Что такое термопара как она работает: Что такое термопара и как она работает?. Статья компании Технонагрев

Что такое термопара и как она работает?. Статья компании Технонагрев

Что такое термопара?

Термопара — это термоэлектрический преобразователь, который преобразует тепловую энергию в электрическую. Термопара состоит из соединения проводов, сделанных из разнородных металлов, для образования спая. Напряжение возникает при изменении температуры на стыке.

Концепция термопары основана на эффекте Зеебека, который утверждает, что если разнородные металлы соединяются в одной точке, они будут генерировать небольшое измеряемое напряжение при изменении температуры точки соединения. Величина напряжения зависит от величины изменения температуры и характеристик металлов.

Конструкция термопары состоит из двух изолированных проводов, подключенных к измерительному прибору с коаксиальной оболочкой, разделенной изолированным материалом. Термопары служат в качестве контрольно-измерительного прибора для различных типов оборудования.

Процесс термопары можно увидеть на изображении ниже, где температура повышается на стыке проводов слева, а изменение температуры отображается на датчике справа.

Измерение температуры термопарой

 

Как работает термопара?

Когда два провода термопары соединяются для образования спая, один из них подключается к корпусу термопары и измеряет температуру. Его называют горячим или измерительным спаем. Второй спай прикреплен к телу известной температуры и является опорным спаем. Термопара измеряет неизвестную температуру и сравнивает ее с известной температурой.

Идея термопары основана на трех принципах действия, открытых Зеебеком, Пельтье и Томсоном.

Эффект Зеебека:

Эффект Зеебека возникает, когда два разных или непохожих металла соединяются вместе на двух стыках, и на двух стыках создается электродвижущая сила (ЭДС), которая различна для разных типов металлов

Эффект Пельтье:

ЭДС создается в цепи, когда два разнородных металла соединяются с образованием двух стыков из-за разной температуры двух стыков цепи

Эффект Томсона:

Эффект Томсона — это когда тепло поглощается по длине стержня, концы которого находятся при разных температурах. Температура тепла связана с протеканием тока до температуры вдоль стержня

 

Как работает термопара

Схема термопары показана на изображении ниже, где A и B — два разнородных провода, которые соединены, образуя спай. Два перехода имеют разные температуры, чтобы генерировать в цепи ЭДС Пельтье, которая является функцией температур двух переходов.

Термопара

 

Электроны переносят тепло и электричество. Если кусок медной проволоки нагреть с одного конца, электроны будут двигаться по проволоке к более холодному концу и создавать температурный градиент вдоль проволоки. Тепло превратилось в энергию. Тот же принцип, открытый Вольтом и Зеебеком, применим к термопаре.

Если температура спаев термопары одинакова, на стыках будет генерироваться равная и противоположная ЭДС, и ток будет равен нулю. Если переходы имеют разные температуры, ЭДС не будет равняться нулю, и ток будет течь по цепи так же, как тепло, протекающее по медному проводу. Поток ЭДС через цепь зависит от металлов и температуры двух переходов, которая измеряется измерителем.

ЭДС в цепи термопары очень мала, в милливольтах, и требует высокочувствительного прибора для определения генерируемой ЭДС. Обычно используются гальванометры и потенциометры, уравновешивающие напряжение, причем потенциометр используется наиболее часто.

 Потенциометр измеряет разность потенциалов, сравнивая неизвестное напряжение с опорным напряжением. Он может обеспечить высокоточные измерения. Он представляет собой трехконтактный переменный резистор и действует как регулируемый делитель напряжения. Гальванометр измеряет очень малые электрические токи. Они используются для измерения нулевого отклонения или нулевого тока.

Потенциометр и Гальванометр

 

Чтобы термопара могла произвести абсолютное измерение, она должна быть привязана к известной температуре, такой как замерзание, на другом конце кабеля датчика. Горячий спай является измерительным узлом, а холодный спай, как показано на диаграмме ниже, является точкой отсчета, где располагается микросхема компенсации холодного спая. Температура холодного спая может варьироваться, но является справочной. Холодный спай можно зафиксировать, погрузив его в воду для поддержания постоянной температуры.

Окружающий воздух может влиять на эталонную температуру. Его можно откалибровать и отрегулировать с помощью устройства компенсации холодного спая.

Простое изображение термопары

 

Использование защитной гильзы

В некоторых случаях применения термопар требуется использование защитной гильзы. Это устройство используется для защиты термопары от технологической среды и состоит из закрытой трубы или твердого стержня, установленного внутри указанной среды. Защитные гильзы чаще всего используются на нефтеперерабатывающих или химических заводах, чтобы продлить срок службы термопар. В зависимости от области применения могут использоваться различные типы защитных гильз. Некоторые из этих типов включают:

• Прямые защитные гильзы

• Ступенчатые защитные гильзы

• Конические защитные гильзы

Защитные гильзы также классифицируются по способу их подключения к термопаре или термистору. Эти типы подключений могут включать:

• Соединения под сварку внахлест

• Фланцевые соединения

• Резьбовые соединения

• Соединения с уплотнительным кольцом

• Сварные соединения

Компания Технонагрев производит различные термопары для промышленных систем нагрева.

Ознакомиться с нашим ассортиментом и характеристиками термопар можно на странице товара. Звоните нам для получения дополнительной информации или оставляйте свои вопросы в форме на сайте.

Термопара и принципы ее применения

Термопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) дает следующее определение термопары:

Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь (измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу (см. рисунок). Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключёнными к клеммам вторичного преобразователя, но вторичный преобразователь измеряет разность их сигналов, таким образом, две термопары вместе измеряют перепад температур между своими рабочими спаями.

Принцип действия

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Когда концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов, пропорциональная разности температур. Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом термоэдс. У разных металлов коэффициент термоэдс разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термоэдс в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.

Принципиальная схема включения двух термопар

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термоэдс, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.

Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик :

• Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
• Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
• При использовании длинных удлинительных проводов, во избежании наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
• По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
• Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
• Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
• Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Применение термопар

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а так же в автоматизированных системах управления и контроля. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

Преимущество термопар

• Большой температурный диапазон измерения: от 200 °C до 1800—2500 °C
• Простота
• Дешевизна
• Надежность

Недостатки

• Точность более 1 °C труднодостижима, необходимо использовать термометры сопротивления или термисторы.
• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
• Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный
• Зависимость ТЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
• Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
• На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Типы термопар

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94.Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

1. платинородий-платиновые — ТПП13 — Тип R
2. платинородий-платиновые — ТПП10 — Тип S
3. платинородий-платинородиевые — ТПР — Тип B
4. железо-константановые (железо-медьникелевые) ТЖК — Тип J
5. медь-константановые (медь-медьникелевые) ТМКн — Тип Т нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые) ТНН — Тип N.
6. хромель-алюмелевые — ТХА — Тип K
7. хромель-константановые ТХКн — Тип E
8. хромель-копелевые — ТХК — Тип L
9. медь-копелевые — ТМК — Тип М
10. сильх-силиновые — ТСС — Тип I
11. вольфрам и рений — вольфрамрениевые — ТВР — Тип А-1, А-2, А-3

Точный состав сплава термоэлектродов для термопар из неблагородных металлов в МЭК 60584-1 не приводится. НСХ для хромель-копелевых термопар ТХК и вольфрам-рениевых термопар определены только в ГОСТ Р 8.585-2001.

В стандарте МЭК данные термопары отсутствуют. Тип L установлен только в немецком стандарте DIN и стандартные таблицы отличаются от таблиц для термопар ТХК. В настоящее время стандарт МЭК 60584 пересматривается. Планируется введение в стандарт вольфрам-рениевых термопар типа А-1, НСХ для которых будет соответствовать отечественным стандартам, и типа С по стандарту АСТМ — ASTM International — (American Society for Testing and Materials).

Вернуться в раздел «Статьи»

Все, что вам нужно знать

Что такое термопара?

Термопара – это датчик, который измеряет температуру. Он состоит из двух различных типов металлов, соединенных вместе на одном конце. Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое можно соотнести с температурой. Термопара — это простой, надежный и экономичный датчик температуры, используемый в широком диапазоне процессов измерения температуры.

Термопары производятся в различных стилях, таких как зонды термопары, зонды термопары с разъемами, зонды термопары с переходным соединением, инфракрасные термопары, термопары с неизолированным проводом или даже просто провод термопары.

Термопары обычно используются в самых разных областях. Из-за их широкого спектра моделей и технических характеристик чрезвычайно важно понимать их базовую структуру, функциональные возможности, диапазоны, чтобы лучше определить правильный тип термопары и материал термопары для приложения.

Как работает термопара?

Когда две проволоки из разнородных металлов соединены с обоих концов и один из концов нагрет, в термоэлектрической цепи протекает непрерывный ток.

Если эта цепь разорвана в центре, результирующее напряжение холостого хода (напряжение Зеебека) зависит от температуры перехода и состава двух металлов. Это означает, что когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, возникает напряжение, которое можно соотнести с температурой.

Узнать больше

Зонды термопары или проволока термопары?

Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок. Наиболее распространенными являются термопары из неблагородных металлов, известные как типы J, K, T, E и N. Существуют также высокотемпературные калибровки, также известные как термопары из благородных металлов, — типы R, S, C и GB.

Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и окружающую среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре.

Хотя калибровка термопары определяет диапазон температур, максимальный диапазон также ограничен диаметром провода термопары. То есть очень тонкая термопара может не охватить весь температурный диапазон.

Термопары типа K известны как термопары общего назначения из-за их низкой стоимости и температурного диапазона.

Узнать больше

Как выбрать термопару? Поскольку термопара может принимать различные формы и формы, важно понимать, как правильно выбрать правильный датчик.

Чаще всего при выборе используются такие критерии, как температурный диапазон, химическая стойкость, стойкость к истиранию и вибрации, а также требования к установке. Требования к установке также определяют выбор датчика термопары.

Существуют различные типы термопар, и их применение может различаться. Открытая термопара лучше всего работает, когда требуется большое время отклика, но незаземленная термопара лучше работает в агрессивных средах.

Узнать больше

Как узнать, какой тип соединения выбрать?

Датчики термопары в защитной оболочке доступны с одним из трех типов соединения: заземленным, незаземленным или открытым.

На конце зонда с заземлением провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей передаче тепла снаружи через стенку зонда к спаю термопары. В незаземленном зонде спай термопары отсоединен от стенки зонда. Время отклика меньше, чем у заземленного типа, но незаземленный обеспечивает гальваническую изоляцию.

Какова точность и температурный диапазон различных термопар?

Важно помнить, что и точность, и диапазон зависят от таких факторов, как сплав термопары, измеряемая температура, конструкция датчика, материал оболочки, измеряемая среда, состояние среды (жидкая, твердая). , или газ) и диаметр либо провода термопары (если он открыт), либо диаметр оболочки (если провод термопары не открыт, а защищен оболочкой).

Узнать больше

Зонды термопары или проволока термопары?

Важно помнить, что единственная температура, которую измеряет датчик температуры, — это его собственная температура. Тем не менее, выбор датчика в виде зонда по сравнению с датчиком в виде провода зависит от того, как лучше всего настроить соединение термопары на температуру процесса, которую вы пытаетесь измерить.

Использование проволочного датчика может быть приемлемым, если жидкость не воздействует на изоляцию или материалы проводника, если жидкость находится в покое или почти в таком состоянии, а температура находится в пределах возможностей материалов. Но если жидкость коррозионная, высокотемпературная, находится под высоким давлением или течет по трубе, тогда датчик в виде зонда, возможно, даже с защитной гильзой, будет лучшим выбором.

Все сводится к тому, как лучше всего настроить спай термопары на ту же температуру, что и процесс или материал, температуру которого вы пытаетесь измерить, чтобы получить необходимую информацию.

Узнать больше

Техническое обучение

Часто задаваемые вопросы о термопарах

Техническое обучение

Измерение температуры в электромагнитной среде

Техническое обучение

Что такое компенсация холодного спая для зонда термопары?

Техническое обучение

RTD и термопары для приложений с технологической вибрацией

Что такое термопара? Как они работают?

Что такое термопара? Как они работают?

Термопара – это устройство для измерения температуры. Он состоит из двух разнородных металлических проводов, соединенных вместе, образуя соединение. Когда спай нагревается или охлаждается, в электрической цепи термопары возникает небольшое напряжение, которое можно измерить и которое соответствует температуре.

Теоретически для изготовления термопары можно использовать любые два металла, но на практике обычно используется фиксированное число типов. Они были разработаны для улучшения линейности и точности и состоят из специально разработанных сплавов.

Термопары  могут быть изготовлены практически для любого применения. Они могут быть надежными, быстродействующими и измерять очень широкий диапазон температур.

Посмотрите наш ассортимент термопар

A title

Image Box text

Вам нужны

Термопары для вашего применения?

Наш ассортимент термопар

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Что делает термопара?

Термопара — это просто датчик, который используется для измерения температуры. Эта конструкция датчика состоит из двух разнородных металлических проводов, которые соединены вместе на одном конце и подключены к прибору, способному принимать входной сигнал термопары и измерять показания. Термопары могут обеспечивать измерение температуры в широком диапазоне температур в зависимости от того, какой тип термопары вы используете.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом термопар

Пример термопары, изготовленной компанией Process Parameters

Схема термопары

Что делает термопара?

Термопара — это просто датчик, который используется для измерения температуры. Эта конструкция датчика состоит из двух разнородных металлических проводов, которые соединены вместе на одном конце и подключены к прибору, способному принимать входной сигнал термопары и измерять показания. Термопары могут обеспечивать измерение температуры в широком диапазоне температур в зависимости от того, какой тип термопары вы используете.

Типы термопар

Датчик термопары

Что такое датчик термопары?

Что понимается под термопарой? Теперь у нас есть понимание того, как работает термопара и что такое термопары, один из популярных вопросов — что такое зонд термопары?

Зонд термопары представляет собой конструкцию датчика, в которой он изготовлен. Независимо от того, является ли датчик термопарой типов K, J, T, N, все эти типы термопар могут быть изготовлены в трубке, корпусе или конструкции одинакового размера. Чтобы получить представление о типовых доступных конструкциях, ознакомьтесь с некоторыми из наших датчиков термопар.

Как выглядит термопара? Термопары выглядят по-разному из-за конструкций, в которых они изготовлены. Хотя сама термопара представляет собой два оголенных провода, соединенных вместе, эти два провода можно поместить в различные конструкции, чтобы защитить их и продлить срок службы.

Термопара типа K

Что такое термопара типа K?

Популярный вопрос: что такое термопара типа K?

Термопара типа K изготовлена ​​из двух разнородных металлов: никель-хром / никель-алюмель. Термопара типа K является наиболее популярным типом термопары, поскольку она недорогая, точная, надежная (в зависимости от конструкции, используемой для вашего приложения) и охватывает широкий диапазон температур.

Термопары типа K могут найти широкое применение благодаря своим возможностям в широком диапазоне температур. Максимальная постоянная температура составляет около 1100 °C.

Термопары с вилкой или кабелем можно идентифицировать по цветовой маркировке. В этом случае тип K зеленый. Если у вас есть кабель, зеленая ножка — плюс, а белая — минус.

Термопара типа K

Термопара типа J

Что такое термопара типа J?

Так что же такое термопара типа J? Термопары типа J также очень распространены. Он имеет меньший диапазон температур, чем термопары типа K, с диапазоном от 0 до 600 ° C. Тип J состоит из двух разнородных металлов: железа / медно-никелевого сплава (также известного как константан). С точки зрения стоимости они очень похожи на тип K.

No related posts.