Термопара

Термопа́ра — чутливий елемент термоелектричного перетворювача у вигляді двох ізольованих провідників із різнорідних матеріалів, з'єднаних на одному кінці, принцип дії якого ґрунтується на використанні термоелектричного ефекту для вимірювання температури.

Термопара, підключена до вторинного вимірювального приладу.

Схема термопари. При температурі спаю ніхрому і алюміній-нікелю 300 °C термо-ЕРС становить 12,2 мВ.

Фото термопари

Загальний опис

Використовується в устаткуванні для вимірювання температури, а також для прямого перетворення енергії тепла в електричну енергію у тих випадках, коли доцільно уникнути рухомих деталей (наприклад, у космосі). Поглинання тепла при проходженні електричного струму через контакт використовується в холодильниках тощо.

Термопару використовують як чутливий елемент (первинний вимірювальний перетворювач) у засобах контролю температури в печах. Термопара являє собою металевий провід з особливих сплавів, дві жили якого спаяні між собою, і спай розміщують в контрольовану зону печі. Вільні кінці проводу виведені за межі нагрівальної зони та з'єднані з приладом, що показує перетворений сигнал одержаний від спаю термопари. Термопара, що перебуває в печі, захована у вогнестійкий чохол, що захищає її від агресивного середовища печі.

Принцип дії

Принцип дії термопари базується на термоелектричних явищах. Термопара складається з двох провідників, сполучених кінцями так, що вони утворюють два контакти. Контакти поміщають в середовища з різною температурою. Технічні вимоги до термопар визначаються ДСТУ 2857-94 та ДСТУ IEC 60584.

Основні типи термопар та їх характеристики

Тип термопари за МЕК*	Тип термопари за ДСТУ (ГОСТ)	Температурний діапазон °C (довготривало)	Температурний діапазон °C (короткотривало)
K	ТХА (хромель-алюмелеві)	0 до +1100	−180 до +1300
J	ТЖК (залізо-константанові)	0 до +700	−180 до +1200
N	ТНН (ніхросил-нісилові)	0 до +1100	−270 до +1300
R	ТПП 13 (платинородій-платинові)	0 до +1600	−50 до +1700
S	ТПП 10 (платинородій-платинові)	0 до 1600	−50 до +1750
B	ТПР (платинородій-платинородієві)	+200 до +1700	0 до +1820
T	ТМКн (мідь-константанові)	−185 до +300	−250 до +400
E	ТХКн (хромель-константанові)	0 до +800	−40 до +900

* Міжнародна електротехнічна комісія

Пари металів, що використовуються для основних термопар (МЕК)

• платинородій-платинові — Тип R
• платинородій-платинові — Тип S
• платинородій-платинородієві — Тип B
• залізо-константанові (залізо-мідьнікелеві) — Тип J
• мідь-константанові (мідь-мідьнікелеві) — Тип Т
• ніхросил-нісилові (нікельхромнікель-нікелькремнієві) — Тип N.
• хромель-алюмелеві — Тип K
• хромель-константанові — Тип E
• хромель-копелеві — Тип L
• мідь-копелеві — Тип М
• сильх-силінові — Тип I
• вольфрам і реній — вольфрам-ренієві — Тип А-1, А-2, А-3.

Термометр

Принцип дії термопари заснований на ефекті Зеєбека, інакше термо-ЕРС. Коли кінці провідника піддати різним температурам, між ними виникає різниця потенціалів, пропорційна різниці температур, коефіцієнт пропорційності називають коефіцієнт термо-ЕРС. У різних металів коефіцієнт термо-ЕРС різний, і відповідно різниця потенціалів, що виникає між кінцями різних провідників, буде різна. Помістивши спай з металів з відмінними коефіцієнтами термо-ЕРС в середовище з температурою ${\displaystyle T_{1}}$, ми отримаємо напругу між протилежними контактами, що піддані іншій температурі ${\displaystyle T_{2}}$, яка буде пропорційна різниці температур ${\displaystyle T_{1}}$ і ${\displaystyle T_{2}}$.

Джерело живлення

Електрорушійна сила, що виникає в термопарі, між нагрітим і холодним кінцем, може використовуватися як джерело живлення. Ефективність такого джерела невисока, але в певних умовах, наприклад, в космосі, далеко від Сонця, таке джерело незамінне, зважаючи на відсутність рухомих частин. Для нагрівання гарячого кінця термопари в космічних апаратах використовують тепло від радіоактивного розпаду.

Нагрівач або холодильник

Термопари застосовують також у нагрівачах та холодильниках, використовуючи ефект Пельтьє. При проходженні електричного струму через контакти термопари один із них нагрівається, а другий охолоджується.

Див. також

• Пірометр
• Піроскоп (конуси Зегера)
• Датчик температури

Примітки

1. ДСТУ 3518-97 Термометрія. Терміни та визначення.
2. Захаров А. И. Основы технологии керамики: Учебное пособие / РХТУ им. Менделеева; М., 1999. 79 с. (с.: 13)
3. ДСТУ 2857-94 (ГОСТ 6616-94) Перетворювачі термоелектричні. Загальні технічні умови.
4. ДСТУ IEC 60584-1:2007 Перетворювачі термоелектричні. Частина 1. Градуювальні таблиці (IEC 60584-1:1995, IDT)
5. ДСТУ IEC 60584-2:2007 Перетворювачі термоелектричні. Частина 2. Допуски (IEC 60584-2:1982, IDT)
6. ДСТУ IEC 60584-3:2007 Перетворювачі термоелектричні. Частина 3. Подовжувальні та компенсаційні проводи. Допуски та системи ідентифікації (IEC 60584-3:1989, IDT)

Джерела

• Термопари та їх використання
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.