Термопара принцип работы: устройство и принцип работы простым языком, типы

Принцип работы термопары. Статья компании Технонагрев

Термопара — это обычный элемент измерения температуры, который очень часто сейчас используется в различном оборудовании. Термопара имеет четкое соответствие сигнала температуры и возникающего электрического потенциала, тем самым делая возможным преобразование электрических параметров в значение температуры.

Принцип работы термопары заключается в том, что когда два разных проводника или полупроводника A и B образуют цепь и два их конца соединены друг с другом, пока температура в двух узлах разная, температура на одном конце равна t ( что называется рабочим концом или горячим концом), а температура на другом конце равна t0 (известном как свободный конец, который также известен как контрольный конец или холодный конец), петля будет генерировать электродвижущую силу, направление и размер которой связаны с материалом проводника и температурой двух контактов. 

Это явление называется термоэлектрическим эффектом, а схема, состоящая из двух проводников, называется термопарой.

Эти два проводника называются термоэлектрическим полюсом, а генерируемая электродвижущая сила называется термоэлектрической электродвижущей силой.

Термоэлектрическая ЭДС состоит из двух частей. Одна — это контактная ЭДС двух проводников, а другая — ЭДС разности температур одного проводника. Величина термоэлектрической ЭДС в контуре термопары напрямую связана с материалом проводника и температурой двух контактов, но не с формой и размером датчика термопары. Когда два электродных материала термопары зафиксированы, термоэлектрическая ЭДС будет иметь температуру двух контактов t и t0.

Это соотношение широко используется при практическом измерении температуры. Поскольку холодный конец t0 постоянен, термоэлектрическая ЭДС, создаваемая датчиком термопары, изменяется только с температурой горячего конца (измерительного конца), то есть определенная термоэлектрическая ЭДС соответствует определенной температуре. Достичь цели измерения температуры можно только путем измерения термоэлектрической ЭДС.

Основной принцип измерения температуры термопарой заключается в том, что два разных компонента проводников из материала образуют замкнутую цепь.

Когда на обоих концах есть температурный градиент, через цепь будет проходить ток, а затем возникнет электродвижущая сила — термоэлектрическая электродвижущая сила между двумя концами, что является так называемым эффектом Зеебека. Два типа однородных проводников с разными компонентами — это термоэлектрические полюса, один с более высокой температурой — рабочий конец, другой с более низкой температурой — свободный конец, а свободный конец обычно имеет постоянную температуру. В соответствии с функциональным соотношением между термоэлектрической ЭДС и температурой составляется градуированная таблица термопары. Градуировочная таблица получается, когда температура свободного конца составляет 0 ℃, и разные термопары имеют разные градуированные таблицы.

Когда третий металлический материал подключен к цепи термопары, пока температура двух контактов материала одинакова, термоэлектрический потенциал, создаваемый датчиком термопары, останется неизменным, то есть на него не повлияет третий металл в цепи. Следовательно, когда термопара используется для измерения температуры, ее можно подключить к измерительному прибору, и температура измеряемой среды может быть известна после измерения термоэлектрической ЭДС. При измерении температуры термопары необходимо, чтобы температура ее холодного конца (измерительный конец — это горячий конец, а конец, соединенный с измерительной схемой через подводящий провод, называется холодным концом), должна оставаться неизменной, а ее тепловой потенциал пропорционален измеренной температуре. Если температура холодного конца (окружающей среды) изменится во время измерения, это серьезно повлияет на точность измерения. Принятие некоторых мер для компенсации влияния, вызванного изменением температуры холодного конца, называется нормальной компенсацией холодного конца термопары. Специальный компенсационный провод используется для соединения с измерительным прибором.

В компании ТЕХНОНАГРЕВ вы можете заказать изготовление термопар типов К или J с необходимой вам формой и параметрами. Подробнее о наших термопарах смотрите на странице здесь.

Принцип действия и принцип работы термопары

В рамках данной статьи мы рассмотрим принцип действия, недостатки, преимущества и особенности термопары – температурного датчика, широко используемого в промышленности.

В основе принципа работы термопары лежит явление, описанное Томасом Зеебеком в далеком 1822 году: при разности температур на измерительных контактах, расположенных на гомогенном материале, обладающем свободными зарядами, возникает разность потенциалов, или же напряжение.

Иными словами, вышеописанные условия приводят к возникновению термоэлектродвижущей силы (ТЭДС). Стоит отметить, что ТЭДС генерируется по всем длине термоэлектрода, а не в месте спая, что дает возможность понять соответствующие ограничения по точности, установленные самой природой процесса.

Как уже был сказано выше, ТЭДС возникает по всей длине электрода, а потому показания термопары определяются состоянием электродов в зоне с максимальным температурным градиентом. Исходя из этого, проверка термопар проводится при том же состоянии среды, как и на рабочем объекте.

Преимущества термопары

• Простота изготовления, прочность конструкции и надежность.
• Возможность использования в широком температурном диапазоне. Термопара является наиболее высокотемпературным из всех существующих контактных датчиков.
• Возможности приведения спая термопары в прямой контакт с объектом измерения и непосредственного заземления.

Недостатки термопары

• Термоэлектрическая неоднородность в проводниках, приводящая к изменению градуировочной характеристики. Вследствие термоэлектрической неоднородности возникают различные химические процессы (коррозия и т.д.), изменяющие состав сплава термопары.
• Контроль температуры холодных спаев. Как правило, все современные измерительные конструкции на основе термопар имеют полупроводниковый сенсор или встроенный тиристор для внесения корректировок в измененную ТЭДС в автоматическом режиме.
• Подверженность электродов воздействию агрессивных сред, в случае если корпус термопары недостаточно герметичен.
• Вероятность возникновения эффекта «антенны» при большой длине проводов термопары.
• Нелинейная зависимость ТЭДС от температуры, что усложняет разработку вторичных преобразователей сигнала.
• Необходимость обеспечения электрической изоляции преобразователя сигнала при повышенных требованиях к времени термической инерции термопары.

Термопары и их особенности

• Термопары из неблагородных металлов.
• Термопары из благородных металлов.

— Хромель-алюмель – тип «К». Является наиболее распространенной среди термопар. Позволяет измерять температуры и диапазоне от -200 °С до +1350°С, может использоваться в атмосфере с избытком кислорода, не может использоваться в атмосфере серы.

— Хромель-копаль – тип L. Температурный диапазон: -200 °С до +800 °С.

— Хромель-константан – тип Е (от -40 °С до +900 °С). Главные преимущества – термоэлектрически однородный материал электродов и высокая чувствительность.

— Медь-константан – тип Т (от -250°С до +300 °С). Влагостойкая термопара, которая может использоваться при недостатке или же избытке кислорода.

— Железо-константан – тип J (от -40 °С до +750 °С). Рекомендуется в разряженной атмосфере.

— Платинородий-платинородиевая – тип B (до +1500 °С). Может использоваться в окислительной среде.

— Платинородий-платиновая – тип S и тип R (до +1350 °С)

Работа термопары предопределяется ее типом и характеристиками. При выборе термопары обязательно учитывайте свои потребности и возможности конкретной модели.

Рассказать друзьям!

Введение в термопары, рабочие типы и области применения

Здравствуйте, читатели приветствуют вас в новом посте. Здесь мы узнаем о Введение в термопары. Термопара представляет собой электрический прибор, который имеет два разных проводника для создания электрического соединения. Его работа основана на эффекте обратного видения и создает напряжение, используемое для определения значения температуры. Он работает как датчик температуры. Термопары менее дороги и используются для измерения различных значений температуры.

Его лучшая особенность заключается в том, что по сравнению с другими устройствами измерения температуры ему не требуется источник питания для начала работы. Но имеет некоторые недостатки, что не может измерить значение температуры для некоторых определенных градусов по Цельсию. В этом посте мы подробно обсудим все параметры этого датчика температуры. Итак, давайте начнем.

Знакомство с термопарами

• Термопара – это датчик, используемый для измерения температуры. Он имеет два разных металлических провода, образующих конфигурацию, подобную соединению.
• Если эти два металлических провода нагреваются и охлаждаются, формируется напряжение, и это напряжение дает значение изменения температуры.

• Это очень простое и менее дорогое устройство, которое в основном используется для измерения температуры.
• Различные типы конструкций, такие как датчики термопары, датчики с разъемами, инфракрасные термопары.
• Существуют различные типы термопар на основе конструкционных термопар, изготовленных из меди, которые называются Т-термопарами.
• Термопара, изготовленная из железа, называется термопарой J, а другой тип, изготовленный из алюмеля и хрома, называется термопарой K, которая обычно используется.
• Если более одной термопары создаются с использованием различных материалов, называемых термобатареей.

Принцип работы термопары

• Принцип работы термопары основан на обратном эффекте. В соответствии с эффектом обратного видения, когда 2 разных металлических провода соединяются, чтобы создать соединение, в замкнутой цепи индуцируется напряжение, которое прямо пропорционально температуре.
• На рисунке ниже показана схема термопар, измеряющих температуру. Два разных металлических провода соединяются в 2 соединениях, обозначенных как X и Y.

• X — измерительный узел, Y — опорная точка. В этой схеме есть модуль PMMC, подключенный
.
• Если эти два спая имеют разные значения температуры, холодный спай имеет ноль градусов по Цельсию, а значение измеряемого спая неизвестно, что необходимо измерить.
• Вольт или ЭДС будут генерироваться из-за различных значений температуры
• Генерируемая ЭДС имеет значения в милливольтах. Для измерения ЭДС используется прибор ПММС, включенный в цепь
.
• Если оба перехода имеют одинаковое значение температуры, создаваемая ЭДС будет одинаковой. Так будет течь нулевой ток и никакого движения в счетчике
• Если температура на переходах не одинаковая, то в счетчике будет проходить ток и в счетчике будет видно отклонение.
• Генерируемая ЭДС находится в прямой зависимости от разницы температур, а ток также находится в прямой зависимости от разницы температур. Следовательно, измеритель может измерять температуру напрямую

Преимущества термопары

• Он используется для измерения температуры, поскольку он передает изменение температуры с небольшой временной задержкой.
• Это самый лучший вариант для измерения температуры в одной точке

Недостатки термопары

• Его точность очень мала и не используется для высокоточных измерений.
• Необходимо избегать загрязнения для работы в течение большего интервала времени
• Они должны быть размещены на большем расстоянии от точки измерения, что уменьшает ошибки в ошибках

Это все, что касается введения в термопары, все детали были объяснены. Если у вас есть какие-либо вопросы, спросите в комментариях. Спасибо за прочтение, хорошего дня, увидимся в следующем посте.

Новое поступление алюминиевых плит, всего 2 доллара США

Купоны на сумму 54 доллара США также могут применяться к заказам на 3D-печать. Специальное предложение для 3D-печати начинается с 1,9 доллара США.0006

Автор: Генри

http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер, выпускник известного инженерного университета, также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также являюсь автором технического контента, мое хобби — исследовать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Строительство, работа, законы, преимущества и применение

23 июня 2021 г.

Термопара — это термоэлектрический преобразователь, используемый для измерения температуры. Это активный преобразователь, который напрямую преобразует изменение температуры (тепловую энергию) в электрическую энергию. Работает на явлениях термоэлектрич.

• В 1821 г. И.Дж. Сидбак обнаружил, что когда два металла из разных металлов соединяются вместе на обоих концах, так что на обоих концах существует два соединения. Предположим, что два контакта находятся при разных температурах, через соединение действует электродвижущая сила, которая обеспечивает циркуляцию тока в замкнутой цепи, образованной двумя металлами.
• Позднее профессор Пельтье показал, что существует разница температур между двумя спаями, образованными двумя разнородными металлами, когда между ними действует внешняя электродвижущая сила. Таким образом, одно соединение нагревается, поглощая тепло, а другое соединение становится холоднее, выделяя тепло. Это называется эффектом Пельтье.
• Профессор Томсон снова постулировал, что замкнутая цепь, образованная двумя разнородными металлами, индуцирует ЭДС и возникает из-за температурных градиентов вдоль проводников в цепи. Это называется эффектом Томсона.

Эффекты Пельтье и Томсона немного похожи. В основном ЭДС Пельтье значительно больше ЭДС Томсона, но она также зависит от используемых материалов. Следовательно, вышеупомянутые эффекты Сидбака, Пельтье и Томсона составляют основу термоэлектрического преобразователя, термопары. Давайте посмотрим на конструкцию и работу термопары.

Конструкция термопары :

Термопары изготовлены из двух разных металлов, которые существуют в виде проводов. Концы двух проводов могут быть скручены, свинчены, зажаты или сплавлены вместе.

Как правило, два конца соединяются витой сваркой и сваркой встык. В скрученном сварном соединении соединение образуется путем скручивания двух проволок и их сварки вместе. При сварке встык концы двух проволок сплавляются в виде круглого изгиба. Ниже показана термопара, образованная двумя разнородными металлами.

Вокруг соединения и части удлинительных проводов предусмотрено защитное покрытие. Если измеряемая температура высокая, провод должен быть тяжелее. Также время отклика уменьшается с увеличением размера провода.

Следовательно, при выборе преобразователя для измерения температуры необходимо соблюдать два вышеуказанных условия. Как правило, для недрагоценных металлов используется проволока диаметром от 1,5 до 3 мм, а для благородных металлов используется проволока диаметром 0,5 мм.

Работа термопары :

В датчике термопары из двух спаев один называется горячим спаем или измерительным спаем, который размещается в технологической среде, температура которой должна измеряться. Другой спай называется холодным спаем или эталонным спаем, в котором поддерживается постоянная эталонная температура.

При наличии разницы температур между горячим и холодным спаями. На свободных концах возникает ЭДС из-за температурного градиента, измеряемая милливольтметром. Величина ЭДС индукции зависит от разницы температур между двумя переходами и материала, из которого изготовлена ​​термопара.

Температура определяется путем калибровки милливольтметра. Поскольку температура холодного спая равна 0°С, ЭДС индукции, измеряемая вольтметром, является функцией температуры горячего спая. Очень важно поддерживать холодный спай при 0°C, чтобы избежать ошибок из-за изменения комнатной температуры.

Материалы, используемые для термопары:

Выбор термопары для конкретного применения зависит от различных факторов, таких как измеряемая температура, атмосферные условия, в которых будет использоваться термопара, требуемое выходное напряжение и точность измерения. Различные металлы, используемые для создания термопар для измерения различных температур, показаны в табличной форме ниже.

Положительный провод	Отрицательный провод	Type of Thermocouple	Temperature Range
Copper	Constantan	T	-250°C to 400°C
Iron	Constantan	J	-200°C to 850° C
Chromel	Alumel	K	-200°C to 100°C
Chromel	Constantan	E	-200°C to 850°C
Platinum and Rhodium	Platinum	S	0°C to 1400°C
Tungsten	Molybdenum	—	0°C to 2700°C
Tungsten	Rhenium	—	0° C до 2600°C

Из приведенной выше таблицы видно, что выходное напряжение термопары медь-константан высокое при высокой чувствительности. Термопара железо-константан широко используется в промышленности, но железо может легко окисляться при температуре выше 750°C. Вольфрам-молибденовая термопара может использоваться для измерения высоких температур. Следовательно, термопары могут использоваться для широкого диапазона температур (от -200°C до 2800°C).

Законы термопары:

1. Закон однородных цепей:

Согласно закону однородных цепей, электрический ток не может протекать в цепи, состоящей из одного однородного металла, когда к ней приложено только тепло.

2. Закон промежуточных металлов :

Закон промежуточных металлов гласит, что ЭДС, возникающая в цепи, состоящей из двух разнородных однородных металлов с соединениями при двух разных температурах, не изменится, если в цепь ввести третий однородный металл. цепь термопары до тех пор, пока температура двух переходов, образованных третьим металлом, такая же, как температура металлов термопары.

Практическое значение:

• Позволяет использовать удлинительные провода из металла, отличного от металла, используемого для изготовления термопар.
• Позволяет использовать измерительные приборы в цепи, не влияя на ЭДС, создаваемую термопарой, и не нарушая ее.
• Позволяет использовать соединительные материалы или материалы для пайки для формирования спая термопары, не влияя на характеристики спая.

3. Закон промежуточных температур:

Закон промежуточной температуры гласит, что ЭДС, развиваемая термопарой, имеющей спаи при температурах T ₁ и T ₃ , равна сумме ЭДС, развиваемой двумя термопарами, имеющими спаи при температурах T ₁ и T ₂ , Т ₂ и Т ₃ соответственно.

Практическая значимость:

• Закон промежуточной температуры используется при корректировке показаний термопары в случае, если температура эталонного (или холодного) спая отличается от температуры, при которой термопара была откалибрована.

Преимущества термопары:

• Это активный преобразователь, т.

  No related posts.