Платинадан жасалынған сезгіш элементтердің көмегімен 1100 оС дейінгі аралықтардағы температуралардың мәнін белгілі бір дәлдікпен өлшеуге мүмкіншілік бар.
Соңғы 
кездері никелден мыстан 
жасалынған сезгіш элементтер технологиялық параметрлерді өлшеуге қолданылуда. Бұл сегіш элементтер арқылы 200-300 оС дейін өзгеретін температуралардың мәндерін өлшеуге болады. Вольфрам, молибден сияқты металдардан жасалынған сезгіш элементтердің көмегімен 1000оС жоғарғы температураларды өлшеуге болады.
Жыл сайын өлшеу құралдарын шығаратын фирмалар мыңдаған температура өлшейтін сезгіш элементтер шығаратындықтан оларды бір жүйеге, стандартқа келтіру қажет. Техникалық және метрологиялық параметрлерді реттейтін құжат Халықаралық электротехникалық комиссияның (ХЭК) 751-83 жариялауы болып табылады.
Honeywell (АҚШ) фирмасының кедергі сезгіш элементтері STT 250 болса -200..., +450 oC аралығында 0.025% дәлдікпен температураны өлшейді де, 4-20мА электрлік стандартты сигналды өлшеу құралдарына және электронды басқару машиналарына жеткізеді. Ал, STT 350 сезгіш элементі болса, STT 250 қарағанда өлшеу мүмкіншіліктері мен басқа да сипаттамалары өте жоғары болып келеді. Мұндай сезгіш элементтерді тікелей ЭБМ қосуға болады. Себебі, сегіш элементтен, объектің температурасының өзгеруіне байланысты, стандартты электрлік (4-20мА) сигнал шығады. Сонымен қатар, сыртқы ортаның температурасының өзгеруін ескеріп, қателердің шамасын азайта түседі.
Siemens фирмасының Sitrans T сезгіш элементтерінің температураны өлшеу мүмкіншіліктері -50...,+600 оС аралығында жатыр. Бұл фирманың сезгіш элементтерінің номиналды статикалық сипаттамалары Pt100, Pt500, Ni100, Ni120 болып келеді.
Sitrans TW кедергі сезгіш элементі болса,
-200..., +850 оС аралығындағы объектің температурасын ± 1% дәлдікпен өлшейді. Номиналды статикалық сипаттамасы болса, Pt10, Pt50, Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000, Ni50, Ni100, Ni120, Ni1000 тең.
Сонымен қатар Siemens фирмасы SitransT3K PA (PROFIBUS), Sitrans TK-L, Sitrans TK/TK-H, Sitrans TF атты сезгіш элементтерді қолдануға ұсынады. Бұл сезгіш элементтерден шығатын электр сигналдарының мәндері де стандартты 4-20 мА тең.
Fisher-Rosemount фирмасының интеллек -
туалды 3144 және 3244MV сезгіш элементтерінің өлшеу шектері:
· Pt100 сезгіш элементікі -200-тен +850 оС дейін;
· Pt200 сезгіш элементікі -200-тен +850 оС дейін;
· Pt500 сезгіш элементікі -200-тен +850 оС дейін;
· Ni120 сезгіш элементікі -70-тен +300 оС дейін;
· Cu10 сезгіш элементікі -50-тен +250 оС дейін.
Осы аралықтағы температураларды ±0.02% дәлдікпен өлшеуге мүмкіншілік береді. Электр схемаларында қолданатын сандық технологияның көмегімен өлшенетін сигналдар үлкен дәлдікпен өлшенеді. Бұл сезгіш элементтер болса HART (Highway Addressable Remote Transducer) протоколы негізінде байланыста. HART коммутаторының көмегімен сезгіш элементтердің және температуралық шкаланың түрлерін (Фарангейт, Цельсий, Кельвин, Рэнкин) таңдап алуға болады. Шығу сигналы 4-20 мА.
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 26; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!