Термопары. 
Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 1

В основе принципа действия термопар лежит термоэлектрический эффект. Сущность термоэлектрического эффекта заключается в том, что при соединении двух разнородных металлов или полупроводников друг с другом в месте их соединения возникает термо-ЭДС, зависящая от температуры места соединения и вида металлов (полупроводников). Если оба конца двух разнородных проводников или полупровожников, называемых термоэлектродами, соединить друг с другом и если температура точки соединения обоих концов 0_: превышает температуру точки соединения других концов 0₂, то в цепи возникает термо-ЭДС Е_е, являющаяся функцией температур 0_Х и 0₂:

где ?₀₁ и Е_е2 — термо-ЭДС точек соединения, имеющих соответственно температуры 0j и 0₂.

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

При неизменной температуре одного спая (0₂ = const) E_Q2 — константа, тогда.

Эта зависимость используется для измерения температуры в термоэлектрических измерительных преобразователях.

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.

Для измерения термо-ЭДС Е₀ применяют электроизмерительный прибор —милливольтметр или потенциометр. Точка соединения термоэлектродов 1 называется рабочим концом термопары, точки 2, 2' — свободными концами (рис. 10.10).

Чтобы термо-ЭДС в цепи термопары однозначно определялась температурой рабочего конца 0_р, необходимо поддерживать температуру свободных концов 0_С термопары одинаковой и неизменной.

Устройство, состоящее из термопары, линии связи и электроизмерительного прибора или потенциометра, называется термоэлектрическим термометром.

Для измерения высоких температур (до 1300°С), а также при измерениях с высокой точностью применяются термопары из благородных металлов, преимущественно платино-платинородиевых. Погрешность от нестабильности характеристик платино-платинородиевой термопары составляет около 0,1—0,2%. Термопары из неблагородных металлов — хромель-алюмелевых, хромель-капелевых и др. — дешевы и более чувствительны, чем термопары из благородных металлов, но уступают им в стабильности характеристик и рассчитаны на измерение более низких температур (до 900 °C и до 600 °C соответственно).

Примеры обозначений термопар: ТХА 9311, ТХК 9902, ТПП 0201.

Рис. 10.10. Схема включения прибора в цепь термопары.

Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры. Они гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний день хорошо изучена и описана в специальной литературе. К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах.