Принцип действия и устройство
Термоэлектрический измерительный прибор — это устройство, основанное на эффекте термопреобразования. Оно предназначено для измерений в цепях переменного тока, работающих как на низких, так и на высоких частотах. Основу прибора составляет термоэлектрический преобразователь, соединенный с магнитоэлектрическим миллиамперметром или микроамперметром.
Ключевой элемент преобразователя — это нагреватель, через который проходит исследуемый ток, и термопара, находящаяся в тепловом контакте с ним. В точке их соединения возникает повышенная температура, в то время как свободные концы термопары остаются при температуре окружающей среды. Эта разность температур генерирует термоэлектродвижущую силу (термо-ЭДС). Благодаря тепловой инерции система приходит в установившееся состояние, и температура в месте контакта стабилизируется, определяясь мощностью, рассеиваемой на нагревателе. Сам нагреватель включается в исследуемую цепь последовательно.
Для измерения возникающей термо-ЭДС используется микроамперметр, который по сути работает как милливольтметр.
Конструктивные особенности
Нагреватель обычно представляет собой тонкую проволоку из материалов с высоким удельным сопротивлением, таких как манганин или нихром. Термопара изготавливается из специальных сплавов, устойчивых к высоким температурам.
Предел измеряемого тока определяется сечением нагревателя. Диапазон может варьироваться от нескольких миллиампер до десятков ампер. Для измерения больших токов применяются дополнительные трансформаторы тока. Максимальная рабочая частота прибора зависит от длины и сечения нагревателя, при этом нижний порог может достигать сотен мегагерц.
Классификация термопреобразователей
Термоэлектрические преобразователи делятся на два основных типа:
Контактные преобразователи: В них существует прямая гальваническая связь между нагревателем и термопарой. Это означает, что входная и выходная цепи прибора также гальванически связаны.
Бесконтактные (изолированные) преобразователи: В этой конструкции нагреватель и термопара разделены изолирующей прокладкой, например, керамической или стеклянной бусинкой. Между ними создается небольшая емкостная связь. Чувствительность таких преобразователей, как правило, ниже, чем у контактных.
Отдельно выделяют вакуумные преобразователи, где нагреватель и термопара помещены в стеклянный баллон, из которого откачан воздух. Это также снижает чувствительность по сравнению с контактным типом, но может улучшать стабильность.
Преимущества, недостатки и область применения
Главное преимущество термоэлектрических приборов — их показания не зависят от формы кривой измеряемого тока. Это делает их особенно полезными для измерений в цепях с несинусоидальными сигналами.
Однако у этих приборов есть и существенные недостатки: относительно низкая чувствительность, неравномерная шкала и плохая устойчивость к перегрузкам, которые могут легко вывести прибор из строя.
В связи с этими особенностями термоэлектрические приборы в основном применяются в качестве амперметров и миллиамперметров. Их использование в качестве вольтметров ограничено из-за малого входного сопротивления и недостаточной чувствительности для точных измерений напряжения.