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^[1].

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^[2]. 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^[2].

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^[3] та ДСТУ IEC 60584^[4][5][6].

Основні типи термопар та їх характеристики^[3]

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