Эдс термопары: Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство. Статья — Мир Антенн

Содержание

Как работает термопара

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

Термопары существуют благодаря такому явлению, как контактная разность потенциалов. Если два разных твердых проводника или полупроводника привести в плотный контакт друг с другом, то в окрестности места их соприкосновения образуются разделенные электрические заряды. При этом на внешних концах данных проводников возникнет разность потенциалов. Эта разность потенциалов окажется равна разности работ выхода для каждого металла, поделенной на заряд электрона.

Понятно, что если сомкнуть такую пару в кольцо, то результирующая ЭДС будет равна нулю, а если с одной стороны ее все же оставить разомкнутой, то будет иметь место реальная ЭДС, величиной от десятых долей вольта до единиц вольт, в зависимости от того, что это за материалы.

Конечно, вольтметром измерить контактную разность потенциалов не удастся, однако на вольт-амперной характеристике она себя проявит, так например она проявляет себя в транзисторе и в диоде на p-n переходе.

Суть в том, что при соприкосновении, к примеру, двух металлов, система выходит из равновесия потому что химические потенциалы этих двух металлов не равны друг другу, в результате происходит диффузия электронов в сторону уменьшения их энергии, что в свою очередь приводит к изменению заряда и электрического потенциала приведенных в контакт металлов. Так в приконтактной области начинается рост электрического поля, и как следствие мы имеем то, что имеем.

Если теперь снова рассмотреть два этих проводника из разных металлов, только замкнутых в кольцо, когда суммарная ЭДС по замкнутому контуру станет равна нулю, то здесь получится два контактных места. Назовем эти места спаями.

Итак, есть два спая двух разных проводников. Что если попробовать подогреть один из спаев, а второй оставить при комнатной температуре? Очевидно, что поскольку соединенные металлы разные, и в каждом спае присутствует контактная разность потенциалов, то спаи будут испытывать разное отклонение ЭДС, находясь при разных температурах.

Эксперимент доказывает, что разность потенциалов между спаями будет пропорциональна разности их температур, так что можно ввести коэффициент пропорциональности, который называют термо-ЭДС. Для различных термопар термо-ЭДС будет разной.

Если в разрезе такого кольца измерить напряжение, то в определенном интервале температур оно окажется почти строго пропорционально разности температур спаев. И даже если оставить только один спай (как на рисунке), и лишь его подогревать, а напряжение измерять между двумя концами, находящимися при одной и той же комнатной температуре, то все равно можно обнаружить очень четкую зависимость ЭДС от текущей температуры спая. Так и работают термопары.

Описанное явление относится к термоэлектрическим, а сам эффект, на базе которого работают все термопары, называется эффектом Зеебека, в честь его первооткрывателя — Томаса Зеебека. Сегодня можно встретить промышленные термопары, у которых, в зависимости от требуемого измеряемого диапазона температур, электроды изготавливают из специально подобранных сплавов.

К примеру термопары из сплавов хромель и алюмель имеют коэффициент термо-ЭДС, равный 40 микровольт на °C, и предназначены для измерения температур в диапазоне от 0 до +1100°C. А пара медь-константан, столь популярная в качестве демонстрационного пособия, позволяет измерять температуры от -185 до +300°C.

Ее термо-ЭДС сильно зависит от конкретной разности температур, поэтому для оценки ее параметров удобно пользоваться таблицей, например при температуре холодного спая в 0°C, при разности температур в 100 градусов, разность потенциалов медно-константановой пары будет приблизительно равна 4,25мВ.

Ранее ЭлектроВести писали, что в Токио начались испытания системы прогнозирования погоды в реальном времени. Технология, основанная на данных метеорологических радиолокаторов и наземных цифровых радиоволн, сможет за 20-30 минут предсказать начало проливных дождей или торнадо.

По материалам: electrik.info.

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

Измерение термо-ЭДС термопар — Энциклопедия по машиностроению XXL

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕРМО-ЭДС ТЕРМОПАР [c.97]

Для измерения термо-ЭДС термопар существует много схем. Все их можно условно разделить на две группы обычные с милливольтметром и потенциометрические. [c.97]

На рис. 3.10 изображена схема измерения термо-ЭДС термопары милливольтметром. По цепи идет ток, поэтому согласно закону Ома можно написать [c.97]

При работе на потенциометре сила тока / в основной цепи потенциометра устанавливается всегда одна и та же. Установку рабочего тока основной цепи проводят перед началом измерения термо-ЭДС термопары. Для этого замыкают контакты Я2 и /С] и переключатель Я ставят в положение I. При этом ЭДС нормального элемента НЭ оказывается включенной навстречу падению напряжения / 0 на сопротивлении Яо основной цепи потенциометра. Далее изменяют регулировочное сопротивление Я так, чтобы нуль-гальванометр ЯГ показал отсутствие тока. При этом, [c.99]

Указанное определение объемной дифференциальной термо-эдс нуждается в уточнении. Для того чтобы провести экспериментальное измерение эффекта Зеебека, необходимы соединительные провода между образцом и измерительным прибором (рие. 48), которые состоят из другого материала, нежели исследуемый образец.

Поэтому измеряется термо-эдс термопары образец — соединительные провода (металл), и полученная из опыта дифференциальная термо-эдс а в [c.140]

В зависимости от способа измерения температуры нити различают термопарные вакуумметры и вакуумметры сопротивления. В первом случае температура нити определяется значением термо-ЭДС термопары, во втором — электрическим сопротивлением нити. Вакуумметр сопротивления менее удобен в эксплуатации и применяется реже, чем вакуумметр термопарный. [c.165]

В практике измерения температуры встречаются измерительные системы, включающие в себя большое число термоэлектрических термометров (несколько десятков и больше), которые, как правило, подключают к одному измерительному прибору с помощью одного или нескольких переключателей каждый переключатель позволяет поочередно подключать к прибору до 20 термопар. Чтобы при измерении термо-ЭДС исключить взаимное влияние термопар от разных переключателей, все неиспользуемые переключатели устанавливают в нулевое положение при этом подключенные к ним термометры оказываются отключенными от прибора. [c.175]

На рис. 16.5, а показана однопроводная схема для непосредственного измерения термо-ЭДС восьми термопар, размещенных на вращающемся объекте. Термоэлектрод а у всех термопар общий и подключен к одному из колец токосъемника, а каждый из электродов б подключен к отдельному кольцу. Свободный спай термо- [c.323]

Здесь Ail и А 2 — перепады температуры в первом и втором образцах, определяемые по средним температурам на обогреваемых поверхностях и по их температурам (ij, 4) на охлаждаемых поверхностях. Определение температуры по измеренным значениям термо-ЭДС термопар проводится по табл. 3.1 [c.129]

Проведение опытов и обработка результатов. С помощью регулятора напряжения по амперметру устанавливается определенная сила тока через пластины. По достижении установившегося теплового режима сила тока и температура воздуха записываются в протокол наблюдений. Одновременно в протокол заносятся результаты измерения термо-ЭДС всех 12 термопар. Опыт повторяют при новом значении силы тока. Определив по ЭДС термопар избыточные температуры А/сх й зная температуру воздуха, находят местные значения температуры поверхности пластины [c.155]

При измерении температуры один спай цепи термопары, так называемый холодный спай, находится при 0°С (в тающем льде в сосуде Дьюара), а другой — горячий — в среде, температуру которой надо измерить. Таблицы тер-мо-ЭДС различных термопар составлены именно для случая, когда холодный спай находится при 0°С. Если по каким-либо причинам не удается поместить холодный спай в среду с температурой 0°С и он находится при комнатной температуре (например, при 20 °С), то в этом случае возникающая термо-ЭДС соответствует разности температур горячего и холодного спаев и при определении температуры нужно ввести так называемую поправку на холодный спай. Для этого необходимо измеренную термо-ЭДС сложить с термо-ЭДС, соответствующей температуре холодного спая (20 °С), и по полученному значению определить температуру при помощи таблиц.

[c.93]

Так как термо-ЭДС термопары зависит от температуры обоих спаев (горячего и холодного), то термопару часто применяют для измерения разности температур в двух точках — так называемая дифференциальная термопара. В этом случае в схеме отсутствует холодный спай и термо-ЭДС термопары соответствует разности температур. Схема дифференциальной термопары представлена на рис. 3.8, [c.94]

Таким образом, измеренная милливольтметром разность потенциалов будет всегда меньше термо-ЭДС термопары на значение падения напряжения в цепи термопары кт. Чем больше сопротивление проводов термопары кт и сила тока I, тем больше погрешность. Для уменьшения этой погрешности стремятся выбирать внутреннее сопротивление милливольтметра наибольшим, а сопротивление проводов наименьшим. Однако полностью исключить погрешность таким способом невозможно. Учесть же ее не всегда бывает легко, так как сопротивление термопары Яг изменяется с температурой. [c. 97]

Значительно точнее можно измерить термо-ЭДС термопары потенциометром. Схема измерения при этом остается прежней (рис. 3.10), только вместо милливольтметра включается потенциометр. [c.98]

Принципиальное отличие потенциометра от милливольтметра или гальванометра заключается в том, что в момент измерения в цепи термопары отсутствует электрический ток (/=0). Благодаря этому нет никакого падения напряжения вдоль цепи термопары и разность потенциалов на зажимах потенциометра равна термо-ЭДС термопары. Принцип устройства потенциометра заключается в следующем. В собственной электрической цепи этого прибора создается разность потенциалов которую можно изменять II измерять. Эта разность потенциалов подбирается равной термо-ЭДС термопары и включается навстречу ей при равенстве ЛП потенциометра и термо-ЭДС термопары ток в цепи термопары отсутствует, и это контролируется [c.98]

Измерение термо-ЭДС образцовых термопар рекомендуется осуществлять потенциометрами как наиболее точными приборами, чтобы не вносить в измерение дополнительных погрешностей. [c.106]

Прямое измерение — измерение, результат которого можно прочесть на шкале прибора. В качестве примера прямых измерений можно привести взвешивание на весах, измерение электрического напряжения вольтметром, измерение термо-ЭДС, развиваемой термопарой, потенциометром и т. п. Общая погрешность прямого измерения состоит из систематической и случайной погрешностей. Для уменьшения влияния случайных факторов и, следовательно, уменьшения случайной погрешности измерения проводят несколько раз. В результате этих единичных измерений получают п значений измеряемой величины Х, Хг,. .., Хп- Окончательный результат прямого измерения Хер определяется как среднее арифметическое единичных измерений [c.181]

Схема измерения термо-ЭДС естественной термопары при резании с плазменным подогревом заготовки показана на рис. 47. Здесь же дана несколько упрощенная эквивалентная электрическая схема этого измерения. Резец 1 обрабатывает заготовку 2 диаметром й, [c. 104]

Пределы допускаемых отклонений измеренных значений термо-ЭДС термопар от основных значений, приводимых в табл. 5.2, должны определяться по уравнению [c.30]

Принцип измерения теплового потока этим методом заключается в том, что разность температуры в центре и на краю фольги А7 прямо пропорциональна тепловому потоку, воспринятому константановой фольгой. Для измерения ДТ к центру константановой фольги припаивают тонкий медный провод 3. Таким образом получается дифференциальная термопара, составленная из медного провода 3, константановой фольги 1 и медного блока 2, горячий и холодный спаи которой образованы соответственно в центре и на периферии фольги. Сигнал этой термопары (термо-ЭДС) е пропорционален АГ и, следовательно, значению измеряемого теплового потока с плотностью q. Для случая постоянной плотности теплового потока по поверхности фольги эта связь установлена аналитическим путем [c.279]

При измерении ЭДС, генерируемой вращающимся датчиком (термопарой), помехи в измерительной системе связаны не только с контактной ЭДС, возникающей в месте соприкосновения щетки с кольцом (см.

16.3), но и с появлением термо-ЭДС в местах подсоединения проводов к кольцам токосъемников или в местах соединения удлинительных проводов с элементами измерительной системы. Для исключения термо-ЭДС в спаях проводов с контактными кольцами последние можно выполнить из тех же материалов, что и термопарные провода. [c.323]

Термоэлектрическая термометрия основана на температурной зависимости термо-ЭДС (Е), возникающей в термопаре — проводнике, состоящем из двух соединенных разнородных электропроводящих элементов (обычно металлических проводников, реже полупроводников). Термопары широко используются для измерения температур примерно от 4 до 3000 К- [c.179]

Схема многослойной термопары представлена на рис. 3.9, где термопарой, состоящей из пяти спаев, измеряется небольшая разность температур в стенке. Получающаяся здесь термо-ЭДС в 5 раз больше, чем при измерении одной термопарой. [c.95]

Экспериментальные методы оценки и измерения температуры. Метод естественной термопары основан на том, что контактирующие тела используются в качестве термоэлектродов, а их контактная связь — в качестве одного из спаев цепи термопары. По термо-ЭДС, возникающей в цепи при контакте двух разнородных металлов, оценивают температуру на поверхности контакта. [c.111]

Интересно отметить здесь, что даже элементарное измерение температуры t x, т) уже само по себе предполагает решение обратной задачи, в ходе которого экспериментатор по наблюдаемому проявлению температуры (термо-ЭДС U) и известной характеристике L прибора (термопары) должен определить значение /(т) в месте заделки рабочего спая. Решение этой задачи можно представить формальным уравнением вида [c.13]

Наибольшую термо-ЭДС развивает хромель-копелевая термопара (при 100° С термо-ЭДС равна 6,95 мв). Предельное отклонение от стандартной градуировки вследствие непостоянства химического состава ТХК при температуре 300° С составляет не больше 0,87%, при температуре 600° С — не больше 0,78%-Для измерения температур до 600° С это наиболее удобная термопара. [c.165]

Термопара не обладает свойством идентифицируемости сигнала, поскольку термо-ЭДС регистрируется независимо от того, прикреплен ли спай к поверхности объекта, или крепление уже разрушилось, и термопара находится на расстоянии от исследуемой поверхности, а ее температура существенно отличается от температуры объекта. Иногда идентифицируемость сигнала представляется настолько важной для достижения высокой надежности результатов, что исследователи выбирают более сложную схему измерения, в которой, за счет этого усложнения, сигнал имеет однозначно различимую форму. Это позволяет проводить распознавание сигнала как визуально, так и с помощью формализованных компьютерных алгоритмов. [c.18]

При измерении термо-ЭДС термопары ключ К2 замкнут, а переключатель П поставлен в положение II. Тогда термо-ЭДС термопары Е оказывается включенной навстречу падению напряжения в основной цепи потенциометра передвигая контакт С, можно добиться того, что нуль-гальванометр НГ покажет отсутствие тока в цепи термопары. Тогда, очевидно, Е=Шх. Сопротивление Rx известно по положению контакта С в момент компенсации термо-ЭДС зная силу тока I=Eus>iRn, можно рассчитать термо-ЭДС термопары E=EmRxlR[c.100]

Температура стенки и воздуха измерялась предварительно отградуированными термопарами типа ХА. Допускаемая погрешность градуировки Д0= 1°С. Термо-ЭДС термопар измерялась цифровым вольтметром Щ 1312 совместно с преобразователем П 1312. Из пас-нортных данных этих приборов находим, что класс их точности в диапазоне 0—16 мВ составляет 0,5. Измеренное значение термо-ЭДС термопары, установленной в выходной камере и измеряющей разность температур воздуха в опытном участке, равно 0,41 мВ. Измеренное значение термо-ЭДС для сечения № 10 (в конце обогреваемого участка хю=468 мм) равно 0,91 мВ. [c.80]

Для измерения температуры поверхности опытной трубы установлены четыре хромель-копелевые термопары. Горячие спаи термопар приварены с внутренней стороны в среднем сечении трубы в разных точках по периметру, так как восходящий поток жидкости в сосуде имеет поперечное направление. Холодный спай, общий для всех термопар, помещается в рабочем объеме сосуда с термостатированной жидкостью. Следовательно, термопары измеряют избыточную температуру стенки опытной трубы относительно окружающей среды. Термо-ЭДС термопар измеряется цифровым вольтметром типа Щ1413. Нахождение по термо-ЭДС температуры осуществляется по градуировочной табл. 3.1. [c.152]

Если термо-ЭДС термопары мала для измерения ее на обычных приборах (например, при измерении небольшой разности температур), для ее увеличения используют так называемые многоспайные термопары. [c.95]

Указанные две причины ставят границу точности при измерении температуры термопарами из неблагородных металлов. Даже если принять, что потенциометр, измеряю-вций термо-ЭДС термопар, не вносит никаких погрешностей, то и в этом случае при 400—500 °С вряд ли можно достичь погрешности измерения температуры меньше 1— 1,5°С, а при 800—900°С — меньше 3—4°С. [c.197]

Изготовленйую термопару, как правило, градуируют по каким-либо эталонным приборам. При калибровке термопар из неблагородных металлов организации, выполняющие такую работу, дают значения термо-ЭДС термопары с погрешностью 0,01 мВ, что для хромель-алюмелевой термопары соответствует погрешности 0,25 °С. На первый взгляд кажется, что такая термопара, поставленная на экспериментальную установку, при учете результатов градуировки дает возможность измерять температуру с погрешностью 0,3 °С. На самом деле погрешность измерения температуры во много раз больше, что объясняется в основном двумя свойствами, присущими любым термопарам и в особенности термопарам из неблагородных металлов. [c.199]

Давление газа измерялось образцовым стрелочным и манганиновым манометрами, а температура — образцовой платина-платинородиевой термопарой. При температурах до 1300 К вводились экспериментально определенные поправки на зависимость термо-ЭДС термопары от давления [10]. При более высоких температурах величины поправок определялись методом экстраполяции.

При определении поправок учитывалась теьшература в точке вывода термопары из зоны высокого давления, дополнительно измеренная с помощью хромель-алюмелевой термопары. [c.89]

Измерение термо-ЭДС проволоки производится относительно чис- той платины — аттестованного образца термоэлектродной платины марки Пл1 или ПлО по ГОСТ 21007-75 с отношением Rioo/Ro на менее 1,3915 или платиновой ветви образцовой платинородиево-платиновой термопары не ниже II разряда. [c.387]

Измерение температуры резания. Определение температуры резания в процессе плазменно-механической обработки экспериментальным путем представляет известные трудности. При обычном процессе для измерения температуры резания используется естественная термопара резец — обрабатываемый материал. Для создания цепи термотока в этом случае к одному контакту регистрирующего прибора подключается проводник, соединенный с режущей частью (пластиной) инструмента, а к другому — проводник, соединенный с заготовкой через токосьемник, расположенный со стороны шпинделя или задней бабки станка. Если такую схему применить при ПМО, то помимо погрешностей, имеющих место при обычной схеме обработки, возникает весьма существенная дополнительная погрешность, вызванная особенностями процесса резания с подогревом плазменной дугой. Эта погрешность может настолько исказить показания прибора, что результат измерения окажется совершенно недостоверным. Рассмотрим причину возникновения и пути устранения дополнительной погрешности измерения термо-ЭДС при ПМО. [c.104]

Результаты экспериментов показывают, что применение обычной схемы устройства для измерения температур с помощью естественной термопары при ПМО недопустимо. В ТПИ предложено для измерения термо-ЭДС при ПМО размещать токосъемник измерительной цепи в области, имеющей потенциал, равный среднему потенциалу ззготовки в зоне резания, возникающему под влиянием тока дуги. Тогда электрические напряжения от прохождения тока плазменной дуги по заготовке не будут влиять на измерительную цепь естественной термопары. Определение этой оптимальной области было выполнено с помощью эксперимента, в процессе которого эквипотенциали определяли, моделируя процесс распространения тока дуги на заготовке. При моделировании плазмотрон был заменен контактом (рис. 49), подключенным к генератору постоянного тока. Контакт прижимали к заготовке в том же месте, где при ПМО располагалось пятно нагрева. Далее потенциометром ПП-63 изучали форму и размеры эквипотенциалей при силах тока, соответствующих рабочим значениям в процессе плазменно-механического точения. Электрический потенциал точки входа М полагали равным 100%, остальные потенциалы представляли в относительных величинах. Моделирование показало, что независимо от величины силы тока и от того, в какой части заготовки находится поверхность резания, эквипотенциали пересекают последнюю в точках, симметричных месту входа тока М. Следовательно, эквипотенциаль, проходящая через зону контакта кромки резца с заготовкой (например, через точку Л ), рассекает поверхность резания в симметричной относительно пятна нагрева точке О. В это место и следует устанавливать токосъемник измерительной цепи естественной термопары. Из рассмотрения кривых АО… СО (см. рис. 48) следует, что показания потенциометра не зависят от положения зоны резания по длине заготовки, а погрешности измерения не зависят от силы тока. [c.107]

Милливольтметры, применяемые для измерения термо-ЭДС термоэлектрических термометров в промышленности и лабораторной практике, могут быть показывающими, самопишущими и регулирующими. По конструктивному исполнению приборы бывают щитовыми и переносными. Для переносных приборов установлены следующие классы точности (ГОСТ 9736-80) 0,2 0,5 и 1,0, для щитовых — 0,5 1,0 и 1,5. Щитовые милливольтметры типа М-64, МР-64-02 и МВР-6 выпускаются в плоскопрофильном металлическом корпусе и предназначены для утопленного монтажа на вертикальных щитах. Узкопрофильные милливольтметры со световым указателем типа МВУ-6 выпускаются для утопленного монтажа на вертикальных, горизонтальных и наклонных щитах. Милливольтметры, предназначенные для работы в комплекте с термоэлектрическими термометрами, могут иметь различные диапазоны измерения для стандартных градуировок термопар в пределах их применения (табл. 5.1). Ма шкале милливольтметра указывается градуировка термоэлектрического термометра (или пирометра полного излучения), в комплекте с которым должен работать данный милливольтметр. Шкалы могут начинаться как от О °С, так и от других значений. Внутреннее сопротивление милливольтметра Raa для класса точности 0,2 0,5 1,0 1,5 должно быть соответственно не менее 500 500 300, 200 Ом. Внешнее сопротивление милливольтметров, предназначенных для работы с термоэлектрическими термометрами, должно быть равно 5 или 15 Ом. Отклонение температуры окружающего воздуха от нормальной вызывает дополнительную погрешность, которая может достигать 0,5 предела допускаемой основной погрешности да каждые 10°С отклонения температуры. [c.36]

Следует заметить, что в некоторых работах ВТИ применялась дифференциальная термопара платина — золото, обладающая большой термоэлектрической однородностью и стабильностью, меньшим сопротивлением и развивающая большую термо-ЭДС, чем термопара илатинородий — платина. Такая термопара позволяет повысить точность измерения. Термопара платина — золото использовалась как семи- или шастиспайная в зависимости от того, какие термоэлектроды использовались в качестве выводных. Опыты показали, что при тща- [c.103]

Фактически соотношение (7-11) соблюдается не всегда и зависимость термо-ЭДС от разности температур спаев может быть не строго линейной (см. кривую 7 на рис. 7-27). Провод, составленный из двух изолированных друг от друга проволок из различных металлоб или сплавов inep-мопара), применяют для измерения тем-гератур. В термопарах используются проводники, имеющие большой и стабильный [c.197]

Температуру пайки в среде сухого и увлажненного водорода измеряют с помощью специальных вольфрам-рениевых термопар в случае сухого водорода — термопарами ТВР-0777, увлажненного (с избыточным давлением до 0,04 МПа) — термопарами ТВР-1338. Предел измерений температур этими термопарами300—1800°С, длина погружаемой части 100—500 мм, продолжительность работы 4000 ч. Изменение первоначального значения термо-ЭДС по градуировочной таблице за время работы термопары при температуре 1800 С в течение 200 ч не превышает 1,5%. Рабочий спай термопары после 200 ч работы при максимальной температуре возобновляют. Термопары помещены в молибденовый герметичный кожух, а при эксплуатации свыше 100 С их заключают в водоохлаждаемый чехол из коррозионно-стойкой стали. [c.199]

Thermo ouple — Термопара. Устройство для измерения температур, состоящее из стержней двух разнородных металлов или сплавов, которые электрически соединены с одного конца и присоединены к вольтметру другим концом. Благодаря разности температур, возникает термо-ЭДС, которая приблизительно пропорциональна разности температур между горячим и холодным спаями. [c.1062]

Определение термо-ЭДС манганиновой проволоки в паре с медной проволокой производится следующим образом берух образец манганиновой проволоки длиной не менее 750 Ш й к его концам припаивают или приваривают медные выводы.

При испытании проволоки диаметром 0,3 мм и более диаметры медных выводов должны быть не более диаметра испытуемой проволоки, при испытании проволоки диаметром иенее 0,3 мм диаметры медных выводов должны быть не более 0,3 мм. Один из спаев помещают в ванну с температурой 0°С, а другой спай — в ванну с температурой +100 «С, Измерение ЭДС термопары производится с точностью до 1 мкВ. [c.376]

Температуру резания измеряли с помощью термопары инструмент— деталь. Холодные спаи термопар размещали на максимально возможных расстояниях от горячих и принимали специальные меры по компенсации паразитных термо-ЭДС. Усиление сигнала термо-ЭДС производилось микровольтмиллиамперметром типа Ф-116/2 с высокоомным входом и с записью на потенциометре КСП-4, измерение составляющих силы резания — динамометром [c.61]

Термоэлектричество, термоэлектродвижущая сила, термопары

Определение 1

В замкнутой цепи, которая состоит из нескольких металлов либо полупроводников, электрический ток не возбуждается при условии, если температуры всех тел равны друг другу. Если же температуры в местах контактов различаются, тогда в цепи появляется электрический ток. Такой ток называется термоэлектрический. Возникновение термоэлектрического тока, а также связанных с ним явлений Пельтье и Томсона, называют термоэлектричеством.

Термоэлектричество

Явление термоэлектричества открыл ученый Зеебек. Он изучал данное явление, но толковал его неверно. Зеебек полагал, что под влиянием разности температур в разных, но соединенных проводниках происходит выделение магнетизма.

Рассмотрим пример опыта, в котором наблюдается возбуждение термоэлектрического тока.

Пример 1

К пластинке сурьмы Sb припаивают пластинку меди Cu. Между пластинками находится магнитная стрелка. При нагреве одного из спаев возникнет ток, и магнитная стрелка отклоняется. По направлению отклонения стрелки понятно, что ток перемещается от меди к сурьме. При охлаждении спая направление тока меняется на противоположное.

Металл или полупроводник, по направлению которого бежит ток через более нагретый спай термоэлектрической пары, называется положительный, а другой – отрицательный. Первый – это анод, а второй – катод. В термоэлектрической паре медь–сурьма, сурьма будет положительной, а медь – отрицательной.

Термоэлектродвижущая сила

Определение 2

Термо ЭДС Ε – это величина сложения электродвижущих сил двух спаев. ЭДС 1-го спая f(t) зависит от вида контактирующих металлов и температуры.

Тогда запишем:

где t1 – это температура части с большей температурой, t2 – это температура части спая с меньшей температурой.

Коэффициент термоэлектродвижущей силы (дифференциальная термо ЭДС) α, то есть характеристика 2-х металлов термопары, находится по формуле:

В опытах величину α измеряют по отношению к свинцу (а иногда и к другому металлу). Это означает, что α вычисляется для термопары, у которой 1 ветвь составлена из изучаемого материала, а 2-я – из свинца. Коэффициент термоэлектрической силы α12 одного металла по отношению к другому металлу находится как:

где α1 и α2 – это значения коэффициентов термоэлектродвижущей силы 1-го и 2-го металлов по отношению к свинцу. Данные значения зависят от чистоты веществ и сильно меняются при добавлении примесей. Для некоторых веществ, к примеру термопар (Cu, Bi); (Ag, Cu), (Au, Cu), идеально подходит формула для ЭДС термопары Ε:

Для некоторых термопар зависимость ЭДС термопары можно представить формулой электродвижущей силы:

Исходя из выражения (5) ЭДС становится равной 0 при t1=t2 и при t1+t2=-αβ. Величина τ – это температура нейтральной точки, которая равняется:

Если при t2=const, увеличивать t1, то Ε будет увеличиваться по параболическому закону, достигнув максимума при t1=τ, а потом будет равна 0 и сменит знак при температуре t1=2τ-t2.

Определение 3

Точка инверсии – это температура, при которой величина ЭДС проходит через 0.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Термо ЭДС цепи, которая составлена из 2-х разных проводников, при небольшой разности температур ∆T→0, может выражаться формулой:

Формула (7) демонстрирует, что термо ЭДС цепи – это разность термо ЭДС каждого из плеч цепи, причем в каждом из проводников появляется термо ЭДС ∆Εi=αi∆T(i=1,2).

Для нахождения не только величины, но и направления термо ЭДС приписывают конкретный знак. Значение α считается положительным, если появляющийся в проводнике термо ток протекает от горячего к холодному. В замкнутой цепи термо ток в горячем спае протекает от проводника с меньшим α (алгебраически) к проводнику с большим α.

Термосвойства у полупроводников выражаются намного сильнее, чем у проводников. Энергия электронов в металлах выражается не сильной зависимостью от температуры, а концентрации выражаются одинаковыми значениями при низкой и высокой температурах. У металлов наблюдается слабая зависимость положения уровня Ферми от температуры. Поэтому коэффициент термоэлектродвижущей силы для металлов и сплавов не превышает даже и нескольких микровольт на кельвин. В полупроводниках концентрация носителей заряда (электронов проводимости и отверстий), точно так же как и все параметры (энергия носителей заряда и положение уровня Ферми) значительно зависят от температуры. Коэффициент α намного больше по сравнению с металлами и может достигать значения более 1000 мкВК.

Термопара

Термоэлектричество используют для генерации электрического тока. Отдельная термопара (термоэлемент) наделен очень небольшой электродвижущей силой. Для получения значительных напряжений термоэлементы соединяют последовательно в батареи. Все нечетные спаи поддерживают на одной температуре, а все четные – при другой температуре. Причем электродвижущие силы отдельных элементов можно складывать. Термобатарея наподобие тепловой машины, включенной между нагревателем и холодильником. В этой машине большее количество теплоты, полученного от нагревателя, растрачивается на джоулево тепло и теплопроводность. Термобатареи из металлических термопар характеризуются слишком маленьким КПД (приблизительно 0,1%). Металлические термопары применяют лишь для установления температур и потоков лучистой энергии. Намного продуктивнее работают батареи термопар из полупроводников. Причем 1 ветвь термопары делают из полупроводника с электронной проводимостью, а 2-ю – из полупроводника с дырочной проводимостью. Коэффициент полезного действия полупроводниковых термопар доходит до 15%.

Пример 2

Необходимо найти термо ЭДС пары железо–константан. При условии что абсолютные значения α по отношению к платине находятся в интервале температур 0–100°С для Железа α1-αPt=+16 мкВК, для константана α2-αPt=-34,4 мкВК.

Решение

Дифференциальная термо ЭДС данной цепи равняется:

16-(-34,4)=50,4 мкВК.

При условии разности температур спаев:

T2-T1=100 К.

Тогда термо ЭДС данной пары будет равняться:

50,4·100=5,04 (мВ).

Ток в горячем спае будет протекать в направлении от константана к железу.

Ответ: 5,04 мВ

Пример 3

Необходимо объяснить, почему появляется термо ЭДС.

Решение

Для понимания причины появления термо ЭДС применим цепь из 2-х проводников (рисунок 1). Пускай температура контакта B равна T1, температура контакта С равна T(Ti>T)Температура контактов А и D одинаковая и равняется T. Тепловые скорости электронов возле контакта B больше по сравнению с теми, что возле контакта С. Поэтому во 2-м проводнике появится поток диффундирующих электронов, направленный по направлению от B к С. На поверхности 2-го проводника образуются электрические заряды, а это означает, что возникает электрическое поле, его значение таково, что в установившемся состоянии данное поле порождает такой ток дрейфа, который может компенсировать ток диффузии.

Рисунок 1

Следовательно, если в проводнике существует градиент температур, тогда в нем возникает градиент электрического потенциала.

Помимо этого, термо ЭДС вызывается не только диффузией в объеме, но также и контактными скачками потенциала φi12 и φi21. Поскольку они зависят от температуры, тогда их сумма не равна 0. Напряжение, регистрируемое вольтметром на рисунке 1, равное термо ЭДС, суммируется из падения напряжения в объеме проводников и скачков потенциала в контактах.

Термопары. Пусконаладочные проблемы

При проведении пусконаладочных работ встречаются случаи, когда сложно разобраться в причинах некорректного измерения температуры термопар. В этом случае необходимо выяснить причины недостоверных измерений. В данной статье я хотел бы поделиться способами поиска недостатков, анализа ситуации и разъяснить ряд спорных моментов.
Сначала немного теории.
Термопара состоит из соединения разных сплавов, которые в силу своих физико-химических свойств при соприкосновении начинают являться источником слабого электрического тока (ЭДС). При воздействии температуры на термопару в ней изменяется разность потенциалов, измеряемая несколькими милливольтами. Данная разность потенциалов зависит от типа используемых для изготовления термопары материалов. Термопара по принципу своей работы похожа на электрическую батарейку, где при взаимодействии двух материалов и электролита возникает потенциал (ЭДС).
Принцип работы измерительного канала типа «термопара»

Точка соединения металлов в самой термопаре определяется как «горячий спай». «Холодный спай» — это все остальные соединения в данном канале измерения. Чтобы определить температуру зоны, в которой установлена термопара, достаточно измерить количество милливольт на входе в канал измерения.
Соединение между термопарой и измерителем напряжения (например, милливольтметром или модулем ввода-вывода) обычно выполняется при помощи термокомпенсационных кабелей или удлинительных кабелей. В первом случае материалы проводников имеют характеристики, аналогичные характеристикам термопары, во втором — из одинакового материала.
Несмотря на использование термокомпенсационных материалов, всегда будет точка, в которой термопара вступит в контакт с другим материалом, например, медью дорожек электронных цепей. В этом случае будут созданы новые соединения («холодный спай»), которые будут вносить вклад в общую измеряемую ЭДС (искажая показания).
Давайте рассмотрим пример.
Имеется термопара типа «Cromel-Alumel». Когда проводники Cromel и Alumel находятся в контакте с медью, образуются две новые термопары: «Cromel-Copper» (будет вырабатываться ЭДС = V1) и Copper-Alumel (будет вырабатываться ЭДС = V2). Следовательно, будут сгенерированы два дополнительных и противоположных друг другу по полярности ЭДС, которые будут складываться с ЭДС соединения Cromel-Alumel (будет вырабатываться ЭДС = V).
В конечном итоге мы будем иметь в схеме измерения такой ЭДС:
Vобщий = V+(V1-V2),
где V1-V2 обычно является отрицательным значением. Если бы все «холодные спаи» находились бы при 0 °C, то они не оказали бы никакого влияния на общую цепь измерения, так как весь генерируемый ими ЭДС был бы равен нулю. Однако чаще всего приходится нивелировать влияние «холодных спаев» путем добавления дополнительного ЭДС к измерительной цепи по такой формуле:
Vкомпенс = V2-V1
Чтобы убрать ЭДС «холодного спая» (V1-V2), необходимо прибавить рассчитанную часть ЭДС (V2-V1). Таким образом, вычитание близких по величинам чисел позволит повысить качество измерения линии.
Формула, по которой должно вычисляться корректное напряжение термопары, следующая:
Vобщ = V + V1-V2 + V2-V1, где:
V1-V2 – это напряжение холодного спая;
V2-V1 – это коэффициент термокомпенсации.
Термокомпенсация может осуществляться через аппаратные настройки контроллера (Hardware) или через программное обеспечение со специальными программами (Software).
Тем, кто терпеливо дочитал до этого места, еще немного теории, но уже более углубленной.
Например, на объекте завершен монтаж, а показания температур не соответствуют ожидаемым.
Что в первую очередь нужно проверить:
1.   Заземление удлиняющего кабеля. Случайные наводки могут влиять на результат измерения, искажая показания.
2.   Нужно быть уверенным, что в аппаратной конфигурации ПЛК правильно выставлены параметры RTD в Hardware. Фиксированная опорная температура установлена в 0 °C.
3.   Выбор определения термопары лучше всего выставить в ручном режиме, так как это дает большое количество возможных вариантов для настройки.
4.   Проверить, какие выставлены параметры компенсации «холодного спая» в HW (аппаратно) или SW (программно). Они не должны дублироваться. Если нигде ничего не выставлено, то ошибка может достигать величины температуры окружающей среды.
Обычно при проведении заводских испытаний до отправки шкафов на производство каналы измерения тестируют специальными задатчиками напряжения (калибраторами). Так, например, если подать на канал термопары типа «К» 50мВ, то значение температуры должно быть 1233 °C. Необходимо отметить, что соединения термокомпенсационных кабелей до контроллера образуют поле «компенсированного типа» и в линиях могут образовываться «паразитные», «холодные» соединения. Необходимо убедиться, что удлинительные кабели или компенсационные кабели не соединяются через проходной металл (клеммник) другого типа металла, так как всё это увеличивает погрешности «холодного спая».
Желательно обратить внимание на полярность жил проводников в канале измерения. Важно соблюдать цвета проводников в соответствии с полярностью термопары. Если их перепутать, то будет невозможно получить корректные показания температуры. Иногда специалисты оценивают полярность жил термокомпенсационных кабелей по магнитной жиле (жилы в кабеле магнитятся). Для термопары типа «К» магнитящейся жилой обычно является отрицательный провод белого цвета.
Что нужно делать для проверки линии измерения термопары? Разрывать поочередно линию связи от термопары, распределительной коробки, контроллера, осуществляя замеры и ведя учет замеров в таблице. Если разница на различных термопарах относительно постоянна, то потребуется пересмотреть процедуру компенсации «холодного спая» в контроллере. Так, например, если мы по записям в таблице видим, что имеется отклонение во всех точках замеров, то мы можем их суммировать и учесть в виде поправочного коэффициента в программной или аппаратной конфигурации.
В дополнение хотелось бы отметить, что на объектах инженеры пользуются приборами недостаточного класса точности. Для замеров напряжения термопар необходимо замерять с точностью сотых, а лучше тысячных вольта. Если не использовать такие точные приборы, то ошибка в сверке показаний может достигать 30 °C.

На промышленных объектах (печи, колонны и пр.), все термопары подключаются к контроллеру после монтажа через специальные распределительные коробки. Длина термокомпенсационного кабеля обычно составляет около 300 м. Соединение между соединительным разъемом термопары и модулем ввода-вывода контроллера осуществляется через двуполярный термокомпенсационный кабель. Например, бывают кабели для типа «K» по 24 пары в каждом.
Соединение между каждой термопарой и распределительной коробкой осуществляется путем вставки штекеров каждой термопары в соответствующее предварительно смонтированное гнездо. Данные соединения должны строго соответствовать внешним схемам подключения.
Чтобы проверить целостность термопары, необходимо отсоединить штекер, идущий от датчика в распределительную коробку, предварительно сделав замер в милливольтах. Это значение должно приблизительно соответствовать температуре среды, в которой установлен датчик. Если это не так, термопару и ее удлинительный кабель необходимо заменить одним из запасных аналогичного типа.
Внимание: термокомпенсационные кабели имеют полярность и не должны быть перепутаны. Пары проводников окрашены в соответствии с международным стандартом STD, причем один цвет соответствует положительному, а другой — отрицательному. Цвет проводников для всех термокомпенсационных кабелей может варьируется от типа к типу. На следующем рисунке показана окраска и полярность проводников в соответствии с принятым стандартом.

Важно, чтобы соединение между термопарой и контроллером осуществлялось с учетом полярности сигнала (мВ). Ниже приводится таблица соответствия/преобразования милливольт к температуре, для термопар типа «K» (NiCr-Ni) в соответствии со стандартом IEC 584-1 (значения, выделенные жирным, – температура, значения в таблице – милливольты).

#Термопара, #термопары, #холодныйспай, #горячийспай, #Термокомпенсация, #пусконаладочныепроблемы, #измерительнаялиния, #измерительныйканал, #ЭДС

English version

Возврат к списку

Термопара

Ползиков Д.В. 1

1ГБПОУ РК СКР, ТД-18

Гресько П.А. 1

1ГБПОУ РК СКР

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Актуальность

Термоэлектрические преобразователи энергии находят все большее применение в современном приборостроении и технике: от бытовых приборов до космических устройств. Дальнейшее расширение их использования существенным образом сдерживается низким коэффициентом полезного действия таких преобразователей. Как показывают эксперименты, одним из перспективных направлений повышения эффективности термоэлектрических материалов является их микроструктурирование и наноструктурирование, при котором различным образом изменяются условия протекания электрофизических и теплофизических процессов.

Физические основы. Принцип действия

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеетсяконтактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма такихразностей потенциаловравна нулю (рисунок 1). 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 температуройТ₁, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуреТ₂, которое будет пропорционально разности температурТ₁иТ₂.

Рисунок 1. Схема термопары типа К. При температуре спая проволок изхромеляиалюмеляравной 300 °C и температуре свободных концов 0 °C развивает термо-ЭДС 12,2мВ.

Термопара — термоэлектрический преобразователь

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, использующеготермоэлектрический эффектдля измерения температуры.

Термоэлектрические преобразователи — термопары, как и термопреобразователи сопротивления, являются наиболее распространенными средствами измерения температуры.

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), развиваемой термопарой от температуры ее рабочего конца. Термо-ЭДС возникает в цепи, составленной из двух разнородных проводников (электродов), если значения температуры мест соединения не равны (при равенстве температур термо-ЭДС равна нулю). Возникающая в цепи термопары ЭДС является результатом действия эффектов Зеебека и Томпсона. Первый связан с появлением ЭДС в месте спая двух разнородных проводников, причем величина ЭДС зависит от температуры спая. Эффект Томпсона связан с возникновением ЭДС в однородном проводнике при наличии разности температур на его концах.

Развиваемая термо-ЭДС зависит от значения обеих температур, причем она увеличивается с ростом разности. В силу этого термо-ЭДС термопары условно обозначается символом E.

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный (рисунок 2). 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.

Рисунок 2. П
одключение термопары к измерительному прибору:
а) простой, б) дифференциальный

Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;

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.

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 термопар

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 не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.

Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.

На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Практическое применение термопар

Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры. Они гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний день хорошо изучена и описана в специальной литературе. К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах. Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01°С.

Таблица 1.

Тип термо-пары	Буквенное обозначение НСХ*	Материал термоэлектродов		Коэффициент термо-ЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С)	Диапазон рабочих температур, °С	Предельная температура при кратковременном применении, ^°С
Тип термо-пары	Буквенное обозначение НСХ*	Положительного	Отрицательного	Коэффициент термо-ЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С)	Диапазон рабочих температур, °С	Предельная температура при кратковременном применении, ^°С
ТЖК	J	Железо (Fe)	Сплав константен (45% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	50-64 (0-800)	от -200 до +750	900
ТХА	К	Сплав хромель (90,5% Ni +9,5% Сr)	Сплавалюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co)	35-42 (0-1300)	от -200 до +1200	1300
ТМК	Т	Медь (Сu)	Сплав константан (55% Си + 45% Ni, Mn, Fe)	40-60 (0-400)	от -200 до +350	400
ТХКн	Е	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)	Сплав константан (55% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	59-81 (0-600)	от-200 до+700	900
ТХК	L	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)	Сплав копель (56% Си + 44% Ni)	64-88 (0-600)	от -200 до +600	800
ТНН	N	Сплав никросил (83,49% Ni +13,7% Сr + 1,2% Si+ 0,15% Fe + 0,05% С + 0,01% Mg)	Сплав нисил (94,98% Ni + 0,02% Сr + 4,2% Si + 0,15% Fe + 0,05% С + 0,05% Mg)	26-36 (0-1300)	от -270 до +1300	1300
ТПП13	R	Сплав платина-родий (87% Pt + 13% Rh)	платина (Pt)	10-14 (600-1600)	от 0 до +1300	1600
ТПП10	S	Сплав платина-родий (87% Pt + 13% Rh)	платина (Pt)	10-14 (600-1600)	от 0 до +1300	1600
ТПР	В	Сплав платина-родий (70% Pt + 30% Rh)	Сплав платина-родий (94% Pt + 6% Rh)	10-14 (1000-1800)	от 600 до+1700	1800
ТВР	А-1А-2А-3	Сплав вольфрам-рений (95% W + 5% Re)	Сплав вольфрам-рений (80% W + 20% Re)	14-7 (1300-2500)	от 0 до +2200 от 0 до +1800 от 0 до +1800	2500
ТСС	I	Сплав сильд	Сплав силин	—	от 0 до + 800	900

Кабардин А. А. Физика 10 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных организаций: углубленный уровень — М: Просвещение, 2014

http://www.radioradar.net/hand_book/documentation/terpara.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/Термопара

Просмотров работы: 465

10. Термоэлектрические датчики — СтудИзба

Глава 10 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

§ 10.1. Принцип действия

Термоэлектрические датчики относятся к датчикам генераторного типа. Их работа основана на одном из термоэлектрических явлений — появлении термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС).

Сущность этого явления заключается в следующем. Если составить электрическую цепь из двух разнородных металлических проводников (или полупроводников), причем с одного конца проводники спаять, а место соединения (спай) нагреть, то в такой цепи возникает ЭДС. Эта ЭДС будет пропорциональна температуре места спая (точнее — разности температур места спая и свободных, неспаянных концов). Коэффициент пропорциональности зависит от материала проводников и в определенном интервале температуры остается постоянным. Цепь, составленная из двух разнородных материалов, называется термопарой; проводники, составляющие термопару, называются термоэлектродами; места соединения термоэлектродов —спаями. Спай, помещаемый в среду, температуру которой надо измерить, называется горячим или рабочим. Спай, от носительно которого измеряется температура, называется холодным или свободным. Возникающая при различии температур горячего и холодного спаев ЭДС называется термоЭДС. По значению этой термоЭДС можно определить температуру.

Физическая сущность возникновения термоЭДС объясняется наличием свободных электронов в металлах. Эти свободные электроны хаотически движутся между положительными ионами, образующими остов кристаллической решетки. В разных металлах

свободные электроны обладают при одной и той же температуре разными скоростью и энергией. При соединении двух разнородных металлов (электродов) свободные металлы из одного электрода проникают в другой. При этом металл с большей энергией и скоростью свободных электронов больше их теряет. Следовательно, он приобретает положительный потенциал. Металл с меньшей энергией свободных электро-

нов приобретает отрицательный потенциал. Возникает контактная разность потенциалов. При одинаковой температуре спаев (0₁= 0₂ на рис. 10.1, а) контактная разность потенциалов не может создать тока в замкнутой цепи. Контактная разность в спае / направлена навстречу контактной разности в спае 2. Но если нагреть один из спаев (рабочий) до температуры 0₁>0₂, то контактная разность в спае 1 увеличится, а в спае 2 останется без изменения. В результате в контуре и возникает термоЭДС, тем большая чем больше разность температур спаев 1 и 2 (0,—8₂).

Для измерения термоЭДС, вырабатываемой термопарой, в цепь термопары включают измерительный прибор (например, милливольтметр). Милливольтметр включают, разомкнув свободный спай (рис. 10.1, б), либо в разрыв одного из термоэлектродов (рис.10.1, в). Как видно из схем включения измерительного прибора в случае разомкнутого свободного спая (рис. 10.1, б) у термопары три спая: один горячий 1 и два холодных 2 и 3, которые должны иметь постоянную температуру. При включении милливольтметра в разрыв одного из термоэлектродов (рис. 10.1, в) имеется четыре спая: один горячий /, один холодный 2 (он должен иметь постоянную температуру), два нейтральных 3 и 4 (они должны находиться при одинаковой, но не обязательно постоянной температуре). Для обеих схем термоЭДС и показания прибора будут одинаковыми, если соответственно одинаковыми будут температуры горячих и’ холодных спаев. В этом нетрудно убедиться, если составить уравнения по второму закону Кирхгофа для каждого из контуров.

Термопары, Промышленные термопары в сборе

Введение в термопары

Принципы и особенности термопар

Современные конструкции термопар являются результатом многолетних исследований и практического опыта. Вместе с качественными приборами они дают ответ на тысячи проблем, связанных с измерением и контролем температуры.

Эффект Зеебека

По сути, термопара — это замкнутая цепь, образованная двумя разнородными металлическими проводниками для создания электродвижущей силы (ЭДС) или напряжения.Напряжение вызывает протекание тока, когда к одному из переходов прикладывается тепло. Ток будет продолжать течь, пока два перехода находятся при разных температурах. Это называется эффектом Зеебека в честь открытия этого принципа Т. Дж. Зеебека.

Направление тока в охладителе двух переходов (T1) определяет полярность. Например, на рисунке 2, когда ток течет от a к B. a считается положительным.

Эффект Петтье

Пельтье обнаружил, что когда ток течет через соединение двух разнородных металлов, соединение либо выделяет тепло, либо поглощает его, в зависимости от направления тока.Если ток течет в том же направлении, что и ток, возникающий в термопаре в измерительном спайе, тепло будет поглощаться, а тепло выделяться на противоположном (холодном) спайе. Количество поглощаемого и выделяемого тепла пропорционально количеству электричества, протекающего через соединение.

Термоэлектрические законы

A. Цепь из одного однородного провода не может поддерживать ток только за счет приложения тепла.

B. В цепи из двух разнородных однородных проводов, если одно соединение поддерживается при одной температуре, а другое соединение — при другой, результирующая термо-ЭДС не будет зависеть от температурного градиента вдоль проводов.

C. Третий металл может быть введен в цепь из двух разнородных однородных проводов с их измерительным и холодным спаями, поддерживаемыми при разных температурах, без влияния на общую ЭДС (напряжение) в цепи. Этот закон, часто называемый законом промежуточных металлов, работает следующим образом: в цепи из двух разнородных однородных проводов A и B с измерительным и холодным спаями, поддерживаемыми при разных температурах, введите третий металл C, разрезав провод и вставив провод C, сделав два дополнительных соединения от a до C.Если C однороден по температуре по всей длине, это не повлияет на общую ЭДС в цепи. Этот закон может быть применен в различных формах к головке термопары, где провода термопары соединены с удлинительными проводами через медный или латунный блок.

Общая схема термопары

Ниже приведены примеры наиболее распространенных схем термопар.

1. Стандартная одинарная термопара, состоящая из двух разнородных проводов и одного измерительного спая:

2.Усредняющая термопара состоит из двух или более термопар, подключенных параллельно к общему холодному спаю. Генерируемая ЭДС будет соответствовать среднему значению температуры отдельных переходов, при условии, что сопротивления всех элементов равны.

3. Термобатарея состоит из двух или более соединенных между собой термопар. Результирующая ЭДС будет совокупностью всех отдельных переходов.

4. Термопара Delta, также известная как дифференциальная термопара, состоит из двух одинаковых проводов «A», соединенных с одним разнородным проводом «B», причем два измерительных узла обычно имеют разные температуры.Результирующая ЭДС будет разницей между двумя переходами, обычно называемой разницей температур.

Примечание. По крайней мере, один из спаев термопары должен быть незаземленным, а измерительный прибор должен быть дифференциального типа. типичный диапазон шкалы может быть: от -150 до 0 до +150

Назначение соединительных головок

Соединение термопары или клеммная головка обеспечивает положительное электрическое соединение между термопарой и удлинительными проводами и обеспечивает средства крепления для защитной трубки и кабелепровода удлинительного провода.Головка содержит клеммную колодку для всех электрических соединений. Соединительные головки доступны для любого применения. Типичные головки включают крышку из литого алюминия, идеально подходящую для применений, которые должны быть полностью защищены от атмосферных воздействий; головка из полипропилена для экстремальных коррозионных зон, взрывозащищенная трубчатая.

Использование удлинительного провода

Удлинительный провод используется для удлинения термопары до эталонного спая в приборе. Провод поставляется в виде согласованной пары проводов с изоляцией, разработанной для удовлетворения потребностей в обслуживании конкретного приложения.

Расчеты термопар

| Как преобразовать милливольты термопары?

Напряжение, создаваемое термопарой, зависит от разницы температур между измерительным и эталонным спаями.

Обычно эталонный спай поддерживается при 0 ° C с помощью ледяной ванны, как показано на рисунке.

ЭДС термопары измеряется вольтметром с высоким сопротивлением.

К сожалению, зависимость между напряжением термопары и температурой не является линейной, и необходимо использовать таблицы преобразования температуры термопары, чтобы найти температуру по измеренному напряжению.

Выдержка из таблицы напряжение / температура для термопары типа K (эталон 0 ° C) приведена в таблице.

Зависимость температуры (° C) от ЭДС (мкВ) для термопары типа K с эталонным значением 0 ° C.

Таблица: в верхнем первом ряду и левом первом столбце указаны температурные шкалы. В первом левом столбце указана температура в единицах 10 ° C, а в верхней первой строке указаны значения температуры в единицах 1 ° C. В остальных ячейках указано выходное напряжение соответствующей термопары в единицах мкВ.

Например, температура составляет 10 ° C, тогда из приведенной выше таблицы эквивалентное выходное напряжение термопары составляет 397 мкВ. Допустим, температура 12 градусов Цельсия, выходное напряжение 477 мкВ.

Аналогично, если температура составляет 105 ° C, то из вышеприведенной таблицы выходное напряжение термопары составляет 4303 мкВ. Таблицы термопар будут меняться в зависимости от типа термопары. Выше показано термопара типа K.

Мы могли бы сохранить эти значения справочной таблицы в компьютере / контроллере и использовать эту таблицу для преобразования между ЭДС и температурой.

Однако более жизнеспособный подход, используемый производителями, состоит в том, чтобы аппроксимировать значения таблицы с помощью полиномиальных уравнений степенного ряда и позволить микропроцессору прибора или производственному компьютеру вычислять температуру по ЭДС или ЭДС по температуре (обратный полином).

Холодный спай в ледяной бане больше не считается практичным. Вместо этого предполагается, что клеммы, соединяющие термопару с измерительным устройством, теперь играют роль эталонного спая или «холодного спая», как его все еще называют сегодня.Температура эталонного спая теперь может поддерживаться, например, при комнатной температуре, где температура перехода измеряется с помощью вспомогательного датчика температуры, такого как полупроводниковый / ИС.

Согласно закону промежуточных температур, напряжение термопары, соответствующее температуре холодного спая, может быть добавлено к измеренному напряжению термопары. Истинная температура горячего спая относительно 0 ° C затем может быть определена из этого увеличенного напряжения.

Также читайте: Вопросы и ответы по термопарам

Пример 1:

Рассчитайте среднюю чувствительность (мкВ / ° C) термопары типа K в диапазоне температур от 0 ° C до 100 ° C.

Ответ:

Из приведенной выше таблицы: изменение ЭДС, развиваемой термопарой типа K, от 0 ° C до 100 ° C составляет 4096 мкВ.

Таким образом, средняя чувствительность составляет 4096/100 = 40,96 мкВ / ° C.

Пример 2:

Холодный спай термопары типа K поддерживается при 0 ° C.Используйте приведенную выше таблицу, чтобы определить температуру, если измеренное напряжение составляет

а) 798 мкВ и б) 2602 мкВ.

Ответ:

Из приведенной выше таблицы мы можем отметить соответствующие температуры по заданному значению напряжения.

а) 20 ° С б) 64 ° С

Пример 3:

Связь между ЭДС и температурой для определенной (воображаемой) термопары описывается соотношением: v = t

², где v — генерируемая ЭДС термопары в микровольтах (мкВ), а t — разность температур в ° C, между горячим спаем и 0 ° C.Если показание ЭДС термопары составляет 3000 микровольт, а температура холодного спая составляет 25 ° C, рассчитайте температуру горячего спая.

Ответ:

ЭДС, соответствующая (25-0) ° C = 252 = 625 мкВ

Суммарная ЭДС (T — 0) = 3000 + 625 = 3625 мкВ

По закону промежуточных температур:

Температура горячего спая T = √v = √3625 = 60,21 ° C

(T НЕ = √3000 + 25 = 54,77 + 25 = 79,77 ° C)

Пример 4:

Неизвестная температура измеряется термопарой типа K.Измеряется напряжение термопары 2602 мкВ. Если температура холодного спая составляет 20 ° C, рассчитайте температуру процесса, измеренную на стороне горячего спая термопары.

Ответ:

Из приведенной выше таблицы, ЭДС холодного спая (20 ° C) составляет 798 мкВ. Согласно закону промежуточных температур, корректирующее напряжение 798 мкВ следует добавить к измеренному напряжению 2602 мкВ, чтобы получить 3400 мкВ. Скорректированное напряжение представляет собой ЭДС термопары, которая была бы получена, если бы контрольный спай поддерживался при 0 ° C.

Опять же из таблицы, температура, соответствующая 3400 мкВ, находится где-то между 83 ° C и 84 ° C.

Чтобы найти правильную температуру, мы должны использовать линейную экстраполяцию между этими двумя значениями.

Разница между 3433 мкВ (84 ° C) и 3391 мкВ (83 ° C) составляет 42 мкВ, а 3400 мкВ на 9 мкВ больше, чем 3391 мкВ (83 ° C).

Следовательно, температура, которую мы ищем, составляет 83 ° C плюс (9/42) ° C, что составляет 83,2143 ° C.

Способ НЕ рассчитывать температуру горячего спая — это найти измеренное напряжение (2602 мкВ) как 64 ° C, а затем добавить температуру холодного спая, равную 20 ° C, чтобы получить 84 ° C.Это НЕ ПРАВИЛЬНО.

Загрузить: Калькулятор термопары

Как работает термопара?

Термопары — общий принцип работы

Если в электрическом проводнике есть температурный градиент, поток энергии (тепла) связан с потоком электронов вдоль проводника, и тогда в этой области генерируется электродвижущая сила (ЭДС). И размер, и направление ЭДС зависят от размера и направления самого температурного градиента, а также от материала, из которого изготовлен проводник.Напряжение зависит от разницы температур по длине проводника. Этот эффект был открыт Т. Дж. Зеебеком в 1822 году.

Температурная ЭДС

Напряжение, возникающее на концах проводника, является суммой всех ЭДС, генерируемых вдоль него. Для заданной общей разницы температур, T1-T2, распределения градиента, показанные на рисунках 2.1 a, b и c, создают одинаковое общее напряжение E. Пока проводник имеет однородные термоэлектрические характеристики по всей своей длине.

Выходное напряжение одиночного проводника, как показано, обычно не поддается измерению, поскольку сумма внутренних ЭДС вокруг замкнутой цепи в любой температурной ситуации равна нулю. Итак, в практическом датчике термопары фокус состоит в том, чтобы соединить два материала, имеющих разные термоэлектрические характеристики ЭДС / температуры, чтобы создать полезный чистый электронный поток и определяемое чистое выходное напряжение.

Таким образом, два соединенных разнородных проводника, A и B, подвергаются воздействию тех же градиентов температуры, что и на рисунке 2.1 генерирует выходные данные, как показано на рисунке 2.2. По сути, существует чистый поток электронов через переход, вызванный различными термоэлектрическими ЭДС, в свою очередь, возникающий из-за взаимодействия градиента с двумя разными проводниками. Отсюда и термин «термопара».

Стоит отметить, что термоэлектрическая ЭДС возникает в области температурного градиента, а не на стыке как таковом. Это важный момент, который необходимо понять, поскольку термометрия термопар имеет практическое значение.К ним относится обеспечение того, чтобы проводники термопары были физически и химически однородными, если они находятся в температурном градиенте. Точно так же и сами стыки должны находиться в изотермических зонах. Если какое-либо из этих условий не выполняется, возникают дополнительные нежелательные ЭДС.

Между прочим, любое количество проводников может быть добавлено в термоэлектрическую цепь, не влияя на выход, при условии, что оба конца имеют одинаковую температуру и обеспечивается однородность. Это приводит к концепции удлинителей и компенсирующих кабелей, позволяющих увеличить длину проводников зонда.См. Часть 2, Раздел 3.

Возвращаясь к рисунку 2.2, на самом деле выходной сигнал ЕТ одинаков для любого распределения градиента температуры по разности температур Т1 и Т2, при условии, что проводники снова демонстрируют однородные термоэлектрические характеристики по всей своей длине. Поскольку переходы M, R1 и R2 представляют собой пределы проводников, генерирующих ЭДС, и поскольку остальные проводники, соединяющие измерительное устройство, представляют собой однородную медную проволоку, выходной сигнал термопары фактически зависит только от температуры двух основных переходов.По сути, это основа практической термометрии термопар.

Измерительные и опорные точки

Соответствующими переходами являются так называемый измерительный переход (M) и место соединения разнородного провода с медными выходными соединениями (обычно пара переходов), называемое опорным переходом (R), как показано на рисунке 2.2. Пока эталонный спай (R) поддерживается при постоянной известной температуре, температуру измерительного спая (M) можно определить по выходному напряжению термопары.Таким образом, термопары можно рассматривать как устройства для измерения дифференциальной температуры, а не как датчики абсолютной температуры.

На этом этапе следует обратить внимание на важные моменты. Во-первых, термопары генерируют выходной сигнал только в тех регионах, где существуют температурные градиенты, а не за их пределами. Во-вторых, точность и стабильность могут быть гарантированы только в том случае, если термоэлектрические характеристики проводников термопары одинаковы во всем. Наконец, только схема, состоящая из разнородных материалов в температурном градиенте, генерирует выходной сигнал.

Практическая информация по термопарам Техническая информация для термопар
Рисунки 2.1 a, b, c : Распределения температуры, приводящие к одинаковой термоэлектрической ЭДС

Рисунки 2.2 a, b, c : ЭДС термопары, генерируемые температурными градиентами

Калибровочные столы

Помимо этого, еще один важный момент, о котором следует помнить, — это то, что термоэлектрическая чувствительность большинства материалов в диапазоне температур нелинейна.Это редко бывает идеальным миром, и термопара не более идеальна, чем любая другая. Таким образом, выходное напряжение, связанное с температурой, не является линейной функцией температуры. Требуется переменная интерполяция, в отличие от прямого считывания напряжения (если только диапазон измеряемых температур не очень узок и высокая точность не является обязательным условием).

Итак, для каждого типа термопар существуют калибровочные таблицы, связывающие выходное напряжение с температурой измерительного спая.Очевидно, что при проведении термометрии с помощью термопары необходимо каким-то образом связать выходное напряжение датчика с ними, чтобы определить истинную температуру.

Каково время отклика термопары?

Все датчики имеют конечное время отклика, и это следует учитывать, если температура измеряемой среды значительно меняется со временем, но требуется высокая скорость отклика — например, когда требуется управление, переключение или действия по тревоге. быть столь же быстрым. Собственное время отклика датчика зависит от его конструкции и обычно определяется конкретными условиями испытаний.Один из таких методов — погрузить датчик при температуре окружающей среды в быстро движущуюся воду с другой температурой. Ясно, что это позволяет проводить сравнения.

Управляющим параметром здесь является эффективный коэффициент температуропроводности датчика, k / (c x r), где k — эффективная теплопроводность, c — эффективная удельная теплоемкость, а r — плотность. По сути, эта функция представляет скорость, с которой изменение температуры будет распространяться через среду. Таким образом, идеальный датчик с быстрым откликом должен быть изготовлен из материала с высокой проводимостью, иметь низкую удельную теплоемкость и низкую плотность.К сожалению, существует множество ограничений, влияющих на конструкцию датчика, некоторые из которых могут ухудшить их скорость отклика в соответствии с этим определением, но есть практические шаги, которые можно предпринять для улучшения ситуации. Вверху списка находятся обеспечение минимально возможного теплового сопротивления на границе датчика (это способствует составляющей проводимости), уменьшение длины пути (и, следовательно, эффективной тепловой массы датчика) и использование наименьшего возможного устройства в пределах ограничений достижение надежных измерений.Помимо этого есть специальные точки для термопар и RTD.

Что касается термопар, наибольшее время отклика достигается за счет использования открытого спая. Там, где это нецелесообразно, обычно используется заземленный переход для уменьшения времени отклика по сравнению с изолированным переходом. Типичное время отклика для этих сборок регулируется и зависит от среды применения и общего диаметра, а также деталей конструкции. Испытания показывают, что для изолированных переходов достичь 63.2% -ное изменение ступени с 20 ° C на 100 ° C в воде занимает 0,015 секунды для термопары с минеральной изоляцией с внешним диаметром 0,010 дюйма. Для термопары MI с внешним диаметром 1/2 дюйма и толстой стенкой может потребоваться более 9 секунд. Эти цифры составляют примерно половину для заземленных переходов.

Для резистивных датчиков температуры время отклика всегда зависит от тепловой массы (в идеале низкая) и отношения площади поверхности к объему (в идеале высокое) датчиков, а также от адекватности контакта с соответствующей средой.Последнее часто диктуется необходимой степенью изоляции и механической защиты / защиты окружающей среды, которая влияет на всю длину стержня датчика, в отличие от термопар. Можно сконструировать герметичные датчики, обеспечивающие время отклика в диапазоне от 0,2 до 0,5 секунды. Незначительно лучшие отклики могут быть получены при использовании тонкопленочных RTD. Однако реакция тяжелого промышленного оборудования, установленного в стенках сосудов под давлением, может занять несколько минут.

Что такое усредняющая термопара?

С помощью термопар можно расположить несколько датчиков таким образом, чтобы их комбинированные выходы отображали среднее значение их температуры.Возможны различные конфигурации.

Параллельные термопары

Немедленно и важно отметить, что сопротивление контура каждой отдельной цепи должно быть точно согласовано между измерительным переходом и общей точкой соединения. Этого легко добиться, просто убедившись, что все цепи термопар имеют одинаковую конструкцию и длину (см. Рисунок 6.1).

Другой метод включает использование резисторов для балансировки цепей до одного значения (см. Рисунок 6.2). Если в цепи термопары должны использоваться отдельные сопротивления, предпочтительно изготавливать резисторы из соответствующих материалов термопары. В качестве альтернативы, если должны использоваться обычные резисторы, лучше всего вставить их в медные цепи и использовать компоненты с термоэлектрическими свойствами, максимально близкими к свойствам меди.

В идеале требуемое сопротивление может быть достигнуто путем размещения двух резисторов одинакового номинала, по одному на каждой стороне медной цепи.Это обеспечивает определенную степень подавления паразитных тепловых напряжений (см. Рисунок 6.3).

При использовании всех этих методов требуется некоторая осторожность. Хотя они будут обеспечивать приемлемое среднее напряжение и, следовательно, выходную температуру соответствующих термопар, точность может быть снижена из-за нелинейности характеристик термопар, а также из-за изменения самих сопротивлений термопар в зависимости от температуры.

Кроме того, измерительные переходы должны быть электрически изолированы друг от друга, чтобы исключить другие параллельные пути.Также следует учитывать влияние несовпадения термоэлектрических характеристик добавленных резисторов. Это можно минимизировать, поместив их в изотермический (теплоизолированный) корпус.

И последнее: сопротивление контуров цепей термопар лучше всего определять с помощью низкочастотного моста переменного тока. Даже небольшое термоэлектрическое напряжение может значительно повлиять на показываемое значение с помощью некоторых приборов для измерения сопротивления постоянному току. Поэтому всегда стоит менять полярность измерения, чтобы убедиться в отсутствии таких влияний.

Рисунки 6.1 : Параллельные термопары

Рисунок 6.2 : Балансировка цепи с помощью резисторов

Рисунки 6.3 : Идеальный случай — с двумя резисторами

Термопары серии

Усреднение температуры также может быть выполнено путем последовательного соединения термопар. Здесь для всех датчиков требуются отдельные опорные переходы; тогда выходной сигнал представляет собой сумму выходов отдельных термопар, а средняя температура — это просто эта сумма, деленная на количество участвующих термопар.Если выполняется измерение напряжения (нулевой или практически нулевой ток), сопротивление цепи больше не имеет значения. Тем не менее, другие соображения, такие как изоляция измерительного перехода и изменение чувствительности в зависимости от температуры, по-прежнему актуальны.

Основы термопар | Максим Интегрированный

Аннотация: В этой заметке по применению рассматривается конструкция термопар и физика, лежащая в основе их работы, что дает читателям понимание, которое поможет им повысить точность показаний термопар.

Введение

Термопары — это распространенный тип датчика температуры, который используется в различных областях, от лабораторных испытательных стендов до промышленных среды. Однако, как это часто бывает со многими типами датчиков, получение точных данных с помощью термопар может быть сложно. В этой заметке по применению рассматривается, как устроены термопары, и физика, лежащая в основе их работы. обеспечение понимания, которое поможет читателям повысить точность своих чтений.

Как создаются термопары

Комбинация двух разнородных проводников, образующих «горячий» и «холодный» спаи, создает термопару ( Рисунок 1 ).Поддержание двух переходов при разных температурах создает электродвижущую силу (ЭДС), также известную как термоэлектрическое напряжение. ЭДС измеряется в диапазоне милливольт и является продуктом физического явления, известного как Эффект Зеебека, который описывает напряжение, возникающее из-за материалов термопары, и разницу температур между горячим и холодным спаями.

Рис. 1. Термопара основной гармоники.

Уравнение 1 обеспечивает линейную аппроксимацию эффекта Зеебека.

∆V = S × (T _h — T _c)

(уравнение 1)

∆V: Разница напряжений между двумя разнородными металлами

S: коэффициент Зеебека в В / К (обычно в мкВ / ° C)

T _h — T _c: Разница температур между горячим и холодным спаем

Коэффициент Зеебека относится к двум проводникам, которые используются для создания термопары. Оно имеет нелинейная зависимость от температуры.Использование линейной аппроксимации эффекта Зеебека может привести к значительным измерениям. ошибки. Современные методы измерения термопар должны учитывать эту нелинейность. Это важно понимать, что измерение температуры не может быть определено исключительно по ЭДС, создаваемой термопарой. Вместо, должны быть известны следующие три параметра:

Термоэлектрическое напряжение, обусловленное температурным градиентом между горячим и холодным спаями.
Тип термопары
Температура холодного спая

Если какая-либо из этих переменных неизвестна, температуру на чувствительном спине термопары определить невозможно. Уравнение 2 показывает обновленный расчет для измерения температуры горячего спая термопары с учетом вышеуказанных параметров:

(уравнение 2)

T _ч: Температура горячего спая в ° C

T _c: Температура холодного спая, ° C

a (T _c): коэффициент Зеебека как функция от T _c в мкВ / ° C

Факторы, влияющие на точность показаний термопар

Наличие основ помогает понять факторы, которые могут повлиять на точность термопары. измерения.С тремя необходимыми параметрами, упомянутыми выше, относительно легко создать горячий спай. измерения температуры от термопары. Однако метод получения этих параметров может вводить неточности измерения. Следующие факторы могут повлиять на показания температуры на разных этапах измерения и в разной степени:

Характеристики термопары
Измерение холодного спая
Шумная среда
Линеаризация

Характеристики термопары

Иногда проблемы с самой термопарой приводят к неточным показаниям.Эти проблемы могут возникнуть из-за повреждений, которые происходит по мере старения термопары. Некоторые общие проблемы, о которых следует знать, включают:

Плохое тепловое / электрическое соединение горячего спая — Неправильное термоэлектрическое напряжение может генерироваться, если два проводники не соединены должным образом в месте горячего спая. Соединения неизолированных проводов, изолированные соединения и заземленные спаи являются наиболее распространенными типами горячих спаев в термопарах. Они описаны ниже:
- Термопары с неизолированным проводом — Два провода можно соединить вместе разными способами.Выводы можно скручивать, паять вместе или сварены вместе. Для приложений с чрезмерными механическими вибрациями скручивание выводов вместе не допускается. рекомендуемые. Для высокотемпературных применений не следует спаять спай из-за возможности припой оплавления. Соединения для холодной сварки часто являются лучшим вариантом.
- Изолированные переходы —Изолированные переходы в зависимости от конструкции переходов более механически прочны и устойчивы к коррозии по сравнению с термопарами с неизолированным проводом.Однако из-за отсутствия металлической поверхности непосредственно под воздействием температуры измерения термическое сопротивление горячего спая увеличивается. Это замедляет реакция термопары на любое изменение температуры. Поэтому там, где нужно быстро реагировать на температуру не рекомендуется менять изолированные стыки. В некоторых случаях медленная реакция может быть полезной, поскольку помогает отфильтровать «шум». Изолированные переходы также не рекомендуются для материалов с низкой теплопроводностью (как и общий для некоторых газов).
- Заземленные переходы — Конструкция аналогична термопарам с изолированным переходом, с той дополнительной особенностью, что спай электрически соединен с защитной оболочкой. Хотя конструкция этого типа является механически прочной и защищает от коррозии, заземленные переходы имеют более быстрое время отклика, чем изолированные переходы, из-за металлического соединения с защитной оболочкой (хотя из-за тепловой массы оболочки они все еще могут быть медленными). Однако, поскольку наконечник термопары приварен непосредственно к защитной оболочке, вся поверхность становится уязвимой.Если бы оболочка контактировала с электрическим сигналом, это сделало бы сигнал ЭДС, исходящий от термопары, ненадежным. Этот побочный эффект обычно игнорируется, и для приложений, использующих заземленное соединение, требуется тщательное планирование. Еще одно важное соображение заключается в том, что потенциал «заземленной» оболочки может отличаться от потенциала заземления системы в мВ или даже В. Обычно источник питания для схемы преобразования сигнала должен быть изолирован.
Последовательное сопротивление по линиям термопары — Поскольку термопары являются проводниками, паразитное сопротивление проводников или подключенных схем может повлиять на сигнал.Если провода слишком длинные или слишком тонкие, общее последовательное сопротивление может вызвать ухудшение сигнала до того, как ЭДС достигнет холодного спая. Один из способов решить эту проблему — использовать специальный тип провода для термопары, известный как «удлинитель», который предназначен для переноса термоэлектрической цепи на большее расстояние.
Низкокачественные материалы, используемые для изготовления термопары — Некоторые более дешевые термопары изготавливаются из материалов с низким содержанием металлов. Использование таких материалов может привести к появлению примесей в конструкции, которые по-разному влияют на каждую партию металла, создавая переменные коэффициенты Зеебека.
Проблемы с электрической изоляцией по длине проводов — Некоторые проблемы могут возникнуть, если для разделения двух проводов термопары используется неправильный тип или некачественная изоляция. В высокотемпературных приложениях, если используется нетермостойкий тип изоляции, изоляция может расплавиться, что приведет к контакту с выводами. Разрыв изоляции также может обнажить выводы термопары. Когда выводы термопары подвергаются воздействию элементов, они могут подвергнуться коррозии, вызвать короткое замыкание или сбои в линии или ввести в линии другие электрические сигналы.Также возможно, что положительный и отрицательный выводы закорочены вместе, что приведет к преждевременному горячему спайу, который по-прежнему дает показания температуры в неправильном месте.
Тип термопары — Каждый тип термопары имеет определенный диапазон измерения температуры. Данная термопара должна выдерживать условия окружающей среды, в которых он будет применяться. С широким диапазоном работы и недорогая конструкция, термопары K-типа являются одними из наиболее распространенных типов.Некоторые решения для термопар применимо только к данному типу термопары. Интегрированные решения, такие как MAX31856, настраиваются для поддержки всех распространенные типы термопар.

В приведенном выше списке представлены несколько общих проблем, которые могут привести к потере точности в зависимости от выбора термопара. Однако некоторые ошибки невозможно предотвратить, даже если выбрана хорошая термопара.

Измерение температуры холодного спая

При использовании термопар для определения температуры горячего спая критически важно получить точное значение холодного спая. измерение температуры.Чтобы поддерживать постоянную и известную температуру 0 ° C, традиционные холодные спаи должны быть охлажденный на бане с ледяной водой (отсюда и название «холодный спай»). Современные ИС для преобразования термопары в цифровые, такие как MAX31856, используют компенсация холодного спая для компенсации влияния температуры холодного спая посредством расчета и температуры измерение. Датчик температуры обычно используется для измерения температуры холодного спая.

При использовании компенсации искусственного холодного спая одним из важных факторов точности является определение температуры датчик как можно ближе к истинному холодному спаю.Также убедитесь, что холодный спай и измерительная ИС находятся на такая же температура. Один из способов сделать это — увеличить теплопроводность между двумя устройствами и разместить их вдали от источников тепла. Припаиваются ли выводы термопары непосредственно к плате или подключаются через клемму блоки, сводя к минимуму температурный градиент между выводами и датчиком температуры, повышает точность всех температурных чтения.

Устранение шума в окружающей среде

Поскольку сигналы, генерируемые термопарой, очень малы, измерения с помощью термопары чувствительны к ударам от шум.Различия в магнитном потоке или воздействие электромагнитных помех (EMI) по длине проводов могут генерируют шум в сигнале термопары. Термопары обычно используются в промышленных средах, которые часто встречаются. с возможностью внесения шума в сигнал. Обычным источником шума является магнитное поле. разность магнитного потока, возникающая из-за линейного шума на частоте 60 Гц или 50 Гц, в зависимости от страны. Эти поля индуцируют ток вдоль выводов термопары и может вносить ошибки в сигнал.Для борьбы с этим в микросхемах, таких как MAX31856, реализованы конструкции, включающие внутренние фильтры с настраиваемой частотой режекции 50 Гц или 60 Гц. Использование внутреннего фильтра схемы, помехи, наведенные на сигнал от сетевых частот, могут быть минимизированы.

Для более высоких частот можно использовать ферритовые шарики и дифференциальные фильтры, чтобы уменьшить шум, связанный с термопарой. ведет. Установка дифференциального конденсатора 100 нФ между положительным и отрицательным выводами как можно ближе к искусственному холоду. спай, насколько это возможно, помогает уменьшить некоторые шумы, вызванные линиями термопары.В приложениях с повышенным уровнем шума Для уровней, особенно высокоинтенсивных радиочастотных полей, между каждым выводом и землей должны быть размещены дополнительные конденсаторы емкостью 10 нФ.

Рис. 2. ИС термопары с фильтрующими конденсаторами на входах термопар.

Связанный шум источника питания может появляться при измерениях с помощью термопары. Чтобы свести к минимуму влияние этого типа шума, 0,1 мкФ керамический байпасный конденсатор можно разместить как можно ближе к контактам DVDD и AVDD и GND. Это поможет предотвратить скачки напряжения источника питания из-за влияния на преобразование температуры. На рисунке 2 показана типовая схема приложения. для ИС термопары MAX31856 с фильтрующими конденсаторами, подключенными к входам термопар. Кроме того, скручивание проводов термопары, когда это возможно, предотвращает появление емкостного шума в виде дифференциального шума срок напряжения.

Поддержка нескольких методов преобразования

Как обсуждалось ранее, коэффициент Зеебека для любого типа термопары зависит от температуры термопары, который создает нелинейную передаточную функцию напряжения в температуру.Национальный институт стандартов и технологий (NIST) ведет опубликованную базу данных преобразований напряжения в температуру, используемых для калибровки и тестирования каждого тип термопары. База данных включает несколько различных методов преобразования. Один из методов — это зависимость напряжения от температуры. справочная таблица, которая отображает дифференциальное термоэлектрическое напряжение на значение температуры во всем диапазоне температур для термопары каждого типа (при температуре холодного спая 0 ° C). Другой метод — серия из 9 ^-го — или 10 ^-го — порядка. полиномиальные уравнения, используемые для преобразования напряжения в температуру или температуры в напряжение.

В большинстве приложений, после того, как АЦП оцифровывает исходное напряжение термопары, выходной код АЦП должен быть преобразован в считывание температуры либо через справочную таблицу, либо с помощью нескольких вычислений с плавающей запятой. Использование таблицы поиска для большой диапазон температур требует значительного объема памяти. С другой стороны, выполнение множества вычислений с плавающей запятой потребляет значительный объем вычислительной мощности в недорогих микроконтроллерах. MAX31856 предлагает гибкость разрешив любой из методов преобразования.Он имеет внутреннюю справочную таблицу, которая обеспечивает линеаризованные и показания температуры с компенсацией холодного спая или возможность считывать необработанные результаты АЦП для дальнейшей обработки и фильтрация в прошивке микроконтроллера.

Сводка

Получение высокоточных показаний температуры с помощью термопары требует внимательного учета многих факторов. В эффекты шума, проводимости оболочки и теплоизоляции горячего спая должны быть надлежащим образом решены, когда выполнение конструкции и размещения термопары.Надлежащее экранирование, радиочастотная фильтрация, развязка и последовательное сопротивление Для правильной обработки соответствующего термоэлектрического напряжения необходимо минимизировать количество проводов термопары. Один раз термоэлектрический сигнал достигает печатной платы или измерительного устройства, точная компенсация холодного спая, частота сети фильтрация, оцифровка и преобразование напряжения в температуру имеют решающее значение для уменьшения ошибок измерения. Используя ИС термопары в цифровой преобразователь, например MAX31856, может упростить получение высокоточной термопары. считывания, решая в единой ИС все проблемы, обсуждаемые в этой инструкции по применению.

Аналогичная версия этой заметки по применению появилась на сайте Power Systems Design 1 ноября 2017 г.

Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторских правах США и зарубежных стран. Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6550:
ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 6550, г. AN6550, AN 6550, APP6550, Appnote6550, Appnote 6550

maxim_web: en / products / сенсоры / temp-sensor-ics, maxim_web: en / products / сенсоры, maxim_web: en / products / interface / сенсорный интерфейс, maxim_web: en / products / сенсоры и сенсорный интерфейс

Для чего используются термопары и как они работают?

Термопара — это пара разнородных металлов, соединенных одним концом, а в другом месте электрически изолированной друг от друга.Он производит небольшой электрический сигнал, который можно использовать для контроля температуры. Популярное мнение состоит в том, что ЭДС (электрическое и магнитное поля) генерируется на кончике или горячем конце термопары на стыке двух металлов. Это представление совершенно неверно. EFM не локализован на кончике, а рассредоточен по всей длине каждой ноги. Суммарная ЭДС, генерируемая термопарой, представляет собой разницу между ЭДС в обеих ветвях. Это связано с коэффициентом Зеебека используемого металла или сплава.(Эффект Зеебека — это явление, при котором разница температур между двумя разнородными электрическими проводниками или полупроводниками создает разницу напряжений между двумя веществами. Это можно применить к преобразованию тепловой энергии в электрическую. Эффект Зеебека был открыт в 1821 году Томасом Зеебеком. ). Этот коэффициент является мерой того, как электроны связаны с окружающей средой, с металлической решеткой и, в более крупном масштабе, с зеренной структурой.

Он чувствителен к изменениям химических и физических свойств металла и изменится, если металл загрязнен, окислен, деформирован или подвергнут термообработке.Поскольку все эти процессы зависят от температуры и термопары, из-за ее использования, испытывают неоднородные температурные поля, будут неоднородные изменения коэффициента Зеебека и, следовательно, выходного сигнала термопары. Таким образом, провода приобретают термоэлектрический отпечаток или «подпись». Любые изменения в окружающей среде повлияют на выходной сигнал термопары. Типичное изменение — глубина погружения. Изменение выхода термопары в результате уменьшения глубины погружения может быть значительным.Например, термопара на никелевой основе 24 AWG будет дрейфовать только примерно на 1 ^– ° C за 16 часов, при мониторинге температуры 1000–^– ° C, однако, если ее глубина погружения уменьшится, выходной сигнал может измениться еще на 15–^{. o} C. Поэтому рекомендуется устанавливать термопары в фиксированном положении.

Что такое спай термопары?
Термопары имеют два спая: горячий спай, где соединяются разнородные металлы, и холодный спай.Для холодного спая указано значение 0 ^o C. Выходы термопар различаются в зависимости от типа используемых металлов. Существуют международные таблицы, которые используются для определения значений ЭДС при разных температурах для разных типов термопар. Возникающая проблема заключается в том, что холодный спай обычно имеет температуру, отличную от 0 ^o C. Предположим, что мы хотим определить температуру процесса, используя вольтметр для измерения выходного напряжения в мВ и стеклянный термометр для измерения температура холодного спая.Если у нас есть выходной сигнал 9,340 мВ и температура холодного спая 27 ^o ° C, значение 9,340 мВ не следует вводить непосредственно в справочные таблицы, поскольку оно неуместно. Если бы мы это сделали, это было бы 300 ^o ° C, а если бы добавить температуру холодного спая, как принято считать, тогда была бы получена температура 327 ^° ° C. Давайте теперь сравним это с правильным результатом. Измеренное значение составляет 9,340 мВ, что соответствует температурному градиенту от 300 ^o C до 27 ^o C.Чего не хватает, так это градиента от 27 ^o C до 0 ^o C, что составляет 0,712 мВ. Следовательно, правильный выходной сигнал в мВ равен 9,340 + 0,712, что равняется 10,052 мВ. Когда мы смотрим вверх по таблице, мы читаем температуру 320 ^o C — разница в 7 ^o C.

Производство термопар MIMS
При изготовлении термопар необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать отсутствие загрязнений. отсутствует, а в случае MIMS эта влага отсутствует до герметизации термопары.Чтобы гарантировать, что во время сварки не образуются загрязнения, используются методы сварки TIG. Используя экран из аргона, вы получаете бескислородный сварной шов, который гарантирует отсутствие окалины и окисления. Также рекомендуется приваривать термопару с тем же материалом, что и оболочка, если термопары MIMS производятся. Влага удаляется путем помещения термопары в сушильный шкаф или нагревания термопары кислородным фонариком, чтобы гарантировать удаление влаги из изоляции из оксида магния.Эти методы используются для горячего спая. Холодный спай также должен быть защищен от загрязнений, то есть он должен быть помещен в подходящий корпус, препятствующий проникновению посторонних газов, частиц и влаги.

Существует три основных типа горячего спая:
• Открытый
• Заземленный
• Незаземленный

Выбор горячего спая будет зависеть от реакции термопары, опасности загрязнения, физических ограничений и соображений электрического заземления.

Термопары из недрагоценных металлов
Термопары из недрагоценных металлов изготавливаются из сплавов основных металлических элементов (железа, меди и никеля). Термопары из недрагоценных металлов, соответствующие стандарту ANSI: E, J, K, N и T, и обычно используются для температур до 1200 ^o C.

Термопары из редких металлов
Их часто называют термопарами из благородных металлов и обычно обозначаются термопарами
с проводниками из платины и / или платиновых сплавов.Они состоят в основном из типа B, R&S и обычно используются для высокотемпературных применений выше 1200 ^o C.

Термопары с минеральной изоляцией
Разработки в области материалов оболочки и встроенных комбинаций оболочки / элементов позволяют использовать Термопары K&N для более высоких температур. Термопары с минеральной изоляцией можно отнести к современной разработке. Термопара в металлической оболочке с минеральной изоляцией (MIMS) была представлена около 50 лет назад и произвела революцию в индустрии измерения температуры.Он обеспечивает компактную конструкцию, в которой элемент упакован в защитную среду.

ОСНОВЫ ТЕРМОПАРЫ

Срок службы

Срок службы термопары очень сложно предсказать, даже если большинство деталей применения известно. И, к сожалению, такую информацию часто бывает очень сложно определить. Самый лучший тест для любого приложения — это установить устройство, использовать и оценить эксплуатационные характеристики проекта, который, как считается, будет успешным.Рекомендации и нерекомендации, перечисленные в описании типов термопар, являются хорошей отправной точкой при первом выборе стиля сборки для установки в процессе.

ДЕКАЛИБРОВКА И ДРЕЙФ

Стабильность

Все термопары подвержены дрейфу калибровки при использовании, это просто вопрос того, сколько и как быстро это может произойти. Характеристики термопары в решающей степени зависят от абсолютной однородности как физических, так и химических свойств по всей длине цепи.При производстве термоэлементных материалов предпринимаются тщательные действия, чтобы гарантировать, что эта однородность (или однородность) будет достигнута. При использовании разные части схемы подвергаются разным условиям нагрева, химического воздействия и т. Д., И в результате такие части меняют свою физическую структуру и состав по сравнению с исходным проводом термоэлемента.

Поскольку термоэлектрическая ЭДС, возникающая в результате заданной разницы температур, чувствительна к изменениям химических и металлургических свойств проволоки, общая ЭДС, создаваемая использованным датчиком, может отличаться от идентичного в других отношениях нового датчика при тех же условиях.Изменения обычно небольшие (часто пренебрежимо малые) в течение значительных периодов времени. Но в неблагоприятных условиях можно быстро реализовать большие сносы.

Чтобы обеспечить долгий и надежный срок службы термопары, обычная стратегия заключается в комфортной эксплуатации устройства при максимальной температуре и обеспечении максимально чистой окружающей среды для работы. Кожухи, такие как кожухи, защитные трубки и защитные гильзы, являются обычным средством контроля условий, которые окружают сами термоэлементы.

Что может пойти не так

Защитные трубки, оболочки и даже защитные гильзы могут выйти из строя из-за коррозии или механических повреждений. Процессы могут перегреваться, а термоэлементы могут подвергаться воздействию более высоких, чем предполагалось, температур. Если датчик, контролирующий процесс, имеет низкий дрейф на выходе, процесс, в ответ на его контроллер, может в результате быть вынужден достичь температур выше, чем предполагалось. Сборки из основного металла уязвимы для атак нескольких химических агентов. Они также могут изменяться из-за неблагоприятных условий эксплуатации.Проволока термопары из благородных металлов хорошего качества в состоянии поставки имеет очень низкий уровень примесей. Следовательно, он подвержен загрязнению, которое может повлиять на его термоэлектрические свойства. Платина особенно чувствительна к наличию свободного кремния, с которым она может объединяться с образованием эвтектического сплава, плавящегося при нормальных рабочих температурах или ниже. Поэтому изоляторы высокой чистоты и защитные трубки для сборок из драгоценных металлов, а также тщательное внимание к чистоте при обращении, очень важны для предотвращения этого.

Человеческая ошибка также может быть фактором. Элементы управления могут быть настроены неправильно, соединения могут быть выполнены неправильно, и неправильные действия в ответ на условия эксплуатации могут быть предприняты по ошибке. Избыточность контрольно-измерительных приборов в сочетании с обучением и ответственностью являются обычным средством борьбы с такими ошибками.

УСТРАНЕНИЕ НЕПОЛАДОК

Подход

Чтобы оценить проблему, проверьте, кажется ли производительность системы приемлемой для условий: Приводят ли изменения в элементах управления к логическому результату? Что насчет продукта? Соответствует ли его состояние тому, что говорят инструменты?

Как проверить использованную термопару

Во-первых, не всегда целесообразно вывести подозрительную термопару из эксплуатации и «протестировать» ее в другом месте.Когда устройство используется, это означает, что оно больше не может быть однородным. Воздействие на неоднородную термопару другого набора температурных градиентов, даже если они незначительно отличаются, может привести к разным выводам и показаниям. Повторная калибровка использованной термопары определенно даст «число», но это число, вероятно, будет бессмысленным в месте использования термопары.

Лучший способ оценить использованную термопару — это «зондировать» местоположение, поместив новую термопару с известным выходом рядом с подозрительной в рабочий процесс и сравнить показания.Если нецелесообразно устанавливать одновременно два датчика. Удалите подозрительный зонд и замените его другим заведомо исправным. Затем, если исправный датчик находится на том же месте, что и удаленный, и процесс не изменился во время замены, можно сравнить показания двух датчиков.

Обратите внимание, что нет необходимости держать и использовать неограниченный запас новых датчиков для этих тестов. Несколько подходящих устройств для замены можно оставить в наличии, выбрав одно из них для тестирования.В нормальных условиях дрейф или деградация термопары — это постепенный и очень медленный процесс. Таким образом, один сменный зонд можно использовать несколько раз для проверки процесса и считаться надежным для нескольких повторных тестов. И, когда был обнаружен смещенный зонд, испытательный зонд можно просто оставить на месте в качестве рабочего сенсора, а следующей заменой станет испытательное устройство.

Системные тесты

Полезным инструментом для поиска и устранения неисправностей систем термопар является переносной индикатор температуры.Некоторые из этих устройств могут работать с двумя или более различными типами термопар, а некоторые предлагают функцию «выхода», которая будет производить электрический выходной сигнал для имитации работы термопары при любой температуре по выбору.

При использовании прибор обычно присоединяется к проводам проверяемой цепи в какой-нибудь удобной точке доступа, например, в соединительной головке. Следует соблюдать осторожность, чтобы обеспечить соблюдение правильной полярности. В Австралии мы используем цветовой код ANSI, где отрицательным всегда является КРАСНЫЙ .Там можно контролировать и оценивать выходной сигнал рабочего датчика. Или, используя функцию «выхода» прибора, смоделированный сигнал термопары может быть отправлен обратно на постоянный индикатор или контроллер схемы для проверки правильности работы остальной схемы. При подаче сигнала обратно к прибору обычно необходимо разорвать одну сторону цепи, чтобы избежать «нагрузки» портативного тестера из-за низкого сопротивления самой термопары.

Участки удлинительной проводки в цепях термопар также можно проверить на правильность соединений с помощью портативного тестера.Проверяемый участок должен быть электрически изолирован от остальной части контура, а один конец пары удлинительных проводов должен быть замкнут вместе. Если тестер подключен к противоположному концу закороченной пары, он должен указать приблизительную температуру закороченного конца. Обратите внимание: если оба конца удлинительной пары имеют одинаковую температуру, может потребоваться немного нагреть закороченный конец и убедиться, что тестер «видит» изменение температуры правильно. В этом тесте проверяется возможность неправильного обратного подключения.

Инженеры Pyrosales готовы проконсультировать на различных этапах любого проекта, от разработки и планирования нового проекта до модификации или модернизации существующего объекта. Наши сотрудники готовы предоставить вам помощь и рекомендации для обеспечения наилучшего результата и ценности. Мы рады посетить наших клиентов на месте или провести встречи в одном из наших офисов.

Pyrosales Pty Ltd была оценена и одобрена QAS International Ltd, чтобы гарантировать, что мы придерживаемся систем управления качеством, стандартов и руководств.Мы продолжаем проводить эту сертификацию, поддерживая нашу работу и практику качества: ISO 9001 Номер сертификата A1066AUS 1066AU 20-21

Коррекция термо-ЭДС в проходных каналах для термопар

Исследовательский центр Джона Х. Гленна, Кливленд, Огайо

Простая методика измерения обеспечивает коррекцию погрешностей термо-электродвижущей силы (термо-ЭДС), возникающих из-за температурных градиентов вдоль штырей герметичных проходных соединителей из нетермопарных сплавов для удлинительных проводов термопар, которые должны проходить через переборки.Этот метод является альтернативой традиционному методу, в котором ошибки термо-ЭДС устраняются за счет использования изготовленных на заказ многополюсных герметичных проходных соединителей, которые содержат контакты, изготовленные из тех же сплавов, что и удлинительные провода термопар.

Одним из недостатков традиционной технологии является то, что изготовление многополюсных соединителей для термопар по индивидуальному заказу требует больших затрат времени и средств. Кроме того, штыри из сплава термопары в этих соединителях имеют тенденцию легко подвергаться коррозии и / или имеют тенденцию быть менее прочными по сравнению с штырями из сплава, не изготовленного из термопары, обычных соединителей.По мере увеличения количества термопар (и, следовательно, выводов) в данной установке, величина этих недостатков соответственно возрастает.

Настоящая технология реализуется с помощью небольшого дополнительного оборудования и программного обеспечения, стоимость которого более чем компенсируется экономией, полученной за счет использования обычных соединителей вместо термопар. На рисунке схематично изображена типичная измерительная установка, к которой применяется этот метод. Дополнительное оборудование включает изотермический блок (из меди), оснащенный эталонной термопарой и компенсационной термопарой.Эталонная термопара подключается к внешней системе сбора данных (DAS) через двухштырьковый герметичный проходной соединитель из сплава термопары, но это единственный такой соединитель в устройстве. Компенсационная термопара подключается к DAS через два контакта того же обычного многополюсного разъема, который соединяет измерительные термопары с DAS.

Предполагается, что все контакты в обычном разъеме, включая контакты для компенсационной термопары, подвергаются одинаковому температурному градиенту.Чтобы обеспечить это, удлинительные провода компенсационной термопары должны быть проложены близко к проводам измерительной термопары на расстоянии порядка метра с обеих сторон перегородки и разъема.

Ошибка термо-ЭДС проявляется как потенциал смещения VO, имеющий одинаковое значение во всех каналах термопар, проходящих через обычный разъем. Следовательно, в канале компенсационной термопары присутствует потенциал смещения. Однако потенциал смещения отсутствует в канале эталонной термопары, поскольку этот канал содержит соединитель термопары из сплава.Поскольку компенсационная и эталонная термопары имеют одинаковую температуру (температуру изотермического блока), потенциал смещения можно найти путем вычитания напряжений в компенсационном и опорном каналах:

, где VB — нескорректированное напряжение в канал компенсации, а VR — напряжение в опорном канале. Стоит отметить, что хотя эти показания напряжения термопары от блока используются для расчета VO, температуру блока не нужно знать явно; следовательно, не предпринимается никаких попыток его определения.

Программное обеспечение DAS выполняет коррекцию термо-ЭДС, просто вычитая потенциал смещения из напряжения в каждом канале измерительной термопары. Скорректированное напряжение затем используется для расчета температуры термопары стандартным способом с использованием полинома преобразования напряжения в температуру для конкретного типа термопары и температуры эталонного спая.

Эта работа была выполнена Робертом А. Зиемке из Glenn Research Center. Для получения дополнительной информации обратитесь к бесплатному пакету технической поддержки (TSP) на сайте www.techbriefs.com/tsp в категории «Физические науки».

Запросы относительно прав на коммерческое использование этого изобретения следует направлять по адресу:

NASA Glenn Research Center

Отдел коммерческих технологий
Attn: Steve Fedor
Mail Stop 4-8
21000 Brookpark Road
Cleveland, Ohio 44135

См. LEW-17491-1.

NASA Tech Briefs Magazine

Эта статья впервые появилась в мартовском номере журнала NASA Tech Briefs за март 2006 года.

Другие статьи из архивов читайте здесь.

Термопара типа K | Термопара типа K

Chromel {90% никеля и 10% хрома} Alumel {95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния}

Твитнуть

Термопара типа K

Это наиболее распространенный тип термопар, обеспечивающий самый широкий диапазон рабочих температур. Термопары типа K обычно работают в большинстве случаев, поскольку они сделаны на основе никеля и обладают хорошей коррозионной стойкостью.

• 1. Положительная нога немагнитная (желтый), отрицательная — магнитная (красный).

• 2. Традиционный выбор недрагоценных металлов для высокотемпературных работ.

• 3. Подходит для использования в окислительной или инертной атмосфере при температурах до 1260 ° C (2300 ° F).

• 4. Уязвим к воздействию серы (воздерживаться от воздействия серосодержащей атмосферы).

• 5. Лучше всего работать в чистой окислительной атмосфере.

• 6. Не рекомендуется для использования в условиях частичного окисления в вакууме или при чередовании циклов окисления и восстановления.

Состоит из положительной ветви, состоящей примерно из 90% никеля, 10% хрома и отрицательной ветви, состоящей примерно из 95% никеля, 2% алюминия, 2% марганца и 1% кремния. Термопары типа K являются наиболее распространенными термопарами общего назначения. термопара с чувствительностью примерно 41 мкВ / ° C, хромель положительный по отношению к алюмелю. Это недорогое решение, и предлагается широкий выбор датчиков в диапазоне от -200 ° C до + 1260 ° C / от -328 ° F до + 2300 ° F. Тип K был определен в то время, когда металлургия была менее развита, чем сегодня, и, следовательно, характеристики значительно различаются между образцами.Один из составляющих металлов, никель, является магнитным; Характерной чертой термопар, изготовленных из магнитного материала, является то, что они претерпевают ступенчатое изменение выходной мощности, когда магнитный материал достигает точки отверждения (около 354 ° C для термопар типа K).

Термопары типа K (хромель / алюминий)

Термопары типа K обычно работают в большинстве приложений, поскольку они сделаны на основе никеля и обладают хорошей коррозионной стойкостью. Это наиболее распространенный тип калибровки датчиков, обеспечивающий самый широкий диапазон рабочих температур.Благодаря своей надежности и точности термопара типа K широко используется при температурах до 2300 ° F (1260 ° C). Этот тип термопары должен быть защищен подходящей металлической или керамической защитной трубкой, особенно в восстановительной атмосфере. В окислительной атмосфере, такой как электрические печи, защита труб не всегда необходима, когда подходят другие условия; тем не менее, он рекомендуется для обеспечения чистоты и общей механической защиты. Тип K обычно дольше, чем тип J, потому что проволока JP быстро окисляется, особенно при более высоких температурах.

Диапазон температур:
• Провод класса термопары, от −454 ° до 2300 ° F (от −270 до 1260 ° C)

• Провод класса удлинения, от −32 ° до 392 ° F (от 0 до 200 ° C)

• Точка плавления, 2550 ° F (1400 ° C)

Точность (в зависимости от того, что больше):
• Стандарт: ± 2,2 ° C% или ± 0,75%

• Специальные пределы погрешности: ± 1,1 ° C или 0,4%

Отклонения в сплавах могут повлиять на точность термопар.Для термопар типа K первый класс точности составляет ± 1,5 K в диапазоне от -40 до 375 ° C. Однако отклонения между термопарами одного производства очень малы, и гораздо более высокая точность может быть достигнута путем индивидуальной калибровки.

Металлургические изменения могут вызвать отклонение калибровки от 1 до 2 ° C за несколько часов, которое со временем увеличится до 5 ° C. Доступен специальный сплав типа K, который может поддерживать особую предельную точность до десяти раз дольше, чем обычный сплав.

Термопары
типа K используются для измерений в различных средах, таких как вода, мягкие химические растворы, газы и сухие зоны. Двигатели, масляные обогреватели и котлы — примеры мест, где их можно найти. Они используются в качестве термометров в больницах и пищевой промышленности.
Плюсы
• Хорошая линейность ЭДС относительно температуры измерения.
• Хорошая стойкость к окислению при температуре ниже 1000 ° C (1600 ° F).
• Самая стабильная среди термопар из недорогого материала.
Против
• Не подходит для восстановительной атмосферы, но выдерживает пары металлов.
• Старение характеристики ЭДС по сравнению с термопарами из благородных материалов (B, R и S).
Муфта из хромелевой и алюмелевой проволоки, имеет диапазон от -270 ° C до 1260 ° C и выходную мощность от -6,4 до 54,9 мВ в максимальном диапазоне температур. Это одно из основных преимуществ термопары типа k по сравнению с другими термопарами в целом или другими датчиками температуры, такими как термистор или резистивный датчик температуры (RTD).
Его способность работать в суровых условиях окружающей среды и в различных атмосферах делает его предпочтительным по сравнению с другими устройствами для измерения температуры.
В устройствах с термопарами
должен использоваться соответствующий провод, поскольку разные провода измеряют различные диапазоны температур. Тип К популярен благодаря широкому диапазону температур. Из четырех основных типов термопар тип K охватывает самый широкий диапазон от −200 ° C до 1260 ° C (приблизительно от минус 328 ° F до 2300 ° F).
При защите или изоляции керамическими шариками или изоляционным материалом.
Благодаря своей надежности и точности, тип K широко используется при температурах до 1260 ° C (2300 ° F). Рекомендуется защищать этот тип термопары подходящей металлической или керамической защитной трубкой, особенно в восстановительной атмосфере. В окислительной атмосфере, такой как электрические печи, защита труб не всегда необходима, когда подходят другие условия; тем не менее, он рекомендуется для обеспечения чистоты и общей механической защиты.Тип K обычно дольше, чем тип J, потому что проволока JP (железная) быстро окисляется, особенно при более высоких температурах.

При защите уплотненной минеральной изоляцией и внешней металлической оболочкой (MGO).
Тип K можно использовать при температуре от -35 до 1260 ° C (от -32 до 2300 ° F). Если температура применения составляет от 600 до 1100 ° F, мы рекомендуем тип J или N из-за короткого диапазона заказа, который может вызвать дрейф от + 2 ° до + 4 ° F за несколько часов. Тип К относительно устойчив к передаче излучения в ядерной среде.Для применений при температуре ниже 0 ° C (32 ° F) обычно требуется выбор специального сплава.
При выборе типа необходимо учитывать чувствительность проводов термопар и пределы погрешности. Тип K имеет более высокий предел погрешности, чем другие типы проводов для термопар; производители, выбирающие этот тип, обычно готовы пожертвовать точностью ради широкого диапазона чувствительности. Тип K имеет погрешность в процентах от измеренной температуры. Это примерно 0,75 ‰ или 2,2 ° C, в зависимости от того, что больше.
Тип K имеет экспоненциально увеличивающееся напряжение, разность напряжений становится легче измерить и точнее при более высоких температурах. При очень низких температурах от минус 260 ° C до минус 250 ° C напряжения термопар типа K различаются всего на одну или две тысячных милливольта на каждый градус Цельсия. При очень высоких температурах около 1350 ° C напряжение различается примерно на 3,3 сотых милливольта на градус Цельсия.
Датчики с проволокой без покрытия быстрее реагируют на температуру.Провода с покрытием показывают разное время отклика в разных средах. Некоторые химические вещества испытуемого могут повредить открытые зонды и провода. Термопара типа K в оболочке без заземления шириной 1/4 дюйма реагирует на изменения температуры воды примерно за 2,25 секунды. Оголенный провод термопары срабатывает чуть более 0,6 секунды.

Термопара с заземлением
Это наиболее распространенный тип спая. Термопара заземляется, когда оба провода термопары и оболочка свариваются вместе, образуя одно соединение на конце зонда.Заземленные термопары имеют очень хорошее время отклика, потому что термопара находится в прямом контакте с оболочкой, что позволяет легко передавать тепло. Недостатком заземленной термопары является то, что термопара более восприимчива к электрическим помехам. Это связано с тем, что оболочка часто контактирует с окружающей областью, создавая путь для помех.
Незаземленная термопара
Термопара не заземлена, когда провода термопары свариваются вместе, но они изолированы от оболочки.Провода часто разделены минеральной изоляцией.
Открытые термопары (или «термопары с неизолированной проволокой»)
Термопара становится оголенной, когда провода термопары свариваются вместе и непосредственно вставляются в технологический процесс. Время отклика очень быстрое, но оголенные провода термопары более подвержены коррозии и разрушению. Если ваше приложение не требует открытых соединений, этот стиль не рекомендуется.
Манометр для термопар типа K
Проводники для термопар бывают разных размеров.В зависимости от вашего приложения, выбранный манометр будет влиять на представление. Чем больше размер датчика, тем большую тепловую массу будет иметь термопара с соответствующим уменьшением отклика. Чем больше размер манометра, тем выше стабильность и срок службы. И наоборот, датчик меньшего размера будет иметь более быструю реакцию, но может не обеспечить требуемой стабильности или срока службы.

Нержавеющая сталь 316
Максимальная температура: 1650.Лучшая коррозионная стойкость среди аустенитных марок нержавеющей стали. Широко применяется в пищевой и химической промышленности. Возможны опасные выделения карбида при температуре от 482 ° C до 870 ° C (от 900 ° F до 1600 ° F).
Нержавеющая сталь 316L
Максимальная температура: 1650 ° F (900 ° C). То же, что и нержавеющая сталь 316 (04), за исключением того, что низкоуглеродистая версия обеспечивает лучшую сварку и изготовление.
Нержавеющая сталь 304
Максимальная температура: 1650 ° F (900 ° C).Чаще всего используется низкотемпературный материал оболочки. Широко используется в пищевой, химической и других отраслях промышленности, где требуется устойчивость к коррозии.
Промышленность: Возможны опасные осадки карбида в диапазоне от 900 до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C). Самый дешевый доступный коррозионно-стойкий материал оболочки.
Нержавеющая сталь 304L
Максимальная температура: 900 ° C (1650 ° F).Низкоуглеродистая версия из 304 SST (02). Низкое содержание углерода позволяет сваривать и нагревать этот материал в диапазоне от 900 до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C) без ущерба для коррозионной стойкости.
310 Нержавеющая сталь
Максимальная температура: 2100 ° F (1150 ° C). Механическая и коррозионная стойкость аналогична нержавеющей стали 304, но лучше. Очень хорошая термостойкость.
Этот сплав содержит 25% хрома, 20% никеля.Не такой пластичный, как нержавеющая сталь 304.
321 Нержавеющая сталь
Максимальная температура: 1600 ° F (870 ° C). Аналогичен 304 SS, за исключением титана, стабилизированного для межкристаллитной коррозии.
Этот сплав разработан для преодоления предрасположенности к осаждению углерода в диапазоне от 900 до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C). Используется в аэрокосмической и химической промышленности.
446 Нержавеющая сталь
Максимальная температура: 2100 ° F (1150 ° C).Ферритная нержавеющая сталь, обладающая хорошей стойкостью к сернистой атмосфере при высоких температурах.
Хорошая коррозионная стойкость к азотной кислоте, серной кислоте и большинству щелочей. Благодаря содержанию хрома 27% этот сплав имеет наивысшую термостойкость среди всех ферритных нержавеющих сталей.
Инконель 600
Максимальная температура: 2150 ° F (1175 ° C). Наиболее широко используемый материал оболочки термопары.Хорошая термостойкость, коррозионная стойкость, стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением хлоридных ионов и стойкость к окислению при высоких температурах.
Не использовать в серосодержащих средах. Хорошо подходит для азотирования.
Инконель 601
Максимальная температура: 2150 ° F (1175 ° C) непрерывно, 2300 ° F (1260 ° C) периодически. Аналогичен сплаву 600 с добавлением алюминия для обеспечения исключительной стойкости к окислению.Разработан для устойчивости к высокотемпературной коррозии.
Этот материал хорош в среде науглероживания и имеет хорошую прочность на разрыв при ползучести. Не использовать в вакуумных печах! Восприимчивы к межкристаллитной атаке при длительном нагревании в диапазоне температур от 1000 до 1400 ° F (от 540 до 760 ° C).
Инконель 800
Максимальная температура: 2000 ° F (1095 ° C).Широко используется в качестве материала оболочки нагревателя. Минимальное использование в термопарах. Превосходит сплав 600 по сере, цианидным солям и плавленым нейтральным солям.
Восприимчивость к межкристаллитной атаке в некоторых областях применения при воздействии температурного диапазона от 1000 до 1400 ° F (от 540 до 7607 ° C).
Как измерить температуру с помощью термопары типа K
Цепь термопары содержит два соединения из сплава, соединители с проволочным песком и устройство для измерения напряжения.Когда два перехода испытывают разные температуры, через цепь протекает измеримый ток. Сила тока связана с перепадом температур. Поскольку измерение является относительным, для вычисления абсолютной температуры необходимо знать одну из температур. В ранних термопарах температура одного спая поддерживалась при 0 ° C, погружаясь в баню с ледяной водой. Сегодня один из стыков, «холодный спай», электрически компенсирован для поддержания стандарта. Другой спай, «горячий спай», подвергается измерению в окружающей среде.
Сбор данных с термопары типа K
Термопару типа K можно подключить к вольтметру для простого сбора данных. В этом случае выходом является напряжение, и считыватель должен преобразовать уровень напряжения в температуру, используя формулу преобразования. Для записи данных термопару можно подключить к регистратору данных или системе сбора данных для хранения собранных данных. В этих случаях можно использовать схему преобразования или программную операцию для расчета температуры с использованием выходного напряжения.
Как и все термопары, они недороги, имеют быстрое время реакции, малы по размеру и надежны.
Они могут точно измерять экстремальные температуры. В зависимости от того, где они производятся, они варьируются от –270 ° до 1370 ° C или Цельсия с погрешностью от 0,5 до 2 ° C. Их чувствительность составляет примерно 41 микровольт на градус C.
Типы
K обычно используются при температурах выше 540 ° C. Чтобы ограничить чрезмерную погрешность, рекомендуется использовать в окислительной или полностью инертной атмосфере в диапазоне от -200 ° до 1260 ° C.
Все термопары имеют недостатки. Перед использованием их необходимо очень тщательно откалибровать. Их выходные сигналы очень малы, поэтому у них могут быть проблемы с шумом. Они подвержены нагрузкам, деформациям и коррозии, особенно с возрастом. Однако у K-типов есть особые проблемы.
Термопары
типа K стабильны только в течение коротких периодов времени при определенных температурах, после чего они имеют тенденцию дрейфовать в положительном направлении. Размер дрейфа зависит от температуры.Например, при 1093 ° C их показания могут отличаться на целых пять градусов. Попеременное или циклическое воздействие ниже 371 ° C и выше 760 ° C дает нестабильные измерения. Длительное воздействие от 427 ° до 649 ° C ускоряет их старение.
Хромель подвержен так называемой «зеленой гнили». Когда это происходит, хром окисляется, становится зеленым и корродирует. Это происходит в средах с пониженным содержанием кислорода от 815 ° до 1040 ° C. Такие среды с обедненным кислородом называются восстанавливающими, и термопары К-типа никогда не должны использоваться ни в восстанавливающей, ни в циклически окисляющей и восстанавливающей атмосферах.Кроме того, их не следует использовать в сернистой среде, потому что они станут хрупкими и быстро сломаются. Присутствие хрома делает их непригодными для использования в вакууме, за исключением непродолжительных периодов времени. Это потому, что может произойти испарение.
Проблемы можно свести к минимуму, если использовать их при рекомендуемых температурах и средах. Тщательная калибровка, установка их с соответствующими разъемами и проводами, а также использование схем компенсации также могут помочь. Типы K, сконструированные для уменьшения ошибок, включают те, которые хорошо изолированы, предварительно состарены или отожжены выше их рабочих температур.Некоторые пользователи также стараются часто их заменять. Другие переходят на тип N, который был специально сконструирован как улучшение по сравнению с K.
[email protected]
.

Как работает термопара

Принцип действия термопар (термоэлектрический преобразователь)

Измерение термо-ЭДС термопар — Энциклопедия по машиностроению XXL

Термоэлектричество, термоэлектродвижущая сила, термопары

Термоэлектричество

Термоэлектродвижущая сила

Термопара

Термопары. Пусконаладочные проблемы

Термопара

Термопара

10. Термоэлектрические датчики — СтудИзба

Рекомендуемые файлы

Термопары, Промышленные термопары в сборе

Введение в термопары

Принципы и особенности термопар

Эффект Зеебека

Эффект Петтье

Термоэлектрические законы

Общая схема термопары

Назначение соединительных головок

Использование удлинительного провода

| Как преобразовать милливольты термопары?

Зависимость температуры (° C) от ЭДС (мкВ) для термопары типа K с эталонным значением 0 ° C.

Рассчитайте среднюю чувствительность (мкВ / ° C) термопары типа K в диапазоне температур от 0 ° C до 100 ° C.

Холодный спай термопары типа K поддерживается при 0 ° C.Используйте приведенную выше таблицу, чтобы определить температуру, если измеренное напряжение составляет

Связь между ЭДС и температурой для определенной (воображаемой) термопары описывается соотношением: v = t

Как работает термопара?

Термопары — общий принцип работы

Температурная ЭДС

Измерительные и опорные точки

Калибровочные столы

Каково время отклика термопары?

Что такое усредняющая термопара?

Параллельные термопары

Термопары серии

Основы термопар | Максим Интегрированный

Введение

Как создаются термопары

Факторы, влияющие на точность показаний термопар

Характеристики термопары

Измерение температуры холодного спая

Устранение шума в окружающей среде

Поддержка нескольких методов преобразования

Сводка

Для чего используются термопары и как они работают?

Коррекция термо-ЭДС в проходных каналах для термопар

NASA Glenn Research Center

NASA Tech Briefs Magazine

Термопара типа K | Термопара типа K

Термопара типа K

Термопары типа K (хромель / алюминий)

При защите или изоляции керамическими шариками или изоляционным материалом.

При защите уплотненной минеральной изоляцией и внешней металлической оболочкой (MGO).

Термопара с заземлением

Незаземленная термопара

Открытые термопары (или «термопары с неизолированной проволокой»)

Манометр для термопар типа K

Нержавеющая сталь 316

Нержавеющая сталь 316L

Нержавеющая сталь 304

Нержавеющая сталь 304L

310 Нержавеющая сталь

321 Нержавеющая сталь

446 Нержавеющая сталь

Инконель 600

Инконель 601

Инконель 800

Как измерить температуру с помощью термопары типа K

Сбор данных с термопары типа K

Читайте также

Что делать, если грудничок не спит днем: советы по налаживанию режима сна

Антигистаминные препараты для новорожденных: лечение и профилактика аллергии у грудничков

Методика «Цветоник» М. Лазарева для музыкального развития детей

Добавить комментарий Отменить ответ