Термоэдс

Рекомендации по эксплуатации

Точность и целостность системы измерений на основе термопарного датчика может быть увеличена, если соблюдать определенные условия. Не допускать вибраций и механических натяжений термопарных проводников. При применении миниатюрной термопары из тонкой проволоки. Необходимо применять ее только в контролируемом месте, а за этим местом следует применять удлинительные проводники. Рекомендуется применять проволоку большого диаметра, не изменяющую температуру измеряемого объекта. Использовать термодатчик только в интервале рабочих температур.

Таблица – Градуировка и проверка термопар.

Избегать резких перепадов температуры по длине термодатчика. При работе с длинными термодатчиками и удлинительными проводниками, необходимо соединить экран вольтметра с экраном провода. Для вспомогательного контроля и температурной диагностики используют специальные температурные датчики с 4-мя термоэлектродами, позволяющими выполнять вспомогательные температурные измерения, сопротивления, напряжения, помех для проверки надежности и целостности термопар.

Проводить электронную запись событий и постоянно контролировать величину сопротивления термоэлектродов. Применять удлиняющие проводники в рабочем интервале и при наименьших перепадах температур. Применять качественный защитный чехол для защиты термопарных проводников от вредных условий.

Открытие Томаса Иоганна Зеебека

В 1821 году эстонско-немецкий физик Томас Зеебек провел один любопытный эксперимент: он соединил между собой две пластины, которые были изготовлены из разных материалов (висмут и медь) в замкнутый контур. Затем он нагрел один из контактов. Ученый наблюдал, что магнитная стрелка компаса, который находился поблизости от проводящего контура, начала изменять свое направление. В итоге ученый решил, что два материала (медь и висмут) поляризуются по-разному в результате действия тепла, поэтому определил открытый эффект как термомагнитный, а не термоэлектрический.

Впоследствии уже датский ученый Ханс Эрстед дал правильное объяснение открытому Зеебеком эффекту, назвав его термоэлектрическим процессом.

Термо-ЭДС в эффекте Зеебека:

Появление термо-ЭДС в эффекте Зеебека обусловлено тремя причинами:

1) температурной зависимостью уровня Ферми, что приводит к появлению контактной составляющей термо-ЭДС;

2) диффузией носителей заряда от горячего конца к холодному, определяющей объемную часть термо-ЭДС;

3) процессом увлечения электронов фононами, который дает еще одну составляющую – фононную.

Величина термо-ЭДС зависит от абсолютных значений температур горячего и холодного контактов (T₁, T₂), разности этих температур и от природы материалов, составляющих термоэлемент.

В небольшом интервале температур термо-ЭДС (Е) определяется по следующей формуле:

Е = α₁₂·(T₂-T₁),

где:

α₁₂ – термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термо-ЭДС) металла 1 по отношению к металлу 2, который является характеристикой обоих металлов термопары. Измеряется в мкВ/К (микровольт/кельвин).

Соответственно исходя из коэффициента термо-ЭДС определяется направление движения термотока. Термоток течет от металла с меньшим значением, к металлу с большим значением.

Значение термо-ЭДС металлов и их сплавов очень мала (порядка нескольких мкВ/К). Для полупроводников термо-ЭДС может превышать 1000 мкВ/К.

Значения коэффициента α (термо-ЭДС) металлов и сплавов по отношению к Pb (свинцу):

* Знак «+» указывает, что ток течет от Рb к дан­ному металлу через более нагретый спай, а знак «-» – через холодный спай.

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Найти что-нибудь еще?

карта сайта

Коэффициент востребованности
151

Где используют этот эффект

Самым популярным направлением его использования являются инструменты для измерения температуры, которые называются термопарами. Если температура одного конца термопары известна (комнатная), то, погрузив ее второй конец в тело, температуру которого следует определить, и измеряя при этом полученную ЭДС, можно легко найти неизвестную величину.

Согласно последним новостям, две немецких автомобильных компании (Volkswagen и BMW) заявляют, что начали применять этот эффект для повышения КПД бензинового двигателя. Идея заключается в использовании выбрасываемого из выхлопной трубы тепла для генерации термоэлектричества. По заявлениям представителей этих компаний, таким способом они уже смогли уменьшить расход бензина на 5 %.

Серия зондов «Вояджер», миссия которых заключается в изучении окружающего нас космоса, использует для питания своей электроники эффект Зеебека. Дело в том, что солнечные батареи за пределами орбиты Марса использовать нельзя ввиду низкой плотности энергии от Солнца. На борту «Вояджера» установлен термоэлектрический генератор на изотопах плутония: радиоактивный оксид плутония распадается с выделением теплоты, которая используется парой полупроводниковых материалов (SiGe) для преобразования в электричество.

Анализ поведения на термоэлектрические устройства

С целью оценки характеристик термоэлектрических материалов в обращение введена так называемая безразмерная единица добротности. Показатель добротности определяется уравнением:

ZT = ꝍS2T / k

где σ, S, k – это электропроводность, коэффициент Зеебека, теплопроводность материала, соответственно.

Следовательно, качественный термоэлектрический материал должен иметь высокие значения, как электропроводности, так и коэффициента Зеебека, но низкие значения теплопроводности.

Высокая электрическая проводимость уменьшает джоулевую теплоту и увеличивает генерируемое термоэлектрическое напряжение. Одновременно низкая теплопроводность способствует снижению передачи тепла между спаями. Термоэлектрическое устройство состоит, как правило, из термоэлектрических пар, содержащих материалы p-типа и n-типа.

Пример на современные термоэлектрические устройства: 1 — торцевая крышка; 2 — биметаллическая заглушка заправочной горловины; 3 — точка подъёма GSE; 4 — корпус алюминий; 5 — рёбра охлаждения; 6 — термоэлектрический модуль; 7 — интерфейс платы GPHS; 8 — торцевая крышка; 9 — изоляция; 10 — разъём в сборе; 11 — источник тепла; 12 — петля охлаждения; 13 — источник тепла линии изоляции; 14 — гелевый вентилятор; 15 — воздуходувные меха

Обладающий большим коэффициентом Зеебека материал, обычно имеет высокую эффективную массу и низкую концентрацию носителей. Именно по этой причине полупроводники имеют большие коэффициенты Зеебека по сравнению с металлами.

Выбор термоэлектрического материала зависит от добротности, которая, в свою очередь, зависит от коэффициента Зеебека и проводимости. Металлы обладают высокой электропроводностью, но имеют относительно низкий коэффициент Зеебека, что сопровождается низкой добротностью.

Следовательно, металлы нельзя считать удачными материалами для термоэлектрических устройств. С другой стороны, изоляторы обладают высоким коэффициентом Зеебека, но демонстрируют крайне низкую электропроводность. Это также сопровождается малой добротностью, что делает изоляторы непригодными для термоэлектрических устройств.

Между тем, полупроводники, в отличие от изоляторов и металлов, обладают высокими показателями добротности. Обусловлено это, как высокой электропроводностью полупроводников, так и относительно высоким коэффициентом Зеебека. Таким образом, полупроводники следует рассматривать наиболее подходящими элементами термоэлектрических устройств.

При помощи информации: NIU

КПД процесса

Это самый интересный и актуальный вопрос, который касается рассмотренного термоэлектрического эффекта. Если, приложив разность температур к цепи, можно получать электричество, тогда это явление можно использовать вместо распространенных генераторов, основанных на электромагнитной индукции. Этот вывод верен, если КПД эффекта Зеебека достаточно высок.

Для оценки КПД принято использовать следующее выражение:

Здесь ρ — удельное электрическое сопротивление, λ — коэффициент теплопроводности, Z — фактор эффективности термоэлектрического явления.

Понять это выражение несложно: чем больше коэффициент Зеебека, чем выше подвижность носителей заряда (меньше сопротивление) и чем меньше теплопроводность материала (она способствует выравниванию градиента температуры за счет переноса заряда и за счет движения фононов решетки), тем будет выше производительность цепи как генератора электричества.

Значения Z*T для металлов обычно невысоки, поскольку величина λ является большой. С другой стороны, изоляторы также нельзя использовать из-за их огромных значений ρ. Золотой серединой стало применение полупроводников.

В настоящее время для разных температур получены значения Z*T≈1, что означает следующее: примерно 10 % от затрачиваемого тепла переходит в электрическую энергию (КПД = 10 %). Чтобы этот эффект по эффективности выработки электричества мог конкурировать с современными способами его получения, необходимо разрабатывать материалы, для которых Z*T будет составлять 3-4.

Термопара.

Если материалы цепи рис. 2 однородны, то термо-ЭДС зависит только от выбранных материалов и от температур спаев. Это экспериментально установленное положение, называемое законом Магнуса, лежит в основе применения т.н

термопары устройства для измерения температуры, которое имеет важное практическое значение. Если термоэлектрические свойства данной пары проводников известны и один из спаев (скажем, с температурой T

1 на рис. 2) поддерживается при точно известной температуре (например, 0° C, точке замерзания воды), то термо-ЭДС пропорциональна температуреT 2 другого спая. Термопарами из платины и платино-родиевого сплава измеряют температуру от 0 до 1700° C, из меди и многокомпонентного сплава константана от -160 до +380° C, а из золота (с очень малыми добавками железа) и многокомпонентного хромеля до значений, лишь на доли градуса превышающих абсолютный нуль (0 К, или -273,16° C).

Термо-ЭДС металлической термопары при разности температур на ее концах, равной 100° C, величина порядка 1 мВ. Чтобы повысить чувствительность измерительного преобразователя температуры, можно соединить несколько термопар последовательно (рис. 5). Получится термобатарея, в которой один конец всех термопар находится при температуре T

1, а другой при температуреT 2. Термо-ЭДС батареи равна сумме термо-ЭДС отдельных термопар.

Поскольку термопары и их спаи могут быть выполнены небольшими и их удобно использовать в самых разных условиях, они нашли широкое применение в устройствах для измерения, регистрации и регулирования температуры.

Термоэлектрическое производство

Можно производить термоэлектрические материалы, которые преобразуют тепло в термоэлектричество без механических частей или движения. Но до недавнего времени потенциал производства электроэнергии был настолько низким, что не считался прибыльным в крупных масштабах или для крупных производств. Он был зарезервирован для дорогого атомного штабеля из космических зондов , или питаний маленьких, тихие «двигателей».

В 2015 году результаты исследований итальянских и швейцарских ученых, проведенных в Генуе, Женеве и Кальяри в сотрудничестве с итальянскими исследовательскими институтами, были опубликованы журналом Nature Communications . Они предлагают гораздо более высокие выходы благодаря использованию определенных оксидов с очень хорошими коэффициентами преобразования энергии, которые также являются термостойкими и нетоксичными. Испытания позволили получить рекордные значения термоэлектричества при низких температурах. В будущем тепловые машины, автомобильные двигатели или компьютерные процессоры смогут преобразовывать тепло, которое они рассеивают и теряют, в электричество.

Среди испытуемых веществ (которые также должны иметь определенные характеристики с точки зрения тепловой проводимости и электрической проводимости ) также появляются халькогенидов и оксидов молибдена и особенно двух оксидов LaAlO3 и SrTiO3 .
По словам Жан-Марка Трискона (из UNIGE), специалиста по границам раздела между оксидами, «таким удивительным образом они указывают на присутствие электронов, захваченных в материале» , электронное состояние, которое давно искали, но никогда не наблюдали точно. Даниэле Марре из Университет Генуи и связанный с CNR-SPIN. Теоретическая модель интерпретации такого поведения атомов была разработана командой Алессио Филиппетти из CNR-IOM в Кальяри.

Полные термоэлектрические уравнения

Часто в работе реального термоэлектрического устройства задействовано несколько из перечисленных выше эффектов. Эффект Зеебека, эффект Пельтье и эффект Томсона могут быть собраны вместе последовательным и строгим способом, описанным здесь; это также включает эффекты джоулева нагрева и обычной теплопроводности. Как указано выше, эффект Зеебека генерирует электродвижущую силу, приводящую к уравнению тока

Jзнак равноσ(-∇V-S∇Т).{\ displaystyle \ mathbf {J} = \ sigma (- {\ boldsymbol {\ nabla}} VS \ nabla T).}

Чтобы описать эффекты Пельтье и Томсона, мы должны рассмотреть поток энергии. Если температура и заряд изменяются со временем, полное термоэлектрическое уравнение для накопления энергии,, имеет вид
е˙{\ displaystyle {\ dot {e}}}

е˙знак равно∇⋅(κ∇Т)-∇⋅(V+Π)J+q˙доб,{\ displaystyle {\ dot {e}} = \ nabla \ cdot (\ kappa \ nabla T) — \ nabla \ cdot (V + \ Pi) \ mathbf {J} + {\ dot {q}} _ {\ text { ext}},}

где — теплопроводность . Первый член — , а второй член показывает энергию, переносимую токами. Третий член — это тепло, добавляемое от внешнего источника (если применимо).
κ{\ displaystyle \ kappa}q˙доб{\ displaystyle {\ dot {q}} _ {\ text {ext}}}

Если материал достиг устойчивого состояния, распределения заряда и температуры стабильны, поэтому и . Используя эти факты и второе соотношение Томсона (см. Ниже), уравнение теплопроводности можно упростить до
е˙знак равно{\ displaystyle {\ dot {e}} = 0}∇⋅Jзнак равно{\ Displaystyle \ набла \ cdot \ mathbf {J} = 0}

-q˙добзнак равно∇⋅(κ∇Т)+J⋅(σ-1J)-ТJ⋅∇S.{\ displaystyle — {\ dot {q}} _ {\ text {ext}} = \ nabla \ cdot (\ kappa \ nabla T) + \ mathbf {J} \ cdot \ left (\ sigma ^ {- 1} \ mathbf {J} \ right) -T \ mathbf {J} \ cdot \ nabla S.}

Средний член — это джоулев нагрев, а последний член включает эффекты Пельтье ( на стыке) и Томсона ( в температурном градиенте). В сочетании с уравнением Зеебека для , это можно использовать для определения стационарных профилей напряжения и температуры в сложной системе.
∇S{\ displaystyle \ nabla S}∇S{\ displaystyle \ nabla S}J{\ displaystyle \ mathbf {J}}

Если материал не находится в устойчивом состоянии, полное описание должно включать динамические эффекты, такие как относящиеся к электрической емкости , индуктивности и теплоемкости .

Термоэлектрические эффекты выходят за рамки равновесной термодинамики. Они обязательно включают непрерывные потоки энергии. По крайней мере, они включают в себя три тела или термодинамические подсистемы, расположенные определенным образом, вместе с особым расположением окружения. Эти три тела — это два разных металла и область их соединения. Область сочленения представляет собой неоднородное тело, считающееся стабильным, не подвергающимся слиянию за счет диффузии вещества. Окрестности устроены так, чтобы поддерживать два резервуара температуры и два резервуара электрического тока. Для воображаемого, но не возможного термодинамического равновесия, теплопередача от горячего резервуара к холодному должна быть предотвращена за счет специально согласованной разности напряжений, поддерживаемой электрическими резервуарами, а электрический ток должен быть равен нулю. Фактически, для установившегося состояния должна быть хотя бы некоторая теплопередача или некоторый ненулевой электрический ток. Два режима передачи энергии — тепло и электрический ток — можно различить, когда есть три отдельных тела и определенное расположение окружения. Но в случае непрерывного изменения среды теплопередачу и термодинамическую работу нельзя однозначно различить. Это сложнее, чем часто рассматриваемые термодинамические процессы, в которых связаны всего две соответственно однородные подсистемы.

Свойства материалов

Напомним себе, что трибоэлектрическая плотность заряда напрямую зависит от нескольких факторов: трибоэлектрического ряда (чем дальше друг от друга вещества, тем лучше они взаимодействуют, в ролике выше это упоминается), структурирования трибоэлектрических поверхностей, площади контакта под воздействием прилагаемой силы и от факторов окружающей среды.

Для проверки того что и как на что влияет была использована DDEF модель при синусоидальном движении (частота = 1 Гц, амплитуда = 1 мм), при этом параметры устройства совпадают с теми, что в практическом эксперименте.

Анализ данных показывает, что показатель выходной мощности возрастает при увеличении плотности заряда. При этом внутренний импеданс не меняется при изменении плотности заряда.

А вот изменения параметров в окружающей среде, таких как влажность, температура и давление, естественно, влияют на плотность заряда, делая этот показатель нестабильным. Если же устройство работает в контролируемой среде, то удается сохранить стабильность этого показателя. Конечно, это весьма печально, так как на практике мы не будем пользоваться своими устройствами только в определенных условиях. Посему этот момент также отправлен учеными на дальнейшую доработку и исследование.

Также ученые отмечают, что данный теоретический эксперимент хоть и показывает яркие взаимосвязи, но на практике крайне сложен в реализации, поскольку изменение какого-то параметра материала в реальности означает замену самого материала, а это значит и изменение всех других свойств.

Применение

Элементы Пельтье можно использовать везде, где требуется охлаждение с небольшой разницей температур или без экономических требований. Термоэлектрические элементы используются, например, в холодных ящиках , в которых использование холодильной машины запрещены по соображениям пространства или не было бы выгодно , так как требуемая мощность охлаждения невелика. Разница температур внутри и снаружи просто возникает неконтролируемым образом. КПД низкий. Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, малогабаритных автомобильных холодильниках, охлаждаемых банкетных тележках, применяемых в общественном питании, так как применение компрессорной холодильной установки в этом случае невозможно или нецелесообразно из-за габаритных ограничений, и, кроме того, требуемая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счет этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приемников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30—40 градусов ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 °C для одностадийных холодильников и до −120 °C для двухстадийных).

Некоторые энтузиасты используют модуль Пельтье для охлаждения процессоров при необходимости экстремального охлаждения без азота. До азотного охлаждения использовали именно такой способ.

«Электрогенератор Пельтье» (более корректно было бы «
генератор зеебека », но неточное название устоялось) — модуль для генерации электричества, термоэлектрический генераторный модуль, аббревиатура GM, ТGM. Данный термогенератор состоит из двух основных частей:

1. непосредственно преобразователь разницы температур в электричество на модуле Пельтье,
2. источник тепловой энергии для нагрева преобразователя (например, газовая или бензиновая горелка, твердотопливная печь и т. д.)

Основа исследования

Главной задачей исследования стало обозначение свойств и характеристик наногенераторов на базе трибоэлектрического эффекта, а также теоретическое обоснование проблем реализации подобной технологии.

Схема TENG.

Исследователи указывают на то, что в TENG присутствует минимум одна непроводящая трибоэлектрическая поверхность, из-за чего его внутренний импеданс (полное сопротивление) довольно высок. А при движении трибоэлектрических слоев он может еще больше возрасти. Как следствие, эффективно извлекать необходимую мощность из TENG через внешнюю нагрузку можно только в случае высокого нагрузочного сопротивления. Подавляющее большинство устройств не соответствуют таким требованиям, из-за чего внушительная доля потенциально полезной мощности будет утеряна, ввиду несоответствия импеданса.

Ученые утверждают, что понимание характеристик преобразования энергии и передачи мощности на базе изменений импеданса является основой для совершенствования TENG-устройств.

Описание

Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников, называется термоэлементом или термопарой.

Величина возникающей термо-ЭДС в первом приближении зависит только от материала проводников и температур холодного (T1{\displaystyle T_{1}}) и горячего (T2{\displaystyle T_{2}}) контактов.

В небольшом интервале температур термо-ЭДС E{\displaystyle E} можно считать пропорциональной разности температур:

E=α12(T2−T1),{\displaystyle E=\alpha _{12}(T_{2}-T_{1}),}

где α12{\displaystyle \alpha _{12}} — термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термо-ЭДС).

В простейшем случае коэффициент термо-ЭДС определяется только материалами проводников, однако в общем случае он зависит и от температуры, и в некоторых случаях с изменением температуры α12{\displaystyle \alpha _{12}} меняет знак.

Более корректное выражение для термо-ЭДС:

E=∫T1T2α12(T)dT.{\displaystyle {\mathcal {E}}=\int \limits _{T_{1}}^{T_{2}}\alpha _{12}(T)dT.}

Величина термо-ЭДС составляет единицы милливольт на 100 °С разности температур спаев. Например, пара медь-константан даёт 4,28 мВ/100 °С, хромель-алюмель — 4,1 мВ/100 °С.

Многокаскадные термоэлектрические модули

Многокаскадные модули применяются в системах глубокого охлаждения, холодильниках с большим перепадом температур, системах охлаждения научных, исследовательских и специальных приборов. Также используются для охлаждения ИК фотоприемников, детекторов рентгеновского излучения и других датчиков.

Основные области применения:

• охлаждение матриц и ИК фотоприемников
• камеры холода и замораживатели
• термостаты
• научные лабораторные приборы
• термокалибраторы
• ступенчатые охладители
• охладители и термостабилизаторы датчиков различного назначения
• приборы ночного видения

Технологические особенности

Для верхних каскадов многокаскадных модулей мы используем оптимизированный термоэлектрический материал, который позволяет получать большую величину ?Т при меньшем количестве каскадов. Это позволяет производить многокаскадные модули с оптимальными весо-габаритными характеристиками и низким энергопотреблением.

Мы также предлагаем нашим заказчикам термоэлектрические модули установленные или непосредственно интегрированные в стандартные — ТО (ТО3, ТО8 и др.), HHL, DIL, butterfly или специальные корпуса.

Таблица используемых сокращений

Частота

График выше (а) это сравнение пиковых показателей мощности теоретической модели DDEF (зависимое от расстояния электрическое поле) и теории TENG-слоев при разной частоте (от 0.1 Гц до 1000 Гц). В свою очередь график (b) показывает сравнение данных модели DDEF, теории TENG-слоев плюс экспериментальных данных, полученных опытным путем при частоте от 0.1 Гц до 10 Гц.

Получается, что способы, простые и эффективные, для увеличения частоты, а следовательно и выходной мощности, есть. Однако стоит отметить, что частота также не может быть больше определенного уровня (10 ГГц), что связано с диэлектрическими потерями, возникающими при больших частотах.

Архитектура экспериментальной установки

Существует несколько механизмов работы наногенераторов. В данном исследовании использовалась вертикальная контактно-сепарационная модель.

Схема трибоэлектрических слоев.

На схеме выше мы видим 2 TENG-слоя с положительным и отрицательным зарядами. Каждый слой состоит из нескольких компонентов: основа из In2O3/Ag/Au (синий подслой), ПЭТ — полиэтилентерефталат (оранжевый подслой) и PDMS (ПДМС) — полидиметилсилоксан (зеленый подслой). Размер слоев составил 50 х 50 мм, а толщина 0.22 мм первого и 0.2 мм второго слоя.

Трибоэлектрическая плотность заряда составила 40.7 мкКл/м-2 (мкКл — микрокулон). А диэлектрическая проницаемость равнялась: 3.24ε0 для первого слоя и 3.3ε0 для второго, где ε0 это диэлектрическая проницаемость пустого пространства.

Внешний вид экспериментальной установки.

Установка, представленная на снимке выше, состоит из линейного двигателя, подвижной базы, изоляторов, двух TENG-слоев, датчика нагрузки и электрических соединений.

Данная установка располагалась в помещении с температурой 20˚C и относительной влажностью 55% (чем ниже влажность, тем лучше происходит передача зарядов, что говорилось в видео). Мотор позволял слоям соприкасаться с определенной периодичностью. Чем больше таких соприкосновений (трений), тем выше показатель плотности заряда. Всего было произведено 3000 соприкосновений слоев в данном эксперименте.

Термопара принцип действия термопреобразователя сопротивления ТСПТ (ТСМТ)

Термопреобразователи сопротивления ТСПТ (ТСМТ) с двухпроводной схемой подключения изготавливаться только с классом допуска В или С и имеют ограничения по монтажным длинам и длинам удлинительных проводов. В соответствии с требованиями ГОСТ 6651-2009, для датчиков с двух проводной схемой подключения, сопротивление внутренних проводов не должно превышать 0,1% номинального сопротивления ТС при 0°С. В связи с этим для различных НСХ присутствуют ограничения по монтажным длинам:

– для датчиков с клеммной головкой максимальная монтажная длина составляет Lmax= (500÷1250) мм в зависимости от конструктивной модификации,
– для датчиков с удлинительным проводом, максимальная длина провода составляет ℓ max= (500÷1000) мм в зависимости от конструктивной модификации.

Датчики с трех- и четырехпроводной схемой подключения, в зависимости от конструктивных модификаций, изготавливаются по классу допуска АА, А, В, С. При изготовлении ограничения по монтажным длинам и длинам удлинительных проводов отсутствуют. Следует учитывать, что у вторичных приборов, к которым подключаются датчики, могут существовать ограничения по входному сопротивлению измерительной линии, которая в свою очередь зависит от длины провода датчика.

Таблица 1. Номинальное сопротивление R0

Неопределенность измерений термометров сопротивления

Термопреобразователь сопротивления может быть признан годным изготовителем (или поверочным центром), если отклонение сопротивления ТС от НСХ с учетом расширенной неопределенности измерения в лаборатории изготовителя или поверителя, рассчитанное в эквиваленте температуры (R–Rнсх ± Uпр)/(dR/dt), находится внутри интервала допуска ±Δt (см. ТС № 1 на рис. 3).

Термопреобразователь сопротивления может быть забракован потребителем только в том случае, если отклонение сопротивления ТС от НСХ с учетом расширенной неопределенности измерения в условиях использования термометра потребителем, рассчитанное в эквиваленте температуры (R–Rнсх ± Uпотр)/(dR/dt), находится полностью вне интервала допуска ±Δt.

Такое правило приемки с одной стороны снижает риск потребителя, который может приобрести некачественный термометр сопротивления только по причине больших погрешностей измерений на производстве, с другой стороны, это правило стимулирует изготовителя использовать при приемке термометров высокоточное измерительное оборудование. Правило также является очень важным при установлении брака Заказчиком, т. к. Заказчик тоже обязан оценить неопределенность своих измерений и уже после этого предъявлять претензии к изготовителю.

Объем и последовательность первичной и периодической поверок ТС установлены в соответствии с ГОСТ Р 8.624 при этом перечень обязательных контролируемых параметров одинаков. Первичная поверка, осуществляемая аккредитованной метрологической службой нашего предприятия, совмещается с приемо-сдаточными испытаниями.

На неопределенность результатов измерений температуры термопарами и термометрами сопротивления влияют многие факторы, основные из них это:

– случайные эффекты при измерении;
– неопределенность измерения регистрирующего прибора;
– класс допуска термопары или термометра сопротивления;
– изменение характеристики ТП или ТС за межповерочный интервал (МПИ);
– для ТП дополнительно класс точности удлинительных проводов, соединяющей термопару с регистрирующим прибором и погрешность компенсации температуры опорных спаев;

Характеристики источников неопределенности измерения температуры термоэлектрическим преобразователем представлены в таблице 3. Бюджет неопределенности составлен в соответствии с Руководством по выражению неопределенностей и нормативными документами.

Вклад случайных эффектов, характеристики нестабильности измеряемой температуры и теплового контакта со средой в расчетах не учитывались, исходя из того, что эти величины зависят от условий применения.

Выбор измерительного тока также влияет на точность измерения температуры. Поскольку ЧЭ изготовлен из очень тонкой проволоки или пленки, даже малый ток может вызвать существенный нагрев ЧЭ. Во избежание значительного увеличения погрешности из-за нагрева ЧЭ измерительным током для 100-омных ТС рекомендуется использовать токи 1 мА и ниже. В этом случае погрешность не превысит 0,1 °С. Для снижения эффекта нагрева ЧЭ иногда используется импульсный измерительный ток.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине