Термопреобразователи, работающие на высоких частотах

Приборы с термопреобразованием предназначены для работы в цепях переменного тока в диапазоне низких и высоких частот. Термоэлектрический прибор (ТП) состоит из термоэлектрического преобразователя и магнитоэлектрического миллиили микроамперметра (рис. 3.22, а).

Рис. 3.22. Термоэлектрический преобразователь.

Преобразователь (рис. 3.22, б) представляет собой нагреватель 1, по которому протекает измеряемый ток 1, и связанную с ним термопару. Во время измерения температура места соединения нагревателя и термопары приобретает значение T_v а свободные концы термопары имеют температуру окружающего пространства Т₂ . Разность температур вызывает термоЭДС Е_т = а (Т_{-Т₂), где а — коэффициент пропорциональности, зависящий от материала термопары и ее конструкции. В установившемся состоянии вследствие тепловой инерции температура нагревателя Г, постоянна и определяется рассеиваемой на нем мощностью. Запишем такое выражение VR_n = k (T^-T₂), где k — коэффициент теплоотдачи. Исключив разность температур из данного выражения и выражения для термоЭДС, запишем.

где а_т = aR_n /к коэффициент пропорциональности; R_u — сопротивление нагревателя; I — среднеквадратичное значение измеряемого тока.

Нагреватель включают последовательно в разрыв измеряемой цепи, а возникающую термоЭДС измеряют микроамперметром, работающим как милливольтметр. Шкалу последнего градируют в среднеквадратических значениях измеряемого тока.

В метрологической практике всех стран наибольшее распространение получили вакуумные (бесконтактные) термоэлектрические однои многоэлементные преобразователи тока. Горячий спай в них отделен от нагревателя изоляционной бусинкой (рис. 3.22, в). Их преимущество состоит в конструктивной развязке термопары от нагревателя, в результате чего существенно уменьшается частотная погрешность, поскольку проникновение тока ВЧ в цепь термопары практически отсутствует. Эти преобразователи постоянно усовершенствуются.

В настоящее время наиболее широко используют одноэлементные вакуумные термопреобразователи типов ТВБ-1 — ТВБ-7, которые были разработаны и переданы в серийное производство в 60-х гг. прошлого столетия и выпускаются по отдельным заказам до сих пор. Основные технические характеристики этих ТП приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Основные недостатки ТП:

• • низкие значения термоЭДС;
• • большая постоянная времени;
• • значительная температурная зависимость;
• • заметная частотная погрешность при частотах выше 100 кГц;
• • зависимость показаний от полярности постоянного тока.

К достоинству термоэлектрических приборов следует отнести независимость показаний от формы кривой измеряемого тока.