Оглавление
1. Элементы Пельтье
2. Многозонные термоэлектрические преобразователи
3. Гибкие кабельные термоэлектрические преобразователи
4. Нормирующие термоэлектрические преобразователи
5. Правила осмотра термоэлектрических преобразователей
Элементы Пельтье
Более 180 лет прошло с тех, как физиками были открыты термоэлектрические явления. Через 12 лет после формулирования Зеебеком эффекта теплообмена часовщик Пельтье опубликовал статью о температурных аномалиях, наблюдаемых вблизи границы двух различных проводников при прохождении через них электрического тока. Явление, названное позже эффектом Пельтье, заключается в выделении или поглощении (в зависимости от направления тока) тепла на границе двух разных проводников (обратный эффекту Зеебека). Наблюдаемые Пельтье аномалии оказались тем сильнее, чем больше были величины термо-эдс. Термоэлектрические явления тогда не вызвали у физиков большого интереса, поскольку в то время они были наиболее заняты изучением электромагнетизма и, впоследствии, электромагнитной индукции. Термоэлементы давно применяются для термоизмерений, однако, вопрос их извлечения с их помощью электроэнергии стал рассматриваться всерьёз только тогда, когда потребность в новых источниках колоссально выросла. Ядерное излучение, аналогично фотонному потоку, увеличивает значение проводимости у полупроводников, что позволяет наблюдать прохождение через них отдельных высокоускоренных частиц.
Прочность и пластичность металлов обязана особому виду связи – совокупности свободных валентных электронов со всей совокупностью положительных ионов.
К пионерам промышленного производства термоэлектрических преобразователей можно отнести организации Rosemount, Siemens.
Термоэлектрический преобразователь, работа которого основывается на эффекте Пельтье, называется элементом Пельтье. Функционирование элементов Пельтье обеспечивается совмещением двух полупроводников с нерелевантными величинами энергии электронов в зоне проводимости. В процессе протекания тока по контакту электроны приобретают дополнительную энергию, перемещаясь в более высокоэнергетическую зону проводимости смежного полупроводника. Когда энергия поглощается, происходит охлаждение точки контакта, а при смене направления тока мы можем наблюдать нагрев.
Достоинства термоэлектрических преобразователей Пельтье:
- небольшие габариты,
- отсутствие лишних движущихся механических компонентов, газов и жидкостей во внутренностях,
- отсутствие шума при работе.
Из недостатков можно отметить более низкий показатель КПД, чем у компрессорных холодильных установок с фреонным охлаждением, что увеличивает объем потребляемой мощности для достижения необходимой разности температур.
Многозонные термоэлектрические преобразователи
Многозонные термоэлектрические преобразователи создавались как решение проблемы ступенчатого измерения в длинномерных объектах: для реакторных установок АЭС, станций нефтепереработки и нефтеочистки, плавилен глубокого погружения, шахтовых разработок – сред с преобладающим многообразием параметров.
Конструкции состоят из нескольких первичных термоэлектрических преобразователей, с поверяемой длиной до 500мм, состоящих из чувствительного элемента и изоляции его от среды. Герметичные изолирующие корпуса изготавливаются из алюминия, нержавеющей стали или полимеров. Измерение температуры допустимо производить лишь в средах, не разрушающих материал защитной арматуры.
Кабельные термоэлектрические преобразователи, гибкие термоэлектрические преобразователи в мягкой изоляции
Наибольшее распространение получили модификации КТХК (хромель-копель), КТХА (хромель-алюмель) и ПТХК (платинородиевые)
Основные достоинства и недостатки кабельных термопар:
- (+) более высокие по отношению к проволочным термопреобрахователям термоэлектрическая стабильность и рабочий запас прочности
- (+) возможность изгиба, монтажа в труднодоступных местах
- (-) невысокий рабочий ресурс термопреобразователей при температурах выше 1000С из-за малого диаметра термоэлектродов
- (+) минимальная тепловая инерция, что благоприятствует применению в быстропротекающих процессах
Для кабельных термопреобразователей типа КТХАСК (стальная оболочка) допускается кратковременное применение при температуре до 1000°C.
| Параметр | Значения | |||||||||
| Диаметр кабельного термопреобразователя D, мм | 0,9 | 1,0 | 1,3 | 1,5 | 3,0 | 4,0 | 4,6 | 5,0 | 6,0 | |
| Диаметр термоэлектродов, мм | 0,18 | 0,2 | 0,26 | 0,27 | 0,65 | 0,85 | 0,75 | 0,9 | 1,0 | |
| Длина термопреобразователя L, м, не более | 100 | 50 | 25 | 30 | 20 | |||||
| Масса одного метра термопреобразователя, г * | 4,2 | 5,2 | 8,6 | 11 | 39 | 74 | 83 | 110 | 163 | |
| Максимальный диапазон измеряемой температуры, °С ** | КТХАС
КТГХАС |
от −40 до +650 |
от −40 до +700 |
от −40 до +900 | ||||||
| КТХКС
КТГХКС |
от −40 до +400 |
от −40 до + 500 |
от −40 до +600 | |||||||
| КТХАСп
КТГХАСп |
от −40 до +750 |
от −40 до +800 |
от −40 до +1000 | |||||||
Нормирующие термоэлектрические преобразователи
Нормирующие термоэлектрические преобразователи предназначаются для преобразования выходного сигнала первичных преобразователей и выходного сигнала переменного тока измерительных устройств в унифицированный сигнал постоянного тока. Также такие устройства называют промежуточными. Предназначены строго для работы в комплекте с термоэлектрическими термометрами.
Правила осмотра термоэлектрических преобразователей
Термопреобразователь демонтируют, разбирая на отдельные комплектующие, очищают поверхности от грязи, изучают на наличие поперечных трещин, возникновение которых обусловлено длительностью работы термоэлектрического преобразователя в средах высоких температур или частых температурных скачков.
Появление трещин в термоэлектродах может быть также вызвано механических напряжением в связи с нарушением алгоритма нормирования напряжения.
При внешнем осмотре термоэлектродов из благородных металлов или сплавов их проверяют на наличие поверхности небольших точечных углублений и при обнаружении таковых, в местах где это было обнаружено, их необходимо разорвать и сварить снова.
Разрушенные или поврежденные защитные трубки из кварца, фарфора или керамики придётся заменить, иные варианты недопустимы.
Поврежденные металлические трубки отчищают от коррозии, загрязнений и масляных пятен, затем поврежденные точки заваривают электрической сваркой.