Таблица 2

Ниже приведены опти--мальные соотношения сечений для наиболее распространенных термоэлектродных материалов (порядок наименований соответствует индексам):

Материалы yfi \ опт

Серебро-константаи 0,044

Медь-константан 0,047

Хромель-алюмель 0,650

Хромель-никель 0,870

Нихром константан 0,660

Железо-константан 0,230

Никель-нихром 0,100 Платина-платинородий

(10% Rh) 0,360

В идеальном случае измерений по компенсационной схеме эффективное сопротивление нагрузки безгранично возрастает, а ток, проходящий через источник э. д. с, должен быть равен нулю. Согласованное с нагрузкой сопротивление датчика также должно безгранично увеличиваться. При таких идеальных условиях задача оптимизации вырождается.

Практически же компенсационная система обладает определенным эффективным сопротивлением, зависящим от зоны нечувствительности нуль-гальванометра. Поэтому уравнение (П1.7) оказывается справедливым и для такого метода измерений.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ СЛОИСТЫХ ДАТЧИКОВ

Несколько иначе дело обстоит с датчиками, изготовляемыми гальваническим способом, технология которых описана в параграфе 5 данной главы.

Специфические особенности технологии изготовления обусловливают постоянство площади сечения основной проволоки. Для исследования оптимальных соотношений в таких датчиках необходима информация о термоэлектрических свойствах проволок, электролитически покрытых парным термоэлектродным материалом. Дифференциальные батарейные термопары, составленные из гальванически покрытых участков термоэлектрода в паре с непокрытыми участками, имеют ряд очевидных преимуществ и нашли достаточно широкое применение. Одно из первых исследований гальванических термопар было предпринято Вильсоном и Эппс 1331]. Сначала авторы исходили из того, что при относи-

тельно малом электрическом сопротивлении гальванически наносимого материала влияние основы будет несущественным. Результаты опытов, в которых чистый константановый провод образовывал термопару со своим продолжением, гальванически покрытым толстым слоем меди, показали, что термо- э. д. с. такой термопары практически не отличается от термо-э. д. с. медь-константановой термопары. В опытах же с константаном, покрытым железом и, особенно, сурьмой, наблюдались заметные отклонения: термо- э. д. с. была ниже ожидаемой. Авторы работы [331] выяснили, что в биметаллической части гальванических термопар при наличии продольной составляющей температурного градиента возникают короткозамкнутые токовые контуры. Для выяснения природы этих короткозамкнутых токов и определения их количественного эффекта Вильсон и Эппс поставили следующий остроумный опыт.

Две полоски (медная и константановая), полученные прокаткой проволок диаметром около 0,7 мм, отжигались, зачищались, протравливались и после наложения друг на друга спаивались на коротком участке в средней части.

Измерение производилось на деревянном цилиндре, по образующей которого в прорезанный канал был заложен нагревательный стержень, создававший область горячих спаев. Полоски по окружности за счет натяжения ленточки прижимались к поверхности цилиндра таким образом, чтобы место опая располагалось около нагревательного стержня. С одной стороны медная и константановая полоски, начиная от места спая, изолировались друг от друга на всем протяжении. Ими как медь-константано-вой термопарой пользовались для измерения температуры области горячих спаев.

С другой стороны медная полоска доходила только до области холодных спаев. Здесь в интервале между областями горячих и холодных спаев полоски могли быть коммутированы двумя способами. При первом - они накладывались одна на другую, образуя непрерывный контакт между собой и моделируя биметаллический термоэлектрод. При втором - в интервале между областями горячих и холодных спаев между полосками закладывалась тонкая конденсаторная бумага, обеспечивавшая надежную электрическую изоляцию при сравнительно хорошем тепловом контакте. Бумажная изоляция делалась немного короче медной полоски, благодаря чему кончик медной полоски снова входил в контакт к константановой. Сигналом второй термопары являлась разность потенциалов между константа новыми ветвями.

Результаты многократных измерений показали, что наличие изоляции во всем интервале между горячим и холодным спаями не оказывает влияния на термо-э. д. с. составного термоэлектрода. Отсюда следует вывод о возможности замены биметаллического термоэлектрода эквивалентной системой из двух проводни-

ков с такими же сечением, длиной, удельным электрическим сопротивлением и термоэлектрическими коэффициентами, как у основного и гальванически наносимого термоэлектродов.

В эквивалентной системе проводники, моделирующие биметаллический участок, должны быть соединены лишь по концам. Такую систему легко рассчитать по законам Кирхгофа и найти все термоэлектрические характеристики.

Если индексами 1 и 2 соответственно обозначить характеристики основного и наносимого материалов, то для термоэлектрического коэффициента биметаллического участка можно записать следующее уравнение [64, 68]:

1 - 2

бм = 1--

(III.9)

В дальнейшем свойства гальванических термопар неоднократно были предметом исследований ряда авторов. В отечественной литературе лучшее исследование принадлежит С. А. Сухову, С. Я. Кадлецу и Г. Д. Павлюку [216]. В связи с актуальностью вопроса автор данной монографии провел большую серию измерений для проверки свойств биметаллических гальванических термоэлектродов. Такие термоэлектроды получались гальваническим меднением константа новых и Копелевых основ. Диамет1ры основ варьировались в интервале 0,1-1,0 мм, относительные площади сечений покрытия - от О до 0,5. Результаты измерений в пределах возможной точности подтвердили уравнение (III.9).

Аналогично тому, как это описано в параграфе 2 данной главы, рассмотрим единичный элемент, состоящий из восходя-шей и нисходящей ветвей. Одна из ветвей представляет собой основной проводник, вторая - гальванически покрытый участок.

Если через такой элемент проходит тепловой поток Q, то иа нем возникает разность температур

где индексы 1, 2 и 3 соответственно обозначают основной материал проволоки, гальванически наносимый материал и изоляционную промежуточную массу.

Для развиваемой элементом термо-э. д. с, учитывая уравнение (III.9), можно записать следующее:

-Q6( i- 2)-. (Ill 11)

Когда измерение сигнала производится в компенсационной схеме, сила тока через датчик равна нулю, а электрическое со-