Б. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Термоэлектрические термометры основаны на использовании термоэлектрического эффекта. Авиационные термоэлектрические термометры на ЛА используются для дистанционного измерения:

—  средней температуры выходящих газов из сопла турбовинтовых или газотурбинных двигателей  (термометры типа ТВГ-11, ТВГ-11Т, 2ТВГ-411, 2ТВГ-411Т, 2ТВГ-366, ТВГ-26, ТГЗ-47);

—  температуры выхлопных газов стартера газотурбинного двигателя (ТСТ-29, ТСТ-29Т,   ТСТ-29Д);

—  температуры заторможенного потока газов перед турбиной (ИТГ-180).

Принцип действия термоэлектрического термометра основан на работе термопары.

Термопарой называется цепь, составленная из двух разнородных металлов. Проводники, из которых состоит термопара, на­зываются термоэлектродами.

Для получения термопары необходимо спаять между собой два разнородных про­водника А и В (термоэлектроды) обоими концами (рис.2.11). Одну точку соединения термоэлектродов называют рабочим - горячим спаем 1, а дру­гую – холодным спаем  aв. Как правило, холодный сплав располагается в показывающем приборе – в гальванометре Г. Холодный и горячий спаи соединяются проводами С и Д. При одина­ковой температуре Т_о обоих спаев тока в цепи не бу­дет, т.к. в обоих спаях возникает одинаковая по вели­чине, но обратная по знаку контактная разность потенциалов.

Рис.2.11.

 При нагреве горячего спая 1 до температуры Т контактная раз­ность потенциалов в нём увеличивается, а в холодном - остается прежней. В результате возникает термо-ЭДС, зависящая от разности температур   (Т - Т_о).  В цепи потечет ток, который регистрируется гальванометром Г. Таким образом, измеряя термо-ЭДС термопары, можно определить температуру среды, которая окружает датчик.

Для измерения термо-ЭДС в термоэлектрических термометрах при­меняют магнитоэлектрический гальванометр Г.  Прибор рабо­тает как милливольтметр, а шкала его отградуирована в °С.

Схема измерения термо-ЭДС показана на рис. 2.12. Показания измерителя будут соответствовать температуре из­меряемой среды только в случае обеспечения условия постоянства температуры холодного спая термопары или учета изменения этой температуры. Для этого холодный спай термопары с по­мощью компенсационных проводов С и Д (рис. 2.11) вынесен в зону небольших колебаний температуры (на приборную доску в кабину экипажа).

              Рис. 2.12.                                                                                Рис. 2.13.

В термометрах ТВГ-11, ТВГ-26, 2ТВГ-411, 2ТВГ-366 и ТГЗ-47 отпадает необходимость внесения поправки на изменение тем­пературы среды, окружающей холодный спай термопары. Это обусловлено тем, что термопары, используемые в указанных тер­мометрах, развивают термо-ЭДС с температуры горячего спая +50ºС и выше. Принципиальные схемы термоэлектрических термометров приведена на рис. 2.12.

В авиационных термометрах наибольшее применение получи­ли термопары:

- хромель-копелевая (хромель- сплав из 89% Nі,  9,8% Сг, 1% Fе, 0,2% Мn, копель - сплав из 45% Ni, 55% Сu),

- хромель-алюмелиевая (алюмель - сплав из 94% Ni, 0,5% Fе, 2% Al, 2,5% Мn и 1% Si),

- медь-константановая;

- ни­кель-кобальтовая (НК) и специального алюмеля (СА).

Характеристики некоторых термопар изображены на рис. 2.13.

Термопары, предназначенные для измерения высоких темпера­тур имеют огнеупорные и газонепроницаемые защитные оболочки с большой теплопроводностью и механической прочностью.

Важное значение в термоэлектрических термометрах имеют провода, соединяющие термопару с указателем. В этом случае холодным спаем служит место подключения соединительных проводов к указателю. Во всех случаях величина электрического сопротивления соединительных проводов должна быть строго определенной. Это важно потому что величина тока, проте­кающего по рамке гальванометра, зависит от сопротивления соединительных проводов.

Точность показания термометра зависит также от сопротивле­ния соединительных проводов. Поэтому при монтаже прибора или при замене соединительных проводов сопротивление последних должно быть строго определенным. Нельзя изменять длину соединительных проводов, входящих в комплект прибора.

Термометр ТВГ-11Т

В комплект ТВГ-11Т входят:

-  измеритель ТВГ-1,

- четыре термопары Т-1Т,

- ко­лодка с соединительными проводами.

Измеритель ТВГ-1 представляет собой магнито­электрический милливольтметр. Шкала указателя, выпол­ненная с углом размаха 240°, равномерная и имеет оцифровку: 3, 4, 5, ..., 9, соответствующую сотням градусов по Цельсию. В диапазоне от 400°С до 900°С шкала имеет цену деления 10°С. 

Термопара Т-1Т (рис. 2.14) из сплавов НК (никель-кобальтового) и СА (спецалюмеля) начинает развивать термо-ЭДС при температуре горячего спая +300°С. Электроды сварены вместе в виде шарика и образуют горячий спай термопары. Последний поме­щен в трубку 16 из жароупорной стали. Трубка крепится в кор­пусе 12 из алюминиевого сплава. Внутри трубки 16 электроды изолированы керамической двухканальной трубкой 15. Внутри корпуса термоэлектроды изогнуты под углом 90° и изолированы керамическими колодками 1 и 2. Термоэлектроды изолированы также стеклянными и асбестовыми чехлами  и заключены в металлическую оплетку. Оплетка сверху за­крыта металлическим рукавом 6 длиной 140 мм.

Газовый поток, входящий через вырез 18 в трубке 16 в по­лость, окружающую горячий спай термопары, почти полностью тормозится. Для выхода газов в трубке имеется отверстие 19 диа­метром 0,8 мм. Такое устройство приемника позволяет измерять температуру газового потока с наименьшими динамическими по­грешностями и уменьшает время, необходимое для нагревания го­рячего спая. На двигателе термопара крепится гайкой 13. К соединительным проводам термопара присоединяется двумя специальными наконечниками 7 и 8, которые соединяются с соот­ветствующими наконечниками проводов винтами.

Рис. 2.14.

Чтобы не перепутать электроды, положительный (НК) сделан короче отрицательного (СА). Для сохранения от механических повреждений провода по­парно заключены в металлическую оплетку.

Термометр ИТГ-180 

Комплект термометра ИТГ-180 состоит из:

- измерителя ИТГ-1 (рис. 2.15),

-семнадцати термопар типа Т-80Т (рис. 2.16).

                                    Рис. 2.15.                                                                     Рис. 2.16. 

Особенностью термометра ИТГ-180 является применение сдвоенных термопар, соединенных параллельно и об­разующих две самостоятельные цепи. Одна цепь подключается к указателю термометра, а вторая - в цепь регулятора температуры. Термопара Т-80Т (рис. 2.16) имеет неразъемную конструкцию и со­стоит из трубки 1, сваренной с камерой торможения 8 и с заармированными в нее сдвоенными термоэлектродами 7, выполненными из сплавов хромеля (положительные) и алюмеля (отрицательные). Камера торможения и крышка 5 с закреплен­ными на ней контактными винтами из термоэлектродного мате­риала приварены к корпусу. Контактные винты 3 и 4 для крепле­ния компенсационных проводов имеют различную резьбу. Камера торможения имеет два входных отвер­стия и одно выходное, что позволяет получить осредненную темпе­ратуру по высоте термопары. Термопары соединяют в термобата­рею из семнадцати параллельно соединенных термопар и подклю­чают к указателю проводами из термо­электродного материала (хромеля и алюмеля).

Указатель ИТГ-1 представляет собой магнитоэлектриче­ский милливольтметр, который состоит из постоянного магни­та 6 (рис. 2.15), магнитопровода 3 и сердечника 10. Рамка 9 и две противодействующие пру­жины 7, служащие одновременно и токоподводами, представляют подвижную систему прибора.

К оси подвижной системы прикреплена стрелка 2 измерителя. При изменении температуры биметаллическая спираль 1 поворачивает подвижную систему и стрелку прибора 2 на дополни­тельный угол, компенсируя температурные погрешности.

Шкала указателя выполнена с углом размаха 230° и имеет оцифровку 2, 4, 6, 8 и 10, соответствующую сотням градусов Цель­сия. Цена деления шкалы я диапазоне от  300°С до 1000ºС  равна  20°С. Термометр обеспечи­вает измерение температуры от 300°С  до 900°С при погрешности в рабочем диапазоне, не превышающей ±20°С.