Теорема о третьем проводнике

Возьмем термопару, в разрыв которой включен третий проводник и температура точек – контактов третьего проводника с электродами термопары одинакова и равна t₀ (рис. 20).

Рис. 20. Схема включения третьего проводника в цепь термопары

В каждой точке соприкосновения двух проводников возникает контактная разность потенциалов. Их сумма есть термо – ЭДС.

Если просуммировать контактные разности потенциалов, то можно строго доказать, что величина ЭДС термопары не изменится от введения третьего проводника, независимо от места его расположения, если его контакты находятся при одинаковой температуре. Это и есть «теорема о третьем проводнике». Приводить доказательство этой теоремы здесь не будем.

Аналогично, включение нескольких проводников так же не вызовет изменения термо – ЭДС, если места соединения этих проводников будут иметь одинаковую температуру.

Способы подключения измерительного прибора в цепь термопоры

Рассмотрим способы включения измерительного прибора в цепь термоэлектрического преобразователя.

На рис. 21, а) изображен способ, когда измерительный прибор включен в разрыв одного из электродов термопары. Измерительный прибор можно рассматривать как третий проводник, поэтому температуры на зажимах измерительного прибора должны быть одинаковы, чтобы не исказить величину ЭДС. Впрочем, это легко достигается, потому, что зажимы измерительного прибора всегда делают рядом друг с другом.

На рис. 21, б) изображен способ, когда каждый из электродов подсоединен к зажимам измерительного прибора. Здесь второго спая, как такового, нет. В этом случае за температуру свободных концов должна приниматься температура на зажимах измерительного прибора.

На рис. 21, в) изображен способ, когда измерительный прибор находится на достаточном удалении от объекта измерения и соединен с термопарой обычными (например, медными) проводами. В этом случае за температуру свободных концов принимается температура точек соединения электродов термопары с проводами.

.

.

Рис. 21. Способы подключения измерительного прибора в цепь термопары

На рис. 21, г) изображено неправильное подключение. Точки соединения электрод – провод находятся на большом удалении друг от друга. В этом случае их температуры могут оказаться различными, что приведет к трудно предсказуемым погрешностям.

На рис. 21, д) изображен способ, когда измерительный прибор соединен с термопарой так называемыми компенсационными проводами (их еще называют удлиняющими термоэлектродными проводами). В этом случае за температуру свободных концов необходимо принимать температуру на зажимах измерительного прибора.

Компенсационные (удлинняющие термоэлектродные) провода

Если оставить свободные концы термопары в непосредственной близости от объекта измерения (как на рис 21, б), то будет трудно поддерживать их температуру постоянной или отслеживать ее изменение.

В современных теплотехнических приборах свободные концы не термостатируют, но сами приборы имеют устройства, отслеживающие изменение температуры свободных концов и вводят поправку на температуры свободных концов в свои показания. Поэтому возникает потребность вывести свободные концы непосредственно на измерительный прибор или, проще говоря, удлинить термопару до размера соединительных проводов. Для этого можно использовать соединительные провода, выполненные из той же пары материалов, что и термопара (например, для термопар градуировок ХК, ХА так и поступают). Но термопары могут быть из драгоценных металлов (например, платинородий - платина). Ясно, что платиновые провода не проложишь из – за их дороговизны и опасности воровства. В этом случае компенсационные провода выполняют из другой пары материалов, подобранных таким образом, чтобы термоэлектрическая характеристика этих проводов и термоэлектрическая характеристика электродов термопары совпадали (или были достаточно близкими) хотя бы на участке температур от 0 до возможного значения t₀. Считается, что t₀ в реальных условиях заведомо не может быть больше 100…150 ^оС, поэтому, если термоэлектрические характеристики совпадают на участке температур от 0 до 150 ^оС, то такие провода уже могут быть компенсационными для заданной термопары.

Рис. 22. Термоэлектрические характеристики термопары и компенсационных проводов.

При подключении компенсационных проводов необходимо соблюдать полярность.

Компенсационные провода выпускаются одно и многожильными в изоляции. Если требуется защита от внешних электромагнитных полей и механических воздействий, применяют оплетку (экран) из медных или стальных проволок.

Каждый материал провода должен иметь свой цвет изоляции или цветные нити в обмотке и оплетке проводов.