Термопары принцип действия: Принцип действия термопар (термоэлектрический преобразователь)

Содержание

Принцип действия термопар (термоэлектрический преобразователь)

     Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое для измерения температуры в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики.

 

     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 одинаковые термопары, соединенные навстречу друг другу. 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.

 

 

Схема термопары типа К. При температуре спая проволок из хромеля и алюмеля равной 300 °C и температуре свободных концов 0 °C развивает термо-ЭДС 12,2 мВ.

 

Фотография термопары

 

Принцип действия

 

     Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными от нуля коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.

 

Способ подключения (Схема 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 термо-ЭДС, 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 избежание 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 также 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.

 

     В 1920-х — 1930-х годах термопары использовались для питания простейших радиоприемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т. п.) с использованием открытого огня.

 

Преимущества термопар

 

  • Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С).
  • Большой температурный диапазон измерения: от −250 °C до +2500 °C.
  • Простота.
  • Дешевизна.
  • Надёжность.

 

Недостатки

 

  • Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
  • 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 датчика 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 нелинейна. 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.

 

  • платинородий-платиновые
  • платинородий-платиновые
  • платинородий-платинородиевые
  • железо-константановые (железо-медьникелевые)
  • медь-константановые (медь-медьникелевые)
  • нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые)
  • хромель-алюмелевые
  • хромель-константановые
  • хромель-копелевые
  • медь-копелевые
  • сильх-силиновые
  • вольфрам и рений — вольфрамрениевые

 

     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. По этой причине характеристики импортных датчиков из этих металлов могут существенно отличаться от отечественных, например импортный Тип L и отечественный ТХК не взаимозаменяемы. При этом, как правило, импортное оборудование не рассчитано на отечественный стандарт.

 

     В настоящее время стандарт МЭК 60584 пересматривается. Планируется введение в стандарт вольфрам-рениевых термопар типа А-1, НСХ для которых будет соответствовать российскому стандарту, и типа С по стандарту АСТМ.

 

     В 2008 г. МЭК ввел два новых типа термопар: золото-платиновые и платино-палладиевые. Новый стандарт МЭК 62460 устанавливает стандартные таблицы для этих термопар из чистых металлов. Аналогичный Российский стандарт пока отсутствует.

 

Сравнение термопар

 

     Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопары. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью В±0.0025Г—T имела бы точность В±2.5 В°C в 1000 В°C.

 

Тип термопары

Темп. коэффициент,

μV/°C

Температурный диапазон °C (длительно) Температурный диапазон °C (кратковременно) Класс точности 1 (°C) Класс точности 2 (°C)
K
41
0 до +1100 −180 до +1300 ±1.5 от −40 °C до 375 °C
±0.004×T от 375 °C до 1000 °C
±2.5 от −40 °C до 333 °C
±0.0075×T от 333 °C до 1200 °C
J 55.2 0 до +700 −180 to +800 ±1.5 от −40 °C до 375 °C
±0. 004×T от 375 °C до 750 °C
±2.5 от −40 °C до 333 °C
±0.0075×T от 333 °C до 750 °C
N   0 до +1100 −270 to +1300 ±1.5 от −40 °C до 375 °C
±0.004×T от 375 °C до 1000 °C
±2.5 от −40 °C до 333 °C
±0.0075×T от 333 °C до 1200 °C
R   0 до +1600 −50 to +1700 ±1.0 от 0 °C до 1100 °C
±[1 + 0.003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C
±1.5 от 0 °C до 600 °C
±0.0025×T от 600 °C до 1600 °C
S   0 до 1600 −50 до +1750 ±1.0 от 0 °C до 1100 °C
±[1 + 0.003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C
±1.5 от 0 °C до 600 °C
±0.0025×T от 600 °C до 1600 °C
B   +200 до +1700 0 до +1820   ±0. 0025×T от 600 °C до 1700 °C
T   −185 до +300 −250 до +400 ±0.5 от −40 °C до 125 °C
±0.004×T от 125 °C до 350 °C
±1.0 от −40 °C до 133 °C
±0.0075×T от 133 °C до 350 °C
E 68 0 до +800 −40 до +900 ±1.5 от −40 °C до 375 °C
±0.004×T от 375 °C до 800 °C
±2.5 от −40 °C до 333 °C
±0.0075×T от 333 °C до 900 °C

 

Источник: wikipedia

 

Термопара — принцип работы | Сиб Контролс

Принцип работы термопар

Если два провода из разнородных металлов соединены друг с другом на одном конце, на другом конце данной конструкции, за счет контактной разницы потенциалов, появляется напряжение (ЭДС), которое зависит от температуры. Иными словами, соединение двух разных металлов ведет себя как гальванический элемент, чувствительный к изменению температуры. Такой вид температурного сенсора называется термопарой:

 

Данное явление предоставляет нам простой путь для нахождения электрического эквивалента температуры: необходимо просто измерить напряжение и Вы можете определить температуру этого места соединения двух металлов. И это было бы просто, если бы не следующее условие: когда Вы присоедините любой вид измерительного прибора к проводам термопары, то неизбежно сделаете второе место соединения разнородных металлов.

Следующая схема показывает, что железо — медное соединение J1 обязательно дополняется вторым железо — медным соединением J2 противоположной полярности:

Соединение J1 железа и меди (двух разнородных металлов) будет генерировать напряжение, зависящее от измеряемой температуры. Соединение J2, которое фактически необходимо , что мы каким-то образом подключили наши медные входные провода вольтметра к железной проволоке термопары, также соединение разнородных металлов, которое тоже будет генерировать напряжение, зависящее от температуры. Далее необходимо отметить, что полярность соединения J2 противоположна полярности соединения J1 (железный провод положительный; медный — отрицательный). В данное схеме имеется так же третье соединение (J3), но оно не оказавает влияние, потому что это соединение двух идентичных металлов, которое не создает ЭДС. Генерация второго напряжения соединением J2 помогает объяснить, почему вольтметр регистрирует 0 вольт, когда вся система будет при комнатной температуре: любые напряжения созданные точками соединения разнородных металлов будут равны по величине и противоположны по полярности, что и приведет к нулевым показаниям. Только тогда, когда два соединения J1 и J2 находятся при разных температурах, вольтметр зарегистрирует какое-то напряжение.

Мы можем выразить эту связь математически следующим образом:

Vmeter = VJ1 − VJ2

Понятно, что вольтметр «видит» только разницу между этими двумя напряжениями, генерируемыми в точках соединения.

Таким образом, термопары – это исключительно дифференциальные температурные сенсоры. Они формируют электрический сигнал, пропорциональный разнице температур между двумя различными точками. Поэтому, место соединения (спай), которое мы используем,чтобы измерить необходимую температуру, называют «горячим» спаем, в то время как другое место соединения (от которого мы никак не можем избежать) называется «холодным» спаем. Такое название произошло от того, что обычно, измеряемая температура выше температуры, в которой находится измерительный прибор. Большая часть сложностей применения термопар связана с именно напряжением «холодного» спая и необходимости иметь дело с этим (нежелательным) потенциалом. Для большинства применений необходимо измерять температуру в одной определённой точке, а не разницу температур между двумя точками, что делает термопара по определению.

Существует несколько методов, чтобы заставить датчик температуры на базе термопары измерять температуру в нужной точке, и они будут рассмотрены ниже.

Студенты и профессионалы очень часто находят общий принцип влияния «холодного» спая и его эффектов невероятно запутанным. Чтобы разобраться в данном вопросе, необходимо вернуться к простому контуру с железо — медными проводами, показанному ранее как «отправная точка», а затем вывести поведение данного контура, применяя первый закон Кирхгоффа: алгебраическая сумма напряжений в любом контуре должна быть равна нулю. Мы знаем, что соединение разнородных металлов создает напряжение, если его температура выше абсолютного нуля. Мы также знаем, что с тем, чтобы сделать полный контур из железного и медного провода, мы должны сформировать второе соединение железа и меди, полярность напряжения этого второго соединения будет обязательно противоположной полярности первого. Если мы обозначим первое соединение железа и меди как J1, а J2 второе, мы абсолютно уверенны в том, что напряжение, измеренное вольтметром в этой схеме, будет VJ1 − VJ2.

Все контуры термопары – независимо от того, простые они или сложные – демонстрируют эту фундаментальную особенность. Необходимо мысленно представить простой контур из двух разнородных металлических проводов и затем, выполняя «мысленный эксперимент», определить, как этот контур будет вести себя в местах соединения при одинаковой температуре и при различных температурах. Это — лучший способ для любого человека понять, как работают термопары.

принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.

Стандартная термопара
Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термопары

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Спай термопары

В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.

Цепь термопары

Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.

Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.

Воздействие нагрева одного спая термопары

Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Рабочий спай и холодный спай

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Типы термопар и диапазон их температур

Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными. Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.

Цвет изоляции проводов термопар

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Потенциометр

Пирометр это продвинутый прибор для определения температуры любого объекта на основе инфракрасного датчика, который считывает невидимое инфракрасное излучение

Термистор чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала

Жидкостный термометр технический это прибор для измерения температуры технологических процессов при помощи жидкости, которая реагирует на изменение температуры

Ртутный термометр технический это прибор для измерения температуры, в котором в качестве жидкости используется ртуть, единственный жидкий метал

Биметаллический термометр это прибор для измерения температуры, принцип работы которого основан на расширении и сжатии твердых тел

Термопара принцип работы простым языком

Содержание

  1. Термопары: подробно простым языком
  2. Принцип работы термопары
  3. Спай термопары
  4. Холодный спай термопары
  5. Рабочий спай термопары (горячий)
  6. Типы термопары
  7. Неисправности термопары
  8. Термопара ТХА, ТХК, хромель-алюмель, ТПП: принцип работы
  9. Общие характеристики
  10. Принцип действия термопары
  11. Конструкция устройства
  12. Разновидности термопары
  13. Монтаж
  14. Преимущества и недостатки применения измерителя
  15. Термопара принцип работы
  16. Что такое термопара, принцип действия
  17. Устройство термопары
  18. Принцип работы термопары. Эффект Зеебека
  19. Компенсация температуры холодного спая (КХС)
  20. Конструкция термопары
  21. Удлиняющие (компенсационные) провода
  22. Схема подключения термопары
  23. Стандарты на цвета проводников термопар
  24. Точность измерения
  25. Быстродействие измерения
  26. Устройство и принцип действия
  27. Особенности устройства промышленной термопары
  28. Недостатки термопары
  29. Принцип работы термопары
  30. Погрешность измерений
  31. Устройство и принцип действия термопары
  32. Схема подключения термопары
  33. Как работает датчик пламени в газовом котле
  34. Основные типы термопар для газового котла
  35. Термопара в системе газового контроля
  36. Видео

Термопары: подробно простым языком

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.

Стандартная термопара

Принцип работы термопары

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Спай термопары

В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.

Цепь термопары

Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.

Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.

Воздействие нагрева одного спая термопары

Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Рабочий спай и холодный спай

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Типы термопар и диапазон их температур

Цвет изоляции проводов термопар

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Потенциометр

Источник

Термопара ТХА, ТХК, хромель-алюмель, ТПП: принцип работы

Практически каждое отопительное оборудование требует применения дополнительных элементов, предостерегающих систему от перегрева. Одним из таких контролеров считается термопара. Принцип ее работы заключается в регулярном измерении температурного режима для поддержания заданного значения.

Общие характеристики

Согласно Номинальных статических характеристик преобразования ГОСТ Р8. 585-2001 термопара – устройство, состоящее из 2-х разнородных контактирующих друг с другом проводников, предназначенное для измерения температуры. При изменении температурного режима на одном участке создается напряжение, вследствие чего происходит конвертация температуры в электроток.

Конструкция элемента устроена из двух разнотипных проводников, которые соединяются друг с другом в одном узле. Существует три типа соединений:

Зачастую в виде проводящих электроэнергию элементов применяется металлический проводник, однако встречаются случаи, когда вместо него используют полупроводниковые устройства.

Параметры устройства определяет материал, из которого изготовлены проводники. Понятно, что любой металл образует сопротивление, значит будет производить электроток. Но для корректной работы термопары используются определенные сплавы, которые выдают прогнозируемые вводные и точно с минимальной погрешностью определяют зависимость между температурой и сопротивлением. Для определенного диапазона должен использовать определенный материл.

ВИДЕО: Измерение температуры с помощью термопары

Принцип действия термопары

Вне зависимости от имени производителя, работа всех термопар основывается на термоэлектрической схеме, разработанной в 1821 году известным физиком Т.И. Зеебеком. Принцип действия термопары заключается в поочередном соединении двух разновидных переходника в одно замкнутое кольцо. Первый узел предназначен для нагрева, в результате чего, по кольцу образовывается электрический движущий заряд, который называется – термо-ЭДС. Под влиянием ЭДС-силы, по цепочке протекает электрически ток.

Схематическая работа устройства

Сама область нагрева называется узлом нагревательного предназначения, второй конец обозначается как холодный спай.

Чтобы измерить значение микро или милливольт электрической движущей силы, следует разъединить кольцо и соединить его при помощи микровольтметра. Количество милливольт полностью зависит от интенсивности нагрева соединений и температурного режима холодного узла. Принцип работы простым языком базируется на разности значений температуры двух соединительных спаев, между холодным и горячим обозначением.

Получается, что если область спая двух разных проводов нагреть, то в зоне несоединенных концов образуется разносторонний потенциал, измеряемый специальным инструментом. Преобразователи, разработанные по инновационным технологиям, возникшую разность электрической силы переводят в цифровые символы, обозначающие температурный режим нагрева соединенных узлами частей.

Конструкция устройства

Устройство производится разных форм и размеров. Подразделяется по конструктивному производству на два основных типа:

В первом случае устройство в месте соединения не имеет закрытого корпуса, выполняющего защитную функцию от разнообразных воздействий внешней окружающей среды. Данный вид обеспечивает быстрое определение инертности и температурного режима, не затрачивая на процесс много времени.

Термопара для котельного оборудования

Второй тип производится подобно зонду, который выполнен из металлической трубы с хорошей внутренней изоляцией, способной противостоять высоким температурным показателям. Изнутри термопар оснащен термоэлектрической системой. Конструкция с защитным корпусом не поддается воздействиям агрессивной среды.

Разновидности термопары

Принцип работы термопара достаточно прост и понятен, однако, прежде чем создать устройство своими руками, следует знать, чем отличаются такие модификации как ТХА,TKX, ТПП, ТСП, ТПР и ТВР, а также, по каким критериям и группам они распределяются.

Принцип работы термопары

Монтаж

Принципиальной разницы между установкой российского или европейского оборудования нет – схема везде одинакова. Мы опишем самый простой способ.

Контролер газовой плиты должен быть соединен максимально плотно, но чтобы его можно было снять по мере надобности.

Термопара для печи

Обратите внимание на то, чтобы обе трубы были направлены строго вниз.

Теперь разбираемся, как работает. Концевой выключатель всегда расположен на несколько сантиметров ниже пленума под автоматом контроля безопасности плиты. Когда пленум нагревается до предела, выключатель дает сигнал на отключение горелки и сразу же срабатывает вентилятор. В этот момент происходит резкое снижение температуры.

На некоторых устройствах вентилятор не останавливается. Причиной этого может быть выключенный контроль вентилятора (посмотрите на рычаг, он должен быть на отметке «вкл») либо выход из строя термостата. Как вариант, может быть установлен ручной режим вместо автоматического.

После установки устройства необходимо проверить правильность работы. И если настройка происходит в лабораторных условиях, то калибровать термопару можно и собственноручно.

Для этого снимаете крышку блока управления и смотрите на циферблат. Со стороны вентилятора есть 2 датчика, которые изначально настроены на 25°F. Вам нужно выставить верхний на 115°F, нижний – не меньше 90°F.

Если во время градуировки или калибровки отчетливо слышен запах газа, необходимо проверить уплотнители или вызвать службы газа на предмет выявления утечки.

Преимущества и недостатки применения измерителя

Температурный датчик, невзирая на простоту в устройстве, обладает как преимуществами, так и недостатками.

ВИДЕО: Сравнение термосопротивления и термопары. Основы измерения температуры от Emerson

Источник

Термопара принцип работы

Что такое термопара, принцип действия

Термопара – это устройство для измерения температур во всех отраслях науки и техники.

Устройство термопары

Принцип работы термопары. Эффект Зеебека

Работа термопары обусловлена возникновением термоэлектрического эффекта, открытым немецким физиком Томасом Зеебеком (Tomas Seebeck) в 1821 г.

Явление основано на возникновении электричества в замкнутом электрическом контуре при воздействии определенной температуры окружающей среды. Электрический ток возникает при наличии разницы температур между двумя проводниками (термоэлектродами) различного состава (разнородных металлов или сплавов) и поддерживается сохранением места их контактов (спаев). Устройство выводит на экран подсоединенного вторичного прибора значение измеряемой температуры.

Выдаваемое напряжение и температура находятся в линейной зависимости. Это означает, что увеличение измеряемой температуры приводит к большему значению милливольт на свободных концах термопары.

Компенсация температуры холодного спая (КХС)

Компенсация холодного спая (КХС) – это компенсация, вносимая в виде поправки в итоговые показания при измерении температуры в точке подсоединения свободных концов термопары. Это связано с расхождениями между реальной температурой холодных концов с вычисленными показаниями градуировочной таблицы для температуры холодного спая при 0°С.

КХС является дифференциальным способом, при котором показания абсолютной температуры находятся из известного значения температуры холодного спая (другое название эталонный спай).

Конструкция термопары

При конструировании термопары учитывают влияние таких факторов, как «агрессивность» внешний среды, агрегатное состояние вещества, диапазон измеряемых температур и другие.

Особенности конструкции термопар:

1) Спаи проводников соединяются между собой скруткой или скруткой с дальнейшей электродуговой сваркой (редко пайкой).

2) Термоэлектроды должны быть электрически изолированы по всей длине, кроме точки соприкосновения.

3) Способ изоляции подбирается с учетом верхнего температурного предела.

Материал должен быть термически и химически стойким, с хорошей теплопроводностью (металл, керамика). Использование чехла предотвращает коррозию в определенных средах.

Удлиняющие (компенсационные) провода

Данный вид проводов необходим для удлинения концов термопары до вторичного прибора или барьера.

Провода не используются в случае наличия у термопары встроенного преобразователя с унифицированным выходным сигналом.

Материал проводов может совпадать с материалом термоэлектродов, но чаще всего заменяется на более дешевый с учетом условий, предотвращающих образования паразитных (наведенных) термо-ЭДС. Применение удлиняющих проводов также позволяет оптимизировать производство.

Схема подключения термопары

Стандарты на цвета проводников термопар

Цветная изоляция проводников помогает отличить термоэлектроды друг от друга для правильного подключения к клеммам. Стандарты отличаются по странам, нет конкретных цветовых обозначений для проводников.

Точность измерения

Точность зависит от вида термопары, диапазона измеряемых температур, чистоты материала, электрических шумов, коррозии, свойств спая и процесса изготовления.

Термопарам присуждается класс допуска (стандартный или специальный), устанавливающий доверительный интервал измерений.

Быстродействие измерения

Быстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора.

Факторы, увеличивающие быстродействие:

Устройство и принцип действия

Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай. Схематически устройство изображено на рисунке 1.

Особенности устройства промышленной термопары

Термодатчики изготавливаются по большей части из неблагородных металлов. От воздействия внешней среды их закрывают трубой с фланцем, служащим для крепления прибора. Защитная арматура предохраняет проводники от влияния агрессивной среды и делается без шва. Материалом служит обычная (до 600ºС) или нержавеющая (до 1100ºС) сталь. Термоэлектроды изолируют друг от друга асбестом, фарфоровыми трубками или керамическими бусами.

Если терминал расположен близко, то провода термопары подключаются к нему напрямую, без дополнительных разъемов. При расположении измерительного прибора на удалении, при включении его в цепь свободные концы термопары размещаются в литой головке, прикрепленной к защитной трубе. Внутри располагаются латунные клеммники на фарфоровом основании для подключения компенсационных проводов, изготовленных из таких же материалов, что и термоэлектроды, но не обладающих точными и строго контролируемыми характеристиками. Они имеют меньшую стоимость и большую толщину. Их вводят в головку через штуцер с асбестовой прокладкой. Керамика служит для выравнивания температуры во всех местах соединения. Сверху располагается резьбовая защитная крышка с герметичным уплотнением.

На провода нельзя устанавливать обжимные оконцеватели, поскольку они могут ухудшить точность показаний. Из проволоки делают кольцо и зажимают его под винт.

Корректировка изменения температуры на клеммах может производиться электронным прибором, что повышает точность измерений.

Недостатков у термопары не так много, в особенности если сравнивать с ближайшими конкурентами (температурными датчиками других типов), но все же они есть, и было бы несправедливо о них умолчать.

Так, разность потенциала измеряется в милливольтах. Поэтому необходимо применять весьма чувствительные потенциометры. А если учесть, что не всегда приборы учета можно разместить в непосредственной близости от места сбора экспериментальных данных, то приходится применять некие усилители. Это доставляет ряд неудобств и приводит к лишним затратам при организации и подготовке производства.

Принцип работы термопары

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Погрешность измерений

Правильность температурных показателей, получаемых с помощью термопары, зависит от материала контактной группы, а также внешних факторов. К последним можно отнести давление, радиационный фон либо иные причины, способные повлиять на физико-химические показатели металлов, из которых изготовлены контакты.

состоит из следующих составных частей:

случайная погрешность, вызванная особенностями изготовления термопары;

погрешность, вызванная нарушением температурного режима «холодного» контакта;

погрешность, причиной которой послужили внешние помехи;

погрешность контрольной аппаратуры.

Устройство и принцип действия термопары

Действительно, постоянно находиться в зоне открытого пламени может далеко не каждый материал. Термоэлемент же изготовлен из металла, точнее, из нескольких металлов, поэтому высокой температуры не боится. При работе газовой котельной установки без него никак не обойтись, выход из строя термопары означает полную остановку агрегата и немедленный ремонт. Все дело в том, что термоэлемент работает совместно с электромагнитным отсекающим клапаном, перекрывающим вход в топливный тракт. Стоит только этой детали выйти из строя, как клапан закроется, подача топлива прекратится и горелочное устройство потухнет.

Чтобы лучше понять принцип работы термопары газового котла, стоит рассмотреть схему, представленную на рисунке.

В основе этого принципа лежит следующее физическое явление: если надежно соединить между собой 2 разнородных металла, а потом место соединения нагревать, то на холодных концах этого спая появится разница потенциалов, то есть, напряжение. А при подключении к ним измерительного прибора цепь замкнется и возникнет постоянный электрический ток. Напряжение будет совсем небольшим, но этого вполне достаточно, чтобы в чувствительной катушке электромагнитного клапана возникла индукция и он открылся, позволяя топливу пройти к запальнику.

Для справки. Некоторые современные электромагнитные клапаны настолько чувствительны, что остаются открытыми, пока напряжение на входе не станет ниже 20 мВ. Термоэлемент в обычном рабочем режиме вырабатывает напряжение порядка 40—50 мВ.

Соответственно, устройство термопары газового котла основано на описанном явлении, носящем название эффекта Зеебека. Две детали из различных металлов прочно соединяются между собой в одной или нескольких точках, при этом качество соединения играет большую роль. Оно влияет на рабочие параметры элемента и долговечность его эксплуатации. Место соединения и будет той самой рабочей частью, помещаемой в зону открытого огня.

Поскольку для изготовления термоэлементов применяется множество различных пар металлов, не вдаваясь в подробности, отметим, что в термопаре для газового котла используется пара хромель – алюминий. К холодным концам этих металлов приварены проводники, заключенные в защитную оболочку. Второй конец проводников вставляется в соответствующее гнездо автоматики агрегата и закрепляется с помощью зажимной гайки.

В процессе розжига запальника и горелки газового котла для подачи топлива мы открываем электромагнитный клапан вручную, нажимая на его шток. Газ попадает на запальник и поджигается, а термопара находится рядом и нагревается от его пламени. Спустя 10—30 сек кнопку можно отпускать, так как термоэлемент уже начал вырабатывать напряжение, удерживающее шток клапана в открытом состоянии.

Схема подключения термопары

Наиболее распространенными способами подключения измерительных приборов к термопарам являются так называемый простой способ, а также дифференцированный. Суть первого метода заключается в следующем: прибор (потенциометр или гальванометр) напрямую соединяется с двумя проводниками. При дифференцированном методе спаивается не одни, а оба конца проводников, при этом один из электродов «разрывается» измерительным прибором.

Нельзя не упомянуть и о так называемом дистанционном способе подключения термопары. Принцип работы остается неизменным. Разница лишь в том, что в цепь добавляются удлинительные провода. Для этих целей не подойдет обычный медный шнур, так как компенсационные провода в обязательном порядке должны выполняться из тех же материалов, что и проводники термопары.

Как работает датчик пламени в газовом котле

Датчик ионизации пламени – прибор, который призван обеспечить безопасную работу газового котельного оборудования. Устройство следит за наличием огня, и при обнаружении отсутствия пламени автоматически отключает котел. Принцип работы датчика пламени газового котла предусматривает следующее:

К ключевым причинам срабатывания датчика ионизации относят загрязнение клапана и некорректное соотношение уровня «газ-воздух». Также это происходит при оседании большого количества пыли на устройстве розжига.

Основные типы термопар для газового котла

При изготовлении термоэлектрических преобразователей применяют сплавы благородных и неблагородных металлов. Для конкретных диапазонов рабочих температур используют определенные группы сплавов.

В зависимости от металлических пар, применяемых при изготовлении, приборы делятся на несколько типов.

Для работы котельного оборудования на газовом топливе чаще всего используют следующие типы устройств:

Термопара для газового котла типа J

Следующие образцы продукции находят применение в сфере тяжелой промышленности:

Также изготавливаются и другие варианты аналогичных приборов из сплавов благородных металлов, которые актуальны в тяжелой промышленности и литейном производстве.

Термопара в системе газового контроля

При эксплуатации газового оборудования требуется энергонезависимая автоматика, что способствует оперативному перекрытию подачи газа в случае, если внезапно погаснет пламя. В современных отопительных котлах с газовой горелкой предусмотрена система газ-контроль, которая включает в себя электромагнитный клапан и термопару. К составным элементам электроклапана относятся:

При нажатии на кнопку подачи газа, шток заглубляется внутрь катушки и заряжается пружина. По регламенту клапан подачи следует удерживать около 30 секунд, чтобы термопара прогрелась, и на концах образовалось напряжение для удержания клапана внутри катушки. Термопара начинает остывать, если гаснет горелка. Что дальше происходит:

В этом заключается работа термопары в газовом котле. Система газ-контроль на термопаре отличается высокой надежностью, в том числе и благодаря тому, что она способна функционировать без подключения к энергосети.

Источник

Видео

Как работает термопара? | Термопары в соответствии с МЭК 60584-1 и ASTM E230

Термопара. Принцип действия

Измерение температуры с помощью термопары

Эффект Зеебека (термопара)

Служба КИП и А. Термопара, термометр сопротивления

Сравнение термосопротивления и термопары. Основы измерения температуры от Emerson

Чтобы термопара не сгорела, монтировать ее нужно так!

3 СПОСОБА КАК СДЕЛАТЬ ТЕРМОПАРУ

Как работает термометр сопротивления? Термометры сопротивления в соответствии МЭК 60751

Термопара. Химия – просто

Термопары. Виды и состав. Устройство и принцип действия

Преобразователь температуры в электрический ток называется термопарой. Такой термоэлемент используется в преобразовательных и измерительных устройствах, а также во многих системах автоматики. Если рассматривать термопары по международным стандартам, то это два проводника из разных материалов.

На одном конце эти проводники соединены между собой для создания термоэлектрического эффекта, позволяющего измерять температуру.

Внешне такое устройство выглядит в виде двух тонких проволочек сваренных на одном конце между собой, образуя маленький шарик. Многие китайские мультиметры имеют в комплекте такие термопреобразователи, что дает возможность измерять температуру разных нагретых элементов устройств. Эти два проводника обычно помещены в стекловолоконную прозрачную трубку. С одной стороны находится аккуратный сварной шарик, а с другой специальные разъемы для подключения к измерительному прибору.

Промышленное оборудование имеет более сложную конструкцию, по сравнению с китайскими термопарами. Рабочий элемент термодатчика заключают в металлический корпус в виде зонда, внутри которого он изолирован керамическими изоляторами, способными выдержать высокую температуру и воздействие агрессивной среды. На производстве таким термодатчиком измеряют температуру в технологических процессах.

Термопары являются наиболее популярным старым термоэлементом, который применяется в различных приборах для измерения температуры. Он обладает высокой надежностью, низкой инертностью, универсален и имеет низкую стоимость. Диапазон измерения различными видами термопар очень широк, и находится в пределах -250 +2500°С. Конструктивные особенности термодатчика не позволяют обеспечить высокую точность измерений, и погрешность может составлять до 2 градусов.

В бытовых условиях термопары используются в паяльниках, газовых духовках и других бытовых устройствах.

Принцип действия

Работа рассматриваемого термодатчика заключается в использовании эффекта ученого физика Зеебека, который обнаружил, что при спайке двух разнородных проводов в них образуется термо ЭДС, величина которого возрастает с увеличением нагрева места спайки. Позже это явление назвали термоэлектрическим эффектом Зеебека.

Напряжение, вырабатываемое термопарой, зависит от степени нагревания и вида применяемых металлов. Величина напряжения небольшая, и находится в интервале 1-70 микровольт на один градус.

При подключении такого температурного датчика к измерительному устройству, возникает дополнительный термоэлектрический переход. Поэтому образуется два перехода в разных режимах температуры. Входящий электрический сигнал на измерительном приборе будет зависеть от разности температур двух переходов.

Для измерения абсолютной температуры используют способ, называемый компенсацией холодного спая. Суть этого способа заключается в помещении второго перехода, не находящегося в зоне измерения, в среду образцовой температуры. Раньше для этого применяли обычный способ – размещали второй переход в тающий лед. Сегодня для этого используют вспомогательный температурный датчик, находящийся рядом со вторым переходом. По данным дополнительного термодатчика измерительное устройство корректирует итоги измерения. Это упрощает схему измерения, так как измерительный элемент и термопару совместно с дополнительным компенсатором можно соединить в одно устройство.

Разновидности

Температурные датчики на основе термопары разделяются по типу применяемых металлов.

Термопары из неблагородных металлов
Железо-константановые:
  • Достоинством стала низкая стоимость.
  • Нельзя применять при температуре менее ноля градусов, так как на металлическом выводе влага создает коррозию.
  • После термического старения показатели измерений возрастают.
  • Наибольшая допустимая температура использования +500°С, при более высокой температуре выводы очень быстро окисляются и разрушаются.
  • Железо-константановый вид является наиболее подходящим для вакуумной среды.
Хромель-константановые:
  • Способны работать при пониженных температурах.
  • Материалы электродов обладают термоэлектрической однородностью.
  • Их достоинство – повышенная чувствительность.
Медно-константановые термопары:
  • Оба электрода отожжены для создания термоэлектрической однородности.
  • Не восприимчивы к высокой влажности.
  • Нецелесообразно применять при температурах, превышающих 400°С.
  • Допускается применение в среде с недостатком или избытком кислорода.
  • Допускается применение при температуре ниже 0°С.
Хромель-алюмелевые термопары:

  • Серная среда вредно влияет на оба электрода термодатчика.
  • Нецелесообразно применять в среде вакуума, так как из электрода Ni-Cr может выделяться хром. Это явление называют миграцией. При этом термодатчик изменяет ЭДС и выдает температуру ниже истинной.
  • Снижение показаний после термического старения.
  • Применяется в насыщенной кислородом атмосфере или в нейтральной среде.
  • В интервале 200-500°С появляется эффект гистерезиса. Это означает, что при охлаждении и нагревании показания отличаются. Разница может достигать 5°С.
  • Широко применяются в разных сферах в интервале от -100 до +1000 градусов. Этот диапазон зависит от диаметра электродов.
Нихросил-нисиловые:
  • Наиболее высокая точность работы из всех термопар, изготовленных из неблагородных металлов.
  • Повышенная стабильность функционирования при температурах 200-500°С. Гистерезис у таких термодатчиков значительно меньше, чем у хромель-алюмелевых датчиков.
  • Допускается работа в течение короткого времени при температуре 1250°С.
  • Рекомендуемая температура эксплуатации не превышает 1200°С, и зависит от диаметра электродов.
  • Этот тип термопары разработан недавно, на основе хромель-алюмелевых термодатчиков, которые могут быстро загрязняться различными примесями при повышенных температурах. Если спаять два электрода с кремнием, то можно заранее искусственно загрязнить датчик. Это позволит уменьшить риск будущего загрязнения при работе.
Термодатчики из благородных металлов
Платинородий-платиновые:

  • Наибольшая рекомендуемая температура эксплуатации 1350°С.
  • Допускается кратковременное использование при 1600°С.
  • Нецелесообразно использовать при температуре менее 400°С, так как ЭДС будет нелинейной и незначительной.
  • При температуре более 1000°С термопара склонна к загрязнению кремнием, содержащимся в керамических изоляторах. Поэтому рекомендуется применять керамические трубки из чистого оксида алюминия.
  • Способны работать в окислительной внешней среде.
  • Если температура работы более 900°С, то такие термодатчики загрязняются железом, медью, углеродом и водородом, поэтому их запрещается армировать стальными трубками, либо необходимо изолировать электроды керамикой с газонепроницаемыми свойствами.
Платинородий-платинородиевые:
  • Оптимальная наибольшая рабочая температура 1500°С.
  • Нецелесообразно использование при температуре менее 600°С, где ЭДС нелинейная и незначительная.
  • Допускается кратковременное использование при 1750°С.
  • Может применяться в окислительной внешней среде.
  • При температуре 1000 и более градусов термопара загрязняется кремнием, поэтому рекомендуется применять керамические трубки из чистого оксида алюминия.
  • Загрязнение железом, медью и кремнием ниже, по сравнению с предыдущими видами.
Преимущества
  1. Прочность и надежность конструкции.
  2. Простой процесс изготовления.
  3. Спай датчика можно заземлять или соединять с объектом измерения.
  4. Широкий интервал эксплуатационных температур, что позволяет считать термоэлектрические датчики наиболее высокотемпературными из контактных видов.
Недостатки
  • Материал электродов реагирует на химические вещества, и при плохой герметичности корпуса датчика, его работа зависит от атмосферы и агрессивных сред.
  • Градуировочная характеристика изменяется из-за коррозии и появления термоэлектрической неоднородности.
  • Требуется проверять температуру холодных спаев. В новых устройствах измерительных приборов на базе термодатчиков применяется измерение холодных спаев полупроводниковым сенсором или термистором.
  • На большой длине удлинительных и термопарных проводников может появляться эффект «антенны» для имеющихся электромагнитных полей.
  • ЭДС зависит от температуры по нелинейному графику, что затрудняет проектирование вторичных преобразователей сигнала.
  • Если серьезные требования предъявляются к времени термической инерции термодатчика, и требуется заземлять спай, то необходимо изолировать преобразователь сигнала, чтобы не было утечки тока в землю.
Рекомендации по эксплуатации
Точность и целостность системы измерений на основе термопарного датчика может быть увеличена, если соблюдать определенные условия:
  • Не допускать вибраций и механических натяжений термопарных проводников.
  • При применении миниатюрной термопары из тонкой проволоки. Необходимо применять ее только в контролируемом месте, а за этим местом следует применять удлинительные проводники.
  • Рекомендуется применять проволоку большого диаметра, не изменяющую температуру измеряемого объекта.
  • Использовать термодатчик только в интервале рабочих температур.
  • Избегать резких перепадов температуры по длине термодатчика.
  • При работе с длинными термодатчиками и удлинительными проводниками, необходимо соединить экран вольтметра с экраном провода.
  • Для вспомогательного контроля и температурной диагностики используют специальные температурные датчики с 4-мя термоэлектродами, позволяющими выполнять вспомогательные температурные измерения, сопротивления, напряжения, помех для проверки надежности и целостности термопар.
  • Проводить электронную запись событий и постоянно контролировать величину сопротивления термоэлектродов.
  • Применять удлиняющие проводники в рабочем интервале и при наименьших перепадах температур.
  • Применять качественный защитный чехол для защиты термопарных проводников от вредных условий.
Похожие темы:
  • Терморезисторы. Виды и устройство. Работа и параметры
  • Датчики температуры. Виды и принцип действия, Как выбрать
  • Элементы Пельтье. Работа и применение. Обратный эффект

что это такое, принцип действия термопары, подключение преобразователя

Содержание

  • 1 Назначение
  • 2 Принцип действия термопары
  • 3 Разновидности и конструктивные особенности
  • 4 Типы термопар и их характеристики
    • 4. 1 Термопара хромель-алюмель (ТХА)
    • 4.2 Термопара хромель-копель (ТХК)
    • 4.3 Термопара железо-константан (ТЖК)
    • 4.4 Термопара вольфрам-рений (ТВР)
    • 4.5 Термопара вольфрам-молибден (ТВМ)
    • 4.6 Термопара платинородий-платина (ТПП)
    • 4.7 Термопара платинородий-платинородий (ТПР)
  • 5 Видео

В повседневной жизни каждого человека встречались приборы и устройства, одним из определяющих факторов работы которых была температура. Начиная от температуры в системах отопления и заканчивая промышленными предприятиями, процесс выпуска продукции которых связан со строгим соблюдением температуры, процедура контроля данного параметра очень важна как для жизнедеятельности, так и для энергосбережения. Одним из устройств по контролю температуры является термопара, или термоэлектрический преобразователь. Термопара – что это такое?

 

Термопара газового котла

Назначение

Термоэлектрический преобразователь, или термопара, является приспособлением, используемым для контроля температуры на промышленных предприятиях, в процессе научных исследований, при эксплуатации автоматики и в медицинских учреждениях.

Физическая величина, численно определяющая размер энергии тела, получаемой за счет движения молекул веществ, в зависимости от теплоты, называется температурой. Поскольку непосредственно температуру вещества измерить невозможно, то ее величину определяют, благодаря трансформации иных физических параметров вещества. В качестве таких физических параметров могут выступать давление, электрическое сопротивление, объем, интенсивность излучения, температурная электродвижущая сила, коэффициент расширения вещества и ряд других.

Существует два способа контроля температуры:

  • При непосредственном контакте с объектом с помощью термопар;
  • При отсутствии непосредственного контакта с объектом – пирометрия либо термометрия излучения используется при необходимости измерения очень больших температур.

Принцип действия термопары

Что такое витая пара

Особенностью работы термопары является наличие термоэлектрического эффекта, или эффекта Зеебека, названного в честь ученого, открывшего данное явление в 19 веке. Сущностью такого эффекта является наличие контактной разности потенциалов между разнородными проводниками. Соответственно, принцип работы термопары заключается в следующем.

При скрутке двух концов разнородных проводников или сплавов таким способом, чтобы они представляли собой закольцованную электрическую цепь, и если далее поддерживать противоположные окончания проводов при разной температуре, то в данной цепи сформируется термоэлектродвижущая сила, величина которой будет пропорциональна разности температур между скрутками проводников. Соответственно, цепь, состоящая из двух разнородных проводников либо сплавов, является термопарой, или термоэлементом.

Эффект термоэлектричества

Величина тока работающих термопар зависит от:

  1. Материала проводников;
  2. Разности температур на противоположных спайках.

Проводник термоэлектрического преобразователя, по которому электрический ток направлен от горячей спайки к холодной, является положительным, при обратном направлении электрического тока термоэлектрод является отрицательным. Маркировка термопары осуществляется в следующем порядке:

  1. Принадлежность самого устройства;
  2. Материал положительного проводника;
  3. Материал отрицательного проводника.

Разновидности и конструктивные особенности

Виды термопар

Термопары ввиду своих структурных особенностей подразделяются на такие виды:

  1. По специфике применения:
  • Наружное;
  • Погружаемое.
  1. По особенностям предохраняющего кожуха:
  • без кожуха;
  • со стальным кожухом – устройство эксплуатируется для контроля температур до 600оС;
  • со стальным кожухом из специфического сплава – устройство необходимо для измерения температур до 1100оС;
  • с кожухом из фарфора – устройство применяется для контроля температур до 1300оС;
  • со стальным кожухом из тугоплавких сплавов – устройство эксплуатируется при температурах более 2000оС.
  1. По методу фиксации термопреобразователей:
  • С неподвижным чувствительным элементом;
  • С подвижным чувствительным элементом;
  • С подвижным креплением.
  1. По герметичности клемм:
  • С простой верхушкой;
  • С водонепроницаемой верхушкой;
  • Без колпачка, со специфической герметизацией выводных клемм.
  1. По изолированности:
  • Изолированные от влияния активных или неагрессивных сред;
  • Не изолированные.
  1. По герметизации от большого давления:
  • Не герметичные;
  • Герметичные.
  1. По стойкости к механическому влиянию:
  • Устойчивые к вибрации;
  • Ударостойкие;
  • Простые.
  1. По количеству контролируемых зон:
  • Рассчитанные на одну зону;
  • Рассчитанные на несколько зон.
  1. По скорости реакции на изменение температуры:
  • С высокой инерционностью. Скорость реагирования составляет до 210 секунд;
  • С посредственной собственной инерцией. Скорость реакции составляет до 60 секунд;
  • С малой инерционностью. Скорость реакции составляет до 40 секунд;
  • С ненормированной скоростью реакции.
  1. По длине функционирующей части:
  • Длиной от 120 мм до 1580 мм. Находят свое применение в однозонных термопарах;
  • Длиной до 20000 мм. Используются в многозонных термопарах.

К конструктивным особенностям термопар относятся:

  1. Рабочий спай двух проводников в основном образовывается путем электродуговой сварки предварительно скрученных термоэлектродов. Одним из способов соединения является пайка, однако подключение термопары вольфрам-рениевой или вольфрам-молибденовой обходится обычным скручиванием без дополнительной сварки;
  2. Проводники соединяются только в активной части. Остальная часть проводов строго изолируется;
  3. Изоляционным материалом может быть любой источник, вплоть до воздуха, однако температура измеряемой среды должна быть ниже 120оС. При температурах вещества до 1300оС применяются фарфоровые изоляторы. Поскольку при t> 2000оС фарфор теряет свои физические свойства и размягчается, то применяются трубки из окиси алюминия, магния, бериллия, тория, циркония;
  4. Для предотвращения механического влияния на термопару ее помещают в предохранительную трубку-кожух с герметизированным концом. Этот кожух должен обеспечивать изоляцию от внешней среды, предотвращать механические натяжения и обеспечивать хорошую теплопроводность. Выдерживание предельной температуры термопары в течение длительного времени и стойкость к активной среде контролируемого вещества являются основополагающими требованиями к трубке-кожуху.

Типы термопар и их характеристики

Термопара хромель-алюмель (ТХА)

Что такое коэффициент

Термопара хромель-алюмель ТП6

Термоэлектрический преобразователь хромель-алюмель предназначен для эксплуатации в агрессивных и благородных средах, а также допускается использовать в сухом водороде и вакууме, однако на короткое время. Отличительной особенностью ТХА является максимальная устойчивость к облучению внутри ядерного реактора. К недостаткам устройства относятся сравнительно высокая восприимчивость к механическим воздействиям и непостоянство температурной электродвижущей силы. Такие типы термопар применимы для измерения температуры вещества от -200оС до 1100оС и эксплуатируются  в основном в сталеварных печах, энергосиловой аппаратуре, отопительных приборах и научной работе.

В качестве положительного электрода выступает проводник никелевого сплава хромель НХ9,5, а роль отрицательного электрода занимает проволока никелевого сплава алюмель НМцАК2-2-1.

Термопара хромель-копель (ТХК)

Термопара хромель-копель ТХК 1199

Основными областями по применению термопар хромель-копель являются промышленные, производственные предприятия и сфера научных исследований. Наряду с остальными термопарами, устройство работает в основном для длительных измерений температуры до 600оС, хотя граничные пределы по температуре составляют от -253оС до 1100оС. Имеется максимальная восприимчивость из всех выпускаемых термопар, также присутствует паразитная большая восприимчивость к механическому воздействию на термодатчик. В качестве проводника для позитивного щупа используется никелевый сплав хромель НХ9,5, проволокой же для негативного щупа является медно-никелевый сплав копель МНМц43-0,5.

Термопара железо-константан (ТЖК)

Термопара железо-константан

Термоэлемент ЖК нашел применение в научных испытаниях и производственных предприятиях в агрессивных, благородных, восстановительных веществах и вакууме при -203оС<t<1100оС. Кроме высокой восприимчивости, к достоинствам ТЖК относится низкая себестоимость. Большая восприимчивость к механическому воздействию на электроды и маленькая коррозийная устойчивость металлического щупа являются негативными сторонами ТЖК. Сырьем для позитивного электрода термопары является малоуглеродистая сталь, отрицательный электрод состоит из медно-никелевого сплава константан МНМц40-1,5.

Термопара вольфрам-рений (ТВР)

Термопара вольфрам-рений

В производстве керамики, тугоплавких металлов, твердых сплавов, разливке стали, контроле температуры газовых потоков, низкотемпературной плазмы применяется термопара вольфрам-рений. Эти типы термопар считаются наилучшими термопарами в промышленности с рабочей t>1800оС. Веществами, с которыми эксплуатируется термопара, являются  сухой водород, азот, гелий, аргон и вакуум при температуре 1300оС<t<3000оС.

К достоинствам прибора ВР относятся:

  • Наилучшая механическая устойчивость при высоких температурах;
  • Стабильная работа при знакочередующихся нагрузках;
  • Устойчивость к многократным и стремительным теплосменам.
  • Простота в производстве и не восприимчивость к загрязнениям.

Отрицательными свойствами являются недостаточная воспроизводимость температурной электродвижущей силы, нестабильность работы при облучении.

Материалами позитивного и негативного проводников, соответственно, являются:

  1. ВР5 и ВР20;
  2. ВАР5 и ВР20;
  3. ВР10 и ВР20.

Термопара вольфрам-молибден (ТВМ)

Будучи очень дешевыми термопарами, эти типы термопар массово эксплуатируются для

измерения температуры в благородных средах, водороде, вакууме, при 1400оС<t<1800оС. К дополнительным преимуществам относятся большая механическая устойчивость и отсутствие суровых правил к химической чистоте от момента производства до установки и работы. Недостатками являются хрупкость элемента при больших температурах, низкое значение электродвижущей силы и восприимчивости, смена полюсов при t>1400оС.

Позитивные и негативные электроды изготавливаются из вольфрамовой и молибденовой проволоки, которые являются металлами технической чистоты.

Термопара платинородий-платина (ТПП)

Термопара платинородий-платина

Функциональность ТПП характеризуется максимальной достоверностью и устойчивостью, потому широко применяется в научных опытах и технике. Также за счет своих физических особенностей ТПП стала эталоном температурной шкалы МПТШ-68. Комфортный температурный диапазон – до 1600оС. Слабой стороной ТПП является повышенная восприимчивость к загрязнениям, очень высокая цена, нестабильная работа при облучении. В качестве материалов щупов выступают сплавы платинородия ПР10 или ПР13 для позитивного щупа и платина для негативного щупа.

Термопара платинородий-платинородий (ТПР)

Эти типы термопар, прежде всего, эксплуатируются при производстве цемента, стали и стекла, огнеупоров, ввиду возможности длительное время контролировать температуру более 1400оС. Помимо возможности применения в вакуумной среде, к дополнительным преимуществам ТПР относятся сравнительно большая устойчивость при очень больших температурах, лучшая механическая прочность, практически отсутствие хрупкости и минимальная восприимчивость к загрязнению. Проводник электропозитивного щупа изготовлен из платинородия ПР30, негативный щуп выполнен на платинородия ПР6.

Изложенный материал объясняет, что такое термопара, их разнообразие, специфические особенности и сферы использования. Становится понятен физический смысл и порядок определения температуры в той или иной среде.

Видео

Что такое ПДУ: расшифровка

Оцените статью:

Принцип работы термопары — инструменты Inst

ТЕРМОПАРЫ

Термопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце, которые создают напряжение (выраженное в милливольтах) при изменении температуры. Соединение двух металлов, называемое чувствительным соединением, соединяется с удлинительными проводами. Для изготовления термопары можно использовать любые два разнородных металла.

P Принцип работы

  • Когда два разнородных металла соединяются вместе, возникает небольшое напряжение, называемое термопереход напряжение генерируется на переходе. Это называется эффектом Пельтье .
  • Если температура перехода изменяется, это также вызывает изменение напряжения, которое можно измерить с помощью входных цепей электронного контроллера. Выход представляет собой напряжение, пропорциональное разности температур между переходом и свободными концами. Это называется эффектом Томпсона .
  • Оба этих эффекта можно комбинировать для измерения температуры. Удерживая один переход при известной температуре (опорный спай) и измеряя напряжение, можно определить температуру на чувствительном спае. Генерируемое напряжение прямо пропорционально разности температур. Комбинированный эффект известен как эффект термоперехода или эффект Зеебека .

На рисунке справа показана простая схема термопары.

Напряжение измеряется для определения температуры. На практике провода A и B подключаются к цифровому вольтметру (DVM), цифровому мультиметру (DMM), цифровой системе сбора данных или другому устройству измерения напряжения. Если измерительное устройство имеет очень высокий входной импеданс, напряжение, создаваемое термопереходом, может быть точно измерено.

Однако основная проблема с измерением температуры термопарой заключается в том, что провода A и B должны подключаться к выводам вольтметра, которые обычно сделаны из меди. Если ни провод A, ни провод B не являются медными, подключение к DVM создает еще два термоперехода ! (Металлы термопары обычно не такие, как у выводов DVM.) Эти дополнительные термопереходы также создают напряжение термоперехода, которое может создать ошибку при попытке измерить напряжение на чувствительном спае.

Как решить эту проблему?

Одним из простых решений является добавление четвертого термоперехода, называемого эталонным спаем , путем вставки в цепь дополнительной длины металлического провода А, как показано ниже. Эталонный спай состоит из металлов A и B, как указано на схеме.

Эта модифицированная схема анализируется следующим образом:

При таком расположении все еще образуются два дополнительных спая термопары, где компенсированная термопара подключена к вольтметру (DVM). Оба перехода к цифровому вольтметру теперь находятся между металлом А и медью. Эти два соединения расположены близки друг к другу , а у такая же температура , так что их напряжения термоперехода идентичны и компенсируют друг друга. Между тем, новый эталонный спай размещается в месте, где эталонная температура T R известна точно, обычно в ванне с ледяной водой с фиксированной температурой T R = 0°C. Если сенсорный спай также имеет температуру 0°C (T s = 0 o C), напряжение, генерируемое сенсорным спаем, будет равно и противоположно напряжению, генерируемому эталонным спаем. Следовательно, V или = 0, когда T s = 0°C. Однако, если температура чувствительного перехода не равна T R , V или будет ненулевым.

Таким образом, В o является уникальной функцией температуры датчика T s и двух металлов, используемых для термопары . Таким образом, при известной эталонной температуре и известных материалах проводов термопары для измерения температуры можно использовать выходное напряжение V или . Это основная концепция использования термопар.

Материалы для термопар

Термопары могут быть изготовлены из нескольких различных комбинаций материалов. Характеристики материала термопары обычно определяются использованием этого материала с платиной. Наиболее важным фактором, который следует учитывать при выборе пары материалов, является «термоэлектрическая разница» между двумя материалами. Значительная разница между двумя материалами приведет к лучшей работе термопары.

На приведенном ниже рисунке показаны характеристики наиболее часто используемых материалов при использовании с платиной. Например: хромель-константан отлично подходит для температур до 2000°F; Никель/никель-молибден иногда заменяют хромель-алюмель; а вольфрам-рений используется для температур до 5000°F. Некоторые комбинации, используемые для специальных применений, включают хромель-белое золото, молибден-вольфрам, вольфрам-иридий и иридий/иридий-родий.

На рисунке ниже показаны характеристики материала термопары при использовании с платиной.

Характеристики типов термопар

Из бесконечного числа комбинаций термопар Американское общество приборостроения (ISA) признает 12. Большинство этих типов термопар известны под однобуквенным обозначением; наиболее распространенными являются J, K, T и E. Составы термопар соответствуют международным стандартам, но цветовые коды их проводов различаются. Например, в США отрицательный вывод всегда красный, в то время как в остальном мире красный цвет используется для обозначения положительного отведения. Часто стандартные типы термопар называют их торговыми названиями. Например,

  • A тип K термопара имеет цвет желтый и использует хромель алюмель, , которые являются торговыми названиями сплавов проволоки Ni-Cr и Ni-Al.
  • A термопара типа J имеет цвет черный и использует железо и константан в качестве составных металлов. (Константан представляет собой сплав никеля и меди.)
  • A 9Термопара 0014 типа T имеет цвет синий и использует медь и константан в качестве составных металлов.
  • A type S thermocouple uses Pt/Rh-Pt
  • A type E thermocouple uses Ni/Cr-Con
  • A type N thermocouple uses Ni/Cr/Si- Ni/Si

Каждая калибровка имеет свой температурный диапазон и окружающую среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра проволоки, используемой в термопаре. Изменения в составе сплава и состоянии соединения между проволоками являются источниками ошибок при измерении температуры. Стандартная погрешность провода термопары варьируется от ± 0,8 ° C до ± 4,4 ° C в зависимости от типа используемой термопары. Термопара типа K рекомендуется для большинства приложений общего назначения. Он предлагает широкий диапазон температур, низкую стандартную ошибку и обладает хорошей коррозионной стойкостью. Фактически, многие цифровые мультиметры (DMM) могут измерять температуру, подключая термопару типа K со стандартными соединениями.

Напряжение, создаваемое термопарой, изменяется почти на , но не точно, линейно в зависимости от температуры. Следовательно, не существует простых уравнений, связывающих напряжение термопары с температурой. Вместо этого, напряжение для различных стандартных термопар представлено в виде таблицы как функция температуры. Чтобы преобразовать показание милливольта в соответствующую температуру, вы должны обратиться к таблицам, подобным приведенной ниже. Эти таблицы можно получить у производителя термопары, и в них указана конкретная температура, соответствующая серии показаний в милливольтах. По соглашению эталонная температура для термопар таблиц равна 0ºC.

Выбор типа термопары

Поскольку термопары измеряют широкий диапазон температур и могут быть относительно прочными, они очень часто используются в промышленности.

При выборе термопары используются следующие критерии:

  1. Температурный диапазон.
  2. Химическая стойкость термопары или материала оболочки.
  3. Стойкость к истиранию и вибрации.
  4. Требования к установке (может потребоваться совместимость с существующим оборудованием; диаметр датчика может определяться существующими отверстиями).

Стандартные характеристики

Диаметры: Стандартные диаметры: 0,010″, 0,020″, 0,032″, 0,040″, 1/16″, 1/8″1/, 4 и 3/16″ провода.

Длина: Стандартные термопары имеют погружную длину 12 дюймов. Другие длины изготавливаются на заказ.

Оболочки: нержавеющая сталь 304 и инконель входят в стандартную комплектацию.

Изоляция: Оксид магния входит в стандартную комплектацию. Минимальное сопротивление изоляции провод-провод или провод-оболочка составляет 1,5 МОм при 500 вольт постоянного тока для всех диаметров.

Калибровка: железо-константан (J), хромель алюмель (K), медь-константан (T) и хромель-константан (E) являются стандартными калибровками.

Гибка: Легко гнется и формуется. Радиус изгиба должен быть не менее удвоенного диаметра оболочки.

Полярность: В производстве термопар стандартной практикой является окрашивание отрицательного вывода в красный цвет.

Соединения для термопар:

Зонды термопар с кожухом доступны с одним из трех типов соединения: заземленным, незаземленным или открытым.

Соединение с заземлением — В этом типе провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей передаче тепла снаружи через стенку зонда к спаю термопары. Заземленный переход рекомендуется для измерения статических или текущих температур агрессивных газов и жидкостей, а также для приложений с высоким давлением. Соединение заземленной термопары приварено к защитной оболочке, что дает более быстрый отклик, чем незаземленный тип соединения.

Незаземленный спай — В подземном зонде спай термопары отсоединен от стенки зонда. Время отклика меньше, чем у заземленного типа, но незаземленный вариант обеспечивает гальваническую изоляцию 1,5 М1/2 при 500 В пост. тока для всех диаметров. Незаземленный переход рекомендуется для измерений в коррозионных средах, где желательно иметь электронную изоляцию термопары от оболочки и экранировать ее. Сварная проволочная термопара физически изолирована от оболочки термопары порошком MgO (мягким).

Открытый спай — В открытом спае термопара выступает из наконечника оболочки и подвергается воздействию окружающей среды. Этот тип обеспечивает наилучшее время отклика, но его использование ограничено неагрессивными средами и средами без давления. Соединение выходит за пределы защитной металлической оболочки, чтобы обеспечить точную быструю реакцию. Изоляция оболочки герметизируется в месте соединения, чтобы предотвратить проникновение влаги или газа, которые могут вызвать ошибки.

Таким образом, незащищенное соединение обеспечивает самое быстрое время отклика, за которым следует заземленное соединение. Решения по измерению температуры могут повлиять на ожидаемые результаты процесса. Выбор правильного датчика для приложения может быть сложной задачей, но обработка этого измеренного сигнала также очень важна.

T Законы термопары

Сначала некоторые обозначения :

Пусть T 1 температура ванны 1, а T 2 температура ванны 2.

Пусть V 1-R определяется как напряжение, создаваемое термопарой при температуре T 1 , когда используется надлежащий холодный спай при температуре T R (T R = эталонная температура = 0 o C). V 1-R — это напряжение, указанное в таблицах термопар при температуре T 1 .

Пусть V 1-2 определяется как разность напряжений между V 9

Правила знаков один не соответствует.

По соглашению таблицы термопар построены таким образом, что более высокая температура дает более высокое напряжение термоперехода.

Другими словами, всегда предполагается, что два провода термопары (назовем их провод А и провод В) подключены к вольтметру таким образом, что напряжение равно положительный , когда измеряемая температура на больше, чем на эталонная температура. Точно так же напряжение равно минус , когда измеряемая температура на меньше эталонной температуры.

Поскольку стандартная эталонная температура для таблиц термопар составляет 0ºC, положительные температуры в единицах ºC дают положительные термопарные напряжения, а отрицательные температуры в единицах o C дают отрицательные термопарные напряжения.

Обратите внимание, что если провода подсоединены напротив к вольтметру, напряжения, конечно, будут противоположного знака.

Существуют три закона или правила, применимые к термопарам:

  • Закон промежуточных металлов

без изменения показания напряжения (при условии, что два новых перехода имеют одинаковую температуру)».

Рассмотрим схему ниже, где прямоугольник вокруг термоперехода указывает на ванну с постоянной температурой (например, кастрюлю с кипящей водой или ванну с ледяной водой).

Закон промежуточных металлов гласит, что показание напряжения, В 1-2 не изменится, если добавить третий (промежуточный) провод в линию с любым из проводов в цепи, как показано ниже:

В На приведенной выше диаграмме предполагается, что оба новых соединения (между металлом B и металлом C) имеют одинаковую температуру, то есть температуру окружающей среды, T и .

Легко видеть, что здесь должен выполняться закон промежуточных металлов, поскольку любое напряжение, генерируемое в одном из новых соединений, в точности компенсируется равным и противоположным напряжением, генерируемым в другом новом соединении.

Аналогично, металл C можно вставить в любое другое место цепи без какого-либо влияния на выходное напряжение, при условии, что два новых перехода имеют одинаковую температуру. Например, рассмотрим следующую модифицированную схему:

Опять же, если два новых соединения (на этот раз между металлами A и C) имеют одинаковую температуру, нет общего влияния на выходное напряжение.

  • Law of intermediate temperatures

“If identical thermocouples measure the temperature difference between T 1 and T 2 , and the temperature difference between T 2 и T 3 , затем сумма соответствующих напряжений v 1-2 + V 2-3 Должен равный подтой. , генерируемый идентичной термопарой, измеряющей разницу температур между T 1 и T 3 ».

Математическая формулировка закона промежуточных температур:

V 1-3 = V 1-2 + V 2-3 для любых трех температур, T 1 , T 2 и T 3 .

Рассмотрим установку ниже, где показаны шесть термопереходов, по два в каждой ванне с постоянной температурой. Примечание. Во избежание беспорядка на схеме медные выводы цифрового вольтметра больше не показаны. Кроме того, для краткости буквы А и В обозначают металл А и металл В, два разных типа термопарных проводов.

Согласно принятым здесь обозначениям,

V1-3 = V1-R – V3-R,

, что можно записать как

V1-3 = (V1-R – V2-R) + (V2-R – V3-R)

Но так как (тоже по определению)

V1-2 = V1-R – V2-R, а из

V2-3 = V2-R – V3-R,

непосредственно следует, что

V1-3 = V1-2 + В2-3.

  • Закон аддитивных напряжений

«Для данного набора из 3 термопарных проводов, A, B и C, все измеряют одинаковую разность температур T 1 – T 2 , напряжение, измеренное по проводам А и С, должно быть равно сумме напряжения, измеренного по проводам А и В, и напряжения, измеренного по проводам В и С» .

Рассмотрим установку ниже, где показаны шесть термопереходов, три в ванне с постоянной температурой T 1 и три в ванне с постоянной температурой T 2 . Как и выше, буквы A, B и C обозначают различные типы проводов термопары.

Закон аддитивных напряжений может быть сформулирован математически как:

V1-2 (провода A и C) = V1-2 (провода A и B) + V1-2 (провода B и C)

Или, перестановка по напряжению разности ,

V1-2 (провода А и В) = V1-2 (провода А и С) – V1-2 (провода В и С).

Термобатарея

Термобатарея определяется как несколько термопар, соединенных последовательно. Например, термобатарея с тремя чувствительными спаями показана ниже:

При увеличении T 2 выходное напряжение значительно увеличивается. Преимуществом термобатареи (по сравнению с одним чувствительным спаем) является повышенная чувствительность .

Здесь выходное напряжение в три раза превышает напряжение, генерируемое одной термопарой при прочих равных условиях, как показано ниже:

При наличии достаточного количества чувствительных спаев термобатарея может фактически генерировать полезное напряжение. Например, 9Термобатареи 0014 часто используются для управления запорной арматурой в печах .

Читайте также: Основы термопар и датчиков RTD

Будьте первыми, кто получит эксклюзивный контент прямо на вашу электронную почту.

Обещаем не спамить. Вы можете отписаться в любое время.

Неверный адрес электронной почты

Объяснение термопары | Принципы работы

В этой статье мы познакомим вас с одним из наиболее часто используемых датчиков температуры — термопарой.

Мы обсудим основы их работы, что необходимо учитывать при выборе термопары, а затем проблемы, связанные с внедрением термопар в промышленное применение.

Если вы решаете, какие инструменты будут размещены на машине или в процессе, чем больше у вас информации, тем лучше.

Сказав все это, давайте начнем наше знакомство с термопарами…

Термопары – основы

Термопара — чрезвычайно простое устройство, используемое для измерения температуры.

Термопары, как правило, недороги, долговечны и могут быть изготовлены в различных формах и размерах.

Горячий спай термопары

Термопара состоит из двух разнородных металлических проводов. Непохожий — это просто причудливый способ сказать Другой , но по какой-то неизвестной причине это слово чаще всего используется при обсуждении термопар.

В любом случае металлические провода соединяются вместе только в одном месте, обычно на конце термопары.

Многие производители называют этот переход разными именами. Горячий спай, измерительный спай, точка измерения или сенсорный спай. Все эти термины относятся к одному и тому же… месту соединения разнородных металлов, которое будет измерять температуру.

Выходное соединение термопары

Провода на противоположном конце от измерительного соединения остаются доступными для подключения к какому-либо измерительному прибору, такому как датчик температуры, простой электронный дисплей или даже непосредственно к ПЛК. плата входа термопары.

Холодный спай термопары

Клеммы проводки на измерительном приборе чаще всего называются холодным спаем .

В то время как горячий спай относится к наконечнику термопары, который будет подвергаться воздействию интересующего источника тепла, холодный спай относится к соединениям проводов термопары, которые происходят непосредственно на измерительном приборе, который обычно не подвергается воздействию одинаковая тепловая энергия.

Термоэлектрический эффект

Все термопары работают одинаково. Они генерируют небольшое напряжение при воздействии тепла.

Если вам интересна подробная физика того, как это работает, вы можете исследовать такие темы, как Термоэлектрический эффект или Эффект Зеебека , но, говоря проще, когда вы нагреваете кусок металла, электроны в металле хотят больше двигаться и будут стремиться двигаться через металл в сторону от тепла.

Поскольку электроны заряжены отрицательно, более холодный конец куска металла будет иметь отрицательный заряд по сравнению с более горячим концом.

Работа термопары

Работа термопары основана на движении электронов в металлических проводах из-за разницы температур между горячим и холодным спаями.

Если бы два провода термопары были сделаны из одного и того же типа металла, электроны в обоих проводах удалялись бы от тепла примерно с одинаковой скоростью, поэтому вы не могли бы реально измерить разницу в заряде двух проводов. провода.

Но если вы помните, термопары состоят из двух разных типов металлических проводов… и эти провода соединяются вместе только в горячем спае… чувствительном конце термопары.

Различные металлы в этих проводах или, точнее, электроны в этих разных металлических проводах по-разному реагируют на тепло.

Провода термопары

При воздействии тепла электроны одного из проводов будут двигаться с определенной скоростью. Электроны из другого провода захотят двигаться с другой скоростью.

— Провод, в котором больше движущихся электронов, оказывается более отрицательно заряженным в холодном спае… и поэтому будет называться отрицательным выводом провода .

— Провод с более медленными электронами не будет накапливать столько заряда, поэтому он называется положительным проводом .

Эту разницу заряда между положительным и отрицательным проводами можно измерить и использовать для расчета тепла в горячем спае.

Это основной принцип работы термопары, поэтому давайте более подробно рассмотрим конкретную термопару, чтобы убедиться, что она у нас есть.

Термопара типа K

Рассмотрим внимательно термопару типа K. Термопара типа K, вероятно, является наиболее часто используемой термопарой в промышленных приложениях, потому что она предсказуемо реагирует в очень широком диапазоне температур (скажем, от -330 ° F до примерно +2460 ° F).

Точные диапазоны температур будут немного меняться в зависимости от того, как производитель строит корпус зонда и какие изоляционные материалы используются, но с таким широким диапазоном вы можете понять, почему он подходит практически для любого применения…

Термопары типа К изготовлены из металлических сплавов Хромель и Алюмель .

Когда мы нагреем проволоку, вы заметите, что электроны в хромелевой проволоке движутся не так сильно, как электроны в алюмелевой проволоке.

За очень короткий промежуток времени вы можете увидеть, что алюмелевая проволока имеет больше электронов, собирающихся на холодном спае… более холодный конец… что означает, что алюмелевая проволока будет иметь отрицательный заряд по сравнению с хромелевой проволокой.

Эту разницу в заряде, также называемую напряжением, можно измерить.

Напряжение термопары

Чем больше тепла вы подаете на металлические провода, тем больше электронов хотят двигаться, и тем больше они удаляются от тепла.

При использовании двух разных типов металлической проволоки разница в напряжении будет увеличиваться и уменьшаться при изменении температуры в точке измерения.

Напряжения термопары очень малы. Фактическое изменение напряжения на градус Цельсия ничтожно мало. Например, для типа K изменение составляет около 41 мкВ/°C. Кроме того, интересно, что все напряжения T/C равны 0 мВ при 0 °C.

Поскольку производители термопар тщательно выбирают металлические сплавы при изготовлении термопар, любой может преобразовать эти напряжения в температуры с помощью стандартных вычислений.

На самом деле, большинство производителей предоставляют некоторые графики зависимости напряжения от температуры, чтобы вы могли получить хорошее представление о разнице температур между горячим и холодным спаями.

Как выбрать термопару

Существует множество различных типов термопар. У большинства производителей есть руководства по выбору, которые помогут вам решить, что купить.

Кроме того, у большинства известных производителей есть специалисты по технической поддержке, которые ответят на ряд вопросов, чтобы помочь выбрать правильный тип термопары для вашего приложения.

I) Диапазон и точность

Вам необходимо учитывать такие вещи, как диапазон измеряемых температур и желаемую точность.

Это поможет сократить количество двух разных металлических проводов, которые вам нужно использовать. Тип термопары зависит от типа металлов, используемых в сенсорных проводах.

1) Термопара типа K

Как мы упоминали ранее, термопара типа K изготавливается из проволоки из сплава хромель и алюмель . Его можно использовать для измерения температуры от -330 °F до более +2460 °F. Этот температурный диапазон может охватывать широкий спектр применений.

Необходимо иметь в виду, что точность термопары типа K может составлять всего около плюс-минус 5 °F во всем диапазоне. Иногда это нормально, но иногда требуется большая точность.

2) Термопара типа T

Если вы ищете криогенное приложение, требующее большей точности, но вам не нужно беспокоиться о высоких температурах, вы можете рассмотреть термопару типа T.

Термопара типа T изготовлена ​​из медной проволоки и медно-никелевой проволоки. Термопары типа T обычно имеют точность в пределах одного или двух градусов… так что их точность примерно в два раза выше, чем у термопар типа K.

Термопары типа T обычно могут измерять даже ниже -330 °F, но верхняя граница диапазона обычно составляет чуть более 600 °F. Они более точны, но имеют более ограниченный диапазон измерений.

Это обычные компромиссы для термопар. Металлические пары, которые могут сделать больше, часто менее точны… своего рода мастер на все руки , но не мастер сценария . Если вы хотите большей точности, вам либо нужны более дорогие металлы, либо вам нужно сузить диапазон температур.

II) Типы термопар

Витая проволока

В дополнение к различным ТИПАМ термопар существуют различные СТИЛИ термопар.

Во многих приложениях для измерения температуры можно обойтись простым использованием провода термопары со скрученными концами.

В этом случае необходимо позаботиться о защите провода от вибрации или физического повреждения, но возможность использовать только пару гибких проводов может решить множество механических проблем с получением положения точки измерения в нужной области. мера.

Защитная оболочка

В тех случаях, когда требуется дополнительная защита, провода помещаются в зонд, который представляет собой своего рода защитную оболочку и изоляционный материал для защиты проводов.

Датчики термопары бывают незаземленными , заземленными и открытыми Тип соединения. Тип зонда термопары, который вы выберете, также будет зависеть от вашего приложения.

1) Термопары с открытым спаем – это когда сенсорные провода соединены вместе за пределами конца оболочки зонда.

Термопары с открытым спаем имеют самое быстрое время отклика на изменения температуры, но поскольку чувствительный спай открыт, он более уязвим к поломке. Эти зонды обычно используются для измерения газов.

Для агрессивных сред и жидкостей лучше всего подходят заземленные или незаземленные термопары.

2) A Заземление зонда происходит, когда сенсорный спай находится в прямом контакте с концом оболочки.

Это ускоряет передачу тепла на конце оболочки, что улучшает время отклика термопары, но также делает измерительные провода более уязвимыми для электрических помех, таких как контуры заземления. Это может снизить точность заземленного пробника.

3) Незаземленный щуп — это когда измерительный спай соединяется непосредственно внутри конца щупа. Это означает, что между чувствительным соединением и самым кончиком зонда имеется небольшой слой изолирующего материала.

Изолирует провод датчика от электрических помех, но теплопередача замедляется из-за изоляционного материала. Таким образом, незаземленный датчик имеет тенденцию быть более точным, но медленнее реагировать.

Проблемы с термопарами

Как уже говорилось, точность термопары очень чувствительна к типу металла, используемого в проводке. К сожалению, это затрудняет установку в промышленных условиях.

A) Компенсация холодного спая

Одна проблема, с которой вам нужно разобраться, называется Компенсация холодного спая .

Ранее в этой статье мы заявили, что сигнал термопары основан на разнице температур между горячим и холодным спаями. Но нам нужно сделать небольшую коррекцию сигнала, чтобы преобразовать эту температуру разница в абсолютную  температуру.

Например, если температура в реакторе составляет 700 °F, а температура наружного воздуха в месте расположения холодного спая измерительного прибора составляет 70 °F, милливольт термопары покажет только температуру 664 °F.

Хуже того, поскольку температура окружающей среды повышается и понижается в течение дня и ночи, измеренное значение может меняться, даже если температура реактора остается постоянной.

К счастью, большинство измерительных приборов могут выполнять компенсацию холодного спая… либо со стандартным встроенным оборудованием, либо с дополнительным компенсация холодного спая надстройка.

Компоненты компенсации холодного спая измеряют температуру металла на соединениях проводки холодного спая, а затем вносят поправку в расчет сигнала.

Таким образом, реактор теперь будет показывать истинные 700 °F, и показания не изменятся… ни днем, ни ночью… до тех пор, пока не изменится температура реактора. Таким образом, по большей части с компенсацией холодного спая довольно легко справиться.

B) Дистанционный мониторинг температуры

Более серьезной проблемой для термопар является необходимость измерения температуры в удаленном месте.

1) Удлинительный провод и клеммная колодка

Если вам необходимо удлинить проводку термопары, вы должны использовать так называемый удлинительный провод термопары , чтобы уменьшить количество ошибок.

Попытка соединить стандартную медную сигнальную проводку или даже использовать стандартные клеммные колодки для расширения сигнала термопары может привести к созданию дополнительных холодных спаев  в цепи и внесению дополнительных ошибок сигнала .

Удлинительные провода для термопар продаются по типу… как и термопары.

Удлинительный провод термопары изготовлен из того же типа металла, что и термопара, поэтому, когда вам нужно удлинить цепь, необходимо использовать удлинительный провод термопары того же типа, что и термопара.

Аналогичным образом, если для подключения проводки необходимо использовать клеммные колодки, клеммные колодки должны быть изготовлены из тех же металлов, что и отдельные провода.

Если у вас термопара типа K, вам необходимо использовать удлинительный провод типа K и специальные клеммные колодки из хромеля и алюмеля.

Попытка удлинить термопару с помощью стандартной медной проволоки приведет к ошибкам в измерениях, поскольку движение электронов будет нарушено различными металлами.

2) Преобразователь температуры

Не рекомендуется прокладывать удлинительный провод термопары на большие расстояния из-за чувствительности сигнала к электрическим помехам.

Если вы пытаетесь пройти более 50–100 футов, вам необходимо рассмотреть возможность использования преобразователя температуры, который преобразует милливольтовый сигнал в сигнал другого типа, например, 4–20 мА.

3) Удаленный ввод/вывод

Если вам необходимо выполнить несколько измерений температуры в удаленном месте, удаленный блок ввода/вывода от вашего ПЛК может оказаться хорошим вариантом.

Примеры подключения термопары

Пример #1

Давайте рассмотрим два разных примера. Во-первых, у нас есть склад-холодильник на одном конце промышленного предприятия. Диспетчерская или главная стойка более централизованной системы управления находится в нескольких сотнях футов.

Простой холодильный склад может не требовать большой автоматизации, но вам может потребоваться убедиться, что температура внутри склада остается низкой.

Вы можете попробовать использовать удлинительный провод термопары, который стоит дешево, но теперь вы знаете, что уровень сигнала термопары не может передаваться на большие расстояния. Что теперь делать?

Вы можете установить стойку удаленного ввода-вывода из системы ПЛК, а затем поместить плату ввода-вывода термопары в удаленную стойку, но стойка и плата ввода-вывода могут увеличить общую стоимость решения.

Вместо этого вы можете приобрести недорогой преобразователь температуры, который преобразует милливольтовый сигнал от термопары в стандартный сигнал 4-20 мА, который может легче передаваться на большее расстояние с большей устойчивостью к электрическим помехам.

Пример #2

Что делать, если вам нужно провести несколько измерений на одном и том же складе. Что, если бы в здании было несколько зон HVAC, которые необходимо оптимизировать для снижения затрат на электроэнергию?

Теперь, когда необходимо провести несколько измерений, необходимость покупать несколько преобразователей для преобразования сигналов может стоить больше, чем удаленная стойка ввода-вывода… приложение и обратите внимание на некоторые проблемы, которые могут возникнуть.

Резюме

Надеюсь, вам понравилась прогулка по миру термопар. В то время как наука о том, как электроны движутся через металл, может показаться среднему человеку сложной, простое соединение двух разных металлических проводов для измерения температуры довольно просто и недорого.

Существуют и другие типы датчиков температуры, которые можно использовать для решения проблем, связанных с установкой, например RTD… но это для другой статьи…

Если вы еще не читали следующую статью по теме, вы можете взглянуть на нее:

— Что такое датчик температуры? (RTD, термопара, термистор)

Хотя эта статья может быть полезной сама по себе и поможет вам быстро узнать все, что вам нужно знать о термопарах, другая статья даст вам хорошую общую информацию о нескольких различных типах датчиков температуры.

Если у вас есть какие-либо вопросы о термопарах или о датчиках температуры в целом, задайте их в комментариях ниже, и мы свяжемся с вами менее чем через 24 часа.

У вас есть друг, клиент или коллега, которым может пригодиться эта информация? Пожалуйста, поделитесь этой статьей.

Как работают термопары и основной принцип работы

Термопара — это устройство, используемое для измерения температуры. Он состоит из двух разных металлических проводов, соединенных вместе, образуя соединение. Когда этот переход становится горячим или холодным, между двумя переходами двух транзисторов генерируется небольшое напряжение, в зависимости от материала и величины напряжения, и мы можем очень точно измерить температуру.

Теоретически термопара может быть изготовлена ​​из любых двух разных материалов, но для улучшения линейности, точности и температурного отклика для изготовления термопар используются специальные материалы. Например, термопара, состоящая из меди/константана, известна как термопара типа T , термопара из железа/константана известна как термопара типа J , и, наконец, самая популярная термопара типа K . состоит из соединения алюмеля и хромеля. Когда более одной термопары, изготовленные из одних и тех же материалов, объединены, они называются 9.0003 термобатарея . Константан — это патентованное название медно-никелевого сплава, также известного как Эврика. Термопары могут быть изготовлены и отрегулированы для многих различных применений. Они могут быть сделаны для увеличения срока службы, быстрого реагирования или могут быть сделаны для измерения очень широкого диапазона температур.

Основной принцип работы термопары

Термопара работает по принципу эффекта Зеебека .  Так как Томас Зеебек впервые обнаружил этот эффект, он известен как эффект Зеебека. Но ради этой статьи мы не будем вдаваться в подробности об эффекте Зеебека. Если вы хотите узнать больше, вы можете проверить это во что бы то ни стало, но в основном то, что он говорит, если у вас есть кусок провода и у вас есть разница температур между двумя переходами, через них будет протекать небольшое количество тока, и вы получите разница напряжения, изображение ниже показывает именно это.

Основная теория звучит интересно. Чтобы убедиться в этом, давайте проверим теорию. Чтобы проверить это, я достал свой мультиметр, подключил свои зажимы типа «крокодил» к мультиметру и соединил их вместе, после чего установил циферблат в диапазон мВ и наблюдал за напряжением, так как вы можете ясно видеть, что показания напряжения на мультиметре показывают ноль. .

Теперь я достал газовую зажигалку и начал нагревать соединение или кончик зажимов типа «крокодил». Как вы можете видеть на изображении ниже, мультиметр измеряет небольшое напряжение в микроамперном диапазоне.

И через несколько секунд напряжение возрастает еще больше, как вы также можете видеть на изображении ниже.

В приведенном выше эксперименте вы можете ясно видеть, что эффект Зеебека практически работает, и, измеряя напряжение на двух переходах, мы можем рассчитать температуру. Звучит просто, но по мере того, как мы углубляемся в статью, мы обнаружим, что правильно измерить температуру с помощью термопар не так-то просто.

 

Различные типы термопар

В зависимости от типа материала термопары можно разделить на 9 категорий : E-Type, J-Type, K-Type, E-Type, N-Type, T-Type, S-Type, R- Тип, B-тип. В этом разделе мы обсудим все те,

E-Type

Термопара E-Type используется там, где требуется сильный сигнал и высокая точность.

Термопара E-типа обеспечивает более сильный сигнал по сравнению с термопарами типа K и J в диапазоне температур 37,8 °C или 1000 °F. E-тип также обеспечивает большую стабильность по сравнению с K-типом. Этот тип термопар подходит для использования при температурах до 900°С. Этот тип термопар также можно использовать в вакууме или при криогенных температурах.

J-тип

Термопара J-типа изготовлена ​​из железа и константана (медно-никелевый сплав), и этот тип термопары подходит для вакуума, восстановительной и инертной среды. Поскольку эта термопара изготовлена ​​из железа, ее не рекомендуется использовать в окислительных средах. Для длительного срока службы термопар этого типа рекомендуется использовать толстую железную проволоку или защитную трубку. Рекомендуемая рабочая температура термопары этого типа составляет 760°C

K-тип

Термопара K-типа состоит из хромеля и алюмеля в целом, но в частности, хромель состоит из 90% никеля, 10% хрома, а алюмель состоит из 95 % никеля, 2 % алюминия, 2 % марганца и 1 % кремния. Это наиболее распространенные материалы, необходимые для изготовления постоянной термопары К-типа с чувствительностью 40 мкВ*/Кл. Термопара типа K очень точна, поэтому она чаще всего используется для измерения температуры до 1260°C или 2300°F. Этот тип термопары превосходит термопару J-типа в высокотемпературной окислительной среде благодаря конструкционному материалу и высокой точности. Для высоких температур рекомендуется использовать керамический материал.

N-тип

Термопара N-типа — это очень новый тип термопары, который создан для уменьшения недостатков термопары K-типа. Стабильность этой термопары очень высока, а диапазон температур очень похож на термопару К-типа. Чувствительность этой термопары составляет 39 мкВ/°C, что немного меньше, чем у термопары К-типа. Эта термопара изготовлена ​​из никелевого сплава и используется для первичной температуры 1260°C. Стоимость термопары несколько выше К-типа; его можно использовать в приложениях, где необходима работа при высоких температурах.

T-Type

Термопара T-Type изготовлена ​​из меди, сплава меди и никеля. В этом случае он известен как константановый сплав. Этот тип термопар предназначен для измерения очень низких криогенных температур и может использоваться в окислительных и восстановительных средах. Для увеличения срока службы рекомендуется слой диоксида марганца. Этот датчик может измерять температуру в диапазоне (от -200 до +200).

Типы S, R и B

Термопары типов S, R и B в основном используются для высокотемпературных применений. Этот тип датчика работает в диапазоне от 600 до 1700 °C . А термопара типа B состоит в основном из платины. Для термопар такого типа необходима изоляция на керамической основе.

 

Как измерить температуру с помощью термопары?

Хотя теория и работа термопары выглядят очень просто, преобразовать напряжение, генерируемое термопарой, в точное значение температуры непросто, поскольку сигнал напряжения невелик. Показания напряжения и температуры нелинейны, за исключением того, что вам нужны различные схемы компенсации и кондиционирования, чтобы уменьшить влияние окружающей среды и радиопомех, воспринимаемых длинным проводом термопары. С этим небольшим описанием вы можете понять сложность измерения температуры с помощью термопары.

Для измерения температуры в настоящее время с помощью термопары вам потребуется нечто, называемое кондиционированием холодного спая. Как вы можете видеть на изображении ниже,

Национальный институт стандартов или NIST дает нам целую кучу таблиц, которые используют ледяную воду в качестве эталона в холодном спае, чтобы дать нам эталон нелинейности, которая существует между горячим и холодным спаем. Одна из таких таблиц показана ниже.

И если вы хотите очень точно измерить температуру, вам нужно учитывать эти таблицы NIST. На первый взгляд таблица выглядит немного сложной, но если вы посмотрите в нижний левый угол, то увидите, что на 0 * C термопара даст вам ровно 0мкВ. Так далее и тому подобное, горячий спай находится на вертикальной оси или оси Y, а холодный спай — на горизонтальной или оси X. Но поскольку реальные системы работают в реальных условиях, вам необходимо учитывать все температурные условия, чтобы учитывать изменения температуры.

Чтобы сделать нашу жизнь намного проще и обеспечить точное измерение температуры, крупные производители, такие как Texas Instruments, Analog Devices и Maxim, создали микросхемы, специально предназначенные для измерения температуры термопар, и эти микросхемы называются 9.0003 Преобразователь термопары в цифру с компенсацией холодного спая , популярная микросхема MAX6675 и MAX31855, MAX31856 — это такие микросхемы, которые выполняют за вас всю тяжелую работу по измерению температуры с помощью термопары. MAX6675 выполняет компенсацию холодного спая и оцифровывает сигнал от термопары типа K . Данные выводятся в 12-битном разрешении, совместимом с SPI и доступном только для чтения. Этот преобразователь разрешает температуру до 0,25°C, позволяет считывать показания до +1024°C и демонстрирует точность термопары 8 LSB для температур в диапазоне от 0°C до +700°C. Самый популярный способ приступить к работе — использовать Arduino и MAX6675 IC для прототипов.

 

Заключение

Термопара обеспечивает высокоскоростное измерение температуры в широком диапазоне температур. Но они не самый подходящий выбор из-за их дизайна и проблем с конкуренцией. В этом уроке мы дали вам представление о том, как работает базовая термопара, и теперь вы знаете все различных типа термопар и как вы можете измерить температуру с помощью термопары сложным или простым способом.

Принцип работы термопары — руководство по электротехнике

Привет друзья,
 
В этой статье я собираюсь обсудить принцип работы термопары , ее типы и свойства.
 
Термопары — это датчики температуры, которые широко используются для измерения колебаний температуры. Они ощущают температуру, и после ее измерения температура измеряется другими приборами.
 
Поскольку они преобразуют неэлектрическую величину (температуру) в напряжение (электрическую величину), они также являются преобразователями. Поскольку для работы им не требуется внешний источник питания, они являются активными преобразователями.

Принцип работы термопары основан на эффекте Зеебека. Этот эффект заключается в том, что когда замкнутая цепь образуется путем соединения двух разнородных металлов в двух соединениях, и соединения поддерживаются при разных температурах, то в этой замкнутой цепи индуцируется электродвижущая сила (ЭДС).
 
Величина э.д.с. различна для различных комбинаций металлов и пропорциональна разности температур спаев. Это основной принцип работы термопары.

Типовая принципиальная схема термопары показана на рис. На рисунке два разнородных металла «А» и «В» соединены в двух соединениях «Р» и «Q». Здесь «P»-соединение является измерительным или горячим спаем, тогда как соединение «Q» является эталонным или холодным спаем. И прибор PMMC подключается в этой схеме, как показано на рисунке.

Когда эти спаи поддерживаются при разных температурах, обычно холодный спай поддерживается при 0 o C, а измерительный спай поддерживается при неизвестной температуре, которую мы хотим измерить (т. е. температура спая повышается путем его нагревания). ЭДС будет генерироваться в этой цепи из-за разницы температур переходов.
 
Эта эдс составляет порядка милливольт. И Э.Д.С. можно измерить с помощью прибора PMMC, подключив его в цепь, как показано на рисунке.
 
Когда оба перехода имеют одинаковую температуру, э.д.с. генерируемое на обоих соединениях будет одинаковым. Ток не будет течь по цепи. И не будет прогиба в метре.
 
Когда оба соединения имеют разную температуру, через счетчик будет протекать ток. И метр покажет отклонение. Поскольку генерируемая э.д.с. пропорциональна разнице температур, величина тока также будет пропорциональна разнице температур. И, следовательно, измеритель может быть откалиброван непосредственно по температуре.
 
Эталонный или холодный спай обычно подключается к измерительному прибору и поддерживается при температуре 0 o C. Для точного измерения температуры температура эталонного спая должна оставаться постоянной или должна быть предусмотрена соответствующая компенсация, если она изменится. Для уменьшения неточностей большинство термопар в настоящее время оснащаются приборами, обеспечивающими автоматическую компенсацию эталона.
 
Таким образом, для измерения температуры используется термопара. Поскольку он преобразует неэлектрическую величину (температуру) в электрическую величину (ЭДС), его также можно использовать в качестве преобразователя. Поскольку для работы не требуется источник питания, это вторичный преобразователь.
 
Они используются для измерения температуры до 1400 o C. Существуют различные комбинации металлов, которые используются в термопарах. Различные комбинации генерируют разные ЭДС.
 
Металлы для изготовления термопары следует выбирать так, чтобы можно было получить линейную зависимость между изменением температуры и генерируемой ЭДС.
 
Выбор металла также зависит от диапазона измеряемых температур и от характера атмосферы, в которой будет использоваться термопара.
 
Э.Д.С.
 
E = a(∆θ) + b(∆θ) 2
 
∆θ = разность температур между двумя спаями (в o C)
a, b = константы
 
Как правило, «а» очень велико по сравнению с «b», поэтому «b» можно пренебречь. Таким образом, приведенное выше выражение может быть аппроксимировано следующим образом:
 
E = a(∆θ)
 
∆θ = E/a
 
Как правило, они не устанавливаются непосредственно в трубопроводы или оборудование. Обычно они устанавливаются в защитных колодцах, чтобы их можно было легко заменить или снять без остановки установки.
 
С введением защитных колодцев отклик термопары значительно замедляется. Там, где быстродействие является основным требованием, следует использовать термопары без покрытия или с тонкой оболочкой.

Типы термопар

 

T – Тип термопары

Положительный провод — медь
Отрицательный провод — константан
 
Может использоваться до 350

81 o C. Он очень стабилен и недорог. Как правило, он используется для очень низкотемпературных применений.

E – Тип термопары

Положительный провод — хромель
Отрицательный провод — константан
 
Может использоваться до 850 o C. Это наиболее чувствительная термопара. Он генерирует высокое выходное напряжение.

J – Тип термопары

Положительный провод — железо
Отрицательный провод — константан
 
Может использоваться до 1000 o C. Это очень распространенный тип термопары. Его устойчивость высока.

K — Тип Термопара

Положительный провод — Хромель
Отрицательный провод — алюмель
 
Может использоваться до 1200 o C. Это широко используемый тип термопары. Это более дешевый тип по сравнению с другими типами.

S – тип термопары

Положительный провод — платина с 10% родия
Отрицательный провод — платина
 
Может использоваться до 1400 o C. Он имеет очень высокую точность, поэтому используется для очень высоких требований к точности.
 
Ток будет течь от провода с маркировкой + ve к проводу с маркировкой – ve. В термопарах 9Отрицательный провод 0003 обычно представляет собой провод красного цвета . Цвет положительного провода будет соответствовать его типу.

Преимущества:

  • Они реагируют на изменения температуры с небольшой задержкой. Таким образом, его можно использовать в приложениях, где происходят очень быстрые изменения температуры. Он очень быстро реагирует на эти изменения.
  • Они очень удобны для измерения температуры в одной конкретной точке любого прибора или установки.

Недостатки:

  • У них очень низкая точность. Поэтому их нельзя использовать для очень высокоточных измерений.
  • Они должны защищать от загрязнения, чтобы обеспечить долгий срок службы.
  • Они расположены на очень большом расстоянии от измерительного прибора. Это увеличивает ошибки в результате.

 
Спасибо, что прочитали о «принципе работы термопары».

Приборы | Все сообщения

 

  • Характеристики датчиков
  • Типы ошибок датчиков
  • Как выбрать датчик
  • Принцип работы термистора
  • Принцип работы термопары
  • Теория LVDT | Преимущества | Недостатки
  • Принцип работы тензодатчика
  • Принцип работы датчика температуры сопротивления
  • Принцип работы пьезоэлектрического преобразователя
  • Блок-схема системы сбора данных
  • Тип датчика давления

© www. yourelectricalguide.com/ Принцип работы термопары.

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

Название

Image Box text

Вам нужны термопары

для вашего приложения?

проверить диапазон

Наш ассортимент термопар

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

15,00 фунтов стерлингов

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.

Откройте для себя наш ассортимент термопар

Пример термопары, изготовленной по параметрам процесса

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 непрерывная 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.

Одно из самых популярных применений типа J – в производстве пластмасс.

Термопары с вилкой или кабелем можно определить по цветовой маркировке. В данном случае тип J — черный. Если у вас есть кабель, черная ножка будет положительной, а белая — отрицательной.

Термопара типа J

Подробнее о термопарах

Что такое термопара?

Как работает термопара?

Цветовой код термопары

Типы термопар

Ведущие производители термопар

Что такое термопара? — Определение, принцип работы, конструкция, преимущества и недостатки

Определение: Термопара – это устройство для измерения температуры. Он используется для измерения температуры в одной конкретной точке. Другими словами, это датчик, используемый для измерения температуры в виде электрического тока или ЭДС.

Термопара состоит из двух проводов из разных металлов, сваренных на концах. Сварная часть создавала соединение, где температура используется для измерения. Изменение температуры провода индуцирует напряжения.

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары зависит от трех эффектов.

See back Effect – Эффект See back возникает между двумя разными металлами. Когда тепло передается любому металлу, электроны начинают течь от горячего металла к холодному металлу. Таким образом, в цепи индуцируется постоянный ток.

Короче говоря, это явление, при котором разница температур между двумя разными металлами вызывает разницу потенциалов между ними . Эффект Зеебека создает небольшие напряжения на кельвин температуры.

Эффект Пельтье – Эффект Пельтье является обратным эффекту Зеебека. Эффект Пельтье гласит, что разность температур может быть создана между любыми двумя разными проводниками путем приложения к ним разности потенциалов.

Эффект Томпсона – Эффект Томпсона утверждает, что когда два разнородных металла соединяются вместе и если они образуют два соединения, напряжение индуцирует по всей длине проводника из-за температурного градиента . Градиент температуры — это физический термин, который показывает направление и скорость изменения температуры в определенном месте.

Конструкция термопары

Термопара состоит из двух разнородных металлов. Эти металлы сварены между собой в месте соединения. Это соединение считается точкой измерения. Точки соединения делятся на три типа.

  1. Незаземленное соединение – В незаземленном соединении проводники полностью изолированы от защитной оболочки . Используется для работ с высоким давлением. Основным преимуществом использования такого типа соединения является то, что он уменьшает влияние магнитного поля рассеяния.
  2. Соединение с заземлением – В таком соединении металлы и защитная оболочка свариваются вместе. Заземляющий переход используют для измерения температуры в агрессивной среде. Этот переход обеспечивает сопротивление шуму.
  3. Открытое соединение – Такой тип соединения используется в местах, где требуется быстрое реагирование. Открытый спай используется для измерения температуры газа.

Материал, из которого изготовлена ​​термопара, зависит от диапазона измерения температуры.

Работа термопары

Схема термопары показана на рисунке ниже. Цепь состоит из двух разнородных металлов. Эти металлы соединены вместе таким образом, что они создают два соединения. Металлы соединяются со стыком посредством сварки.

Пусть P и Q — два спая термопар. Т 1 и Т 2 — это температуры на стыках. Поскольку температуры переходов отличаются друг от друга, в цепи возникает ЭДС.

Если температура на переходе становится одинаковой, в цепи возникает равная и противоположная ЭДС, и по ней протекает нулевой ток. Если температуры перехода становятся неравными, в цепи возникает разность потенциалов. Величина ЭДС, индуцируемой в цепи, зависит от типа материала, используемого для изготовления термопары. Полный ток, протекающий по цепи, измеряется измерительными приборами.

ЭДС, индуцируемая в цепи термопары, определяется уравнением Где Δθ – разность температур между горячим спаем термопары и эталонным спаем термопары.
a, b – константы

Измерение выхода термопары

Выходная ЭДС, полученная от термопар, может быть измерена следующими методами.

  1. Мультиметр – более простой метод измерения выходной ЭДС термопары. Мультиметр подключен к холодным спаям термопары . Отклонение стрелки мультиметра равно току, протекающему через мультиметр.
  2. Потенциометр – Выход термопары также можно измерить с помощью потенциометра постоянного тока.
  3. Усилитель с устройствами вывода – Выходной сигнал термопар усиливается через усилитель и затем подается на регистрирующий или показывающий прибор.

Преимущества термопары

Ниже перечислены преимущества термопары.

  1. Термопара дешевле других устройств для измерения температуры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.