Как измерить температуру с помощью термопары: Измерение температуры с помощью термопар — Мир Антенн

Содержание

Измерение температуры с помощью термопар

Для измерения температуры используют термометры расширения, сопротивления, пирометры излучения, термопары, термисторы и некоторые другие термопреобразователи. В лабораторной -практике наибольшее распространение получил способ измерения температуры с помощью термопар. [c.83]

На рис. 46 показана схема измерения температуры с помощьЮ термопары. Установка состоит из спая /, двух проводов 2 и 5, изготовленных из различных металлов, соединительных проводов 5 и замыкающего электрическую цепь гальванометра 6. При возникновении электрического тока стрелка гальванометра отклоняется по шкале и отсчитывает температуру. Сила тока, возникающая в спае термопары, пропорциональна температуре этого спая. Соединительные медные провода присоединяются к проводам 2 и 3 в точках 4. [c.81]

Температуру можно измерять контактными методами, к которым относятся измерение температуры с помощью термопар и температурно-чувствительных красок [c. 92]

Равновесия в системе в различных интервалах концентраций были изучены вновь в работах [1—6] главным образом с помощью микроструктурного анализа. Температуры солидуса определяли наблюдением за началом расплавления и одновременным измерением температур с помощью термопар [2, 3]. Полученные данные в основном очень хорошо совпадают с приведенными М. Хансеном и К. Андерко (см. т, I, рис. 328). Эвтектоидную точку, по данным разных авторов, наблюдали [c.368]

Для измерения температуры с помощью термопар используется уравнение (3), причем выбирают такие пары материалов, при соединении которых в термопару изменение е1-о Т) в интересующей области измерения температуры является как можно меньшим, так что относительная интегральная термоэлектродвижущая сила » л в основном зависит только от разности температур спаев
[c.237]

В автоматизированных печах температуру печных газов измеряют при помощи электронных потенциометров. Электронный потенциометр (например, ЭП-120) служит для измерения температуры с помощью термопар или радиационных пирометров. Потенциометр имеет шкалу, на которой стрелкой показывается температура, и записывающее устройство, вычерчивающее кривую изменения температур на бумажной ленте. Вставленная, как обычно, в печь термопара подает по проводам в потенциометр постоянный электрический ток. В вибрационном 90 [c.90]

Термоэлементы — приборы, в которых тепловая энергия непосредственно превращается в электрическую. Основаны они на явлении Зеебека, заключающемся в том, что при нагреве места спая двух разнородных металлов в замкнутой цепи возникает электродвижущая сила. Явление Зеебека используются давно для измерения температур с помощью термопар. Для получения электрической энергии из тепловой металлические проводники не пригодны, так как коэффициент полезного действия (к. п. д.) термоэлементов из проволоки составляет всего 0,5%. Для этой цели использует полупроводники, которые дают возможность непосредственно превращать тепловую энергию в электрическую без участия каких-либо машин.

[c.158]

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОПАР [c.94]

Цель работы. Выполнить поверку термопар и получить практические навыки по измерению температуры с помощью термопар [c.94]

При определении температуры поверхности поковок наличие на поверхности металла слоя окалины вносит погрешность в измерения. В этом случае проверка достоверности показаний пирометров может быть проведена сравнением с результатами измерения температуры с помощью термопар.

[c.98]

Выводы, следующие из рассмотрения всех вопросов обработки данных калориметрического опыта, в равной степени относятся и к измерениям температуры с помощью термопар. В этом случае зависимость т. э. д. с. от температуры может быть представлена в виде линейной или квадратичной функции. [c.74]

Погрешность определения температуры с помощью термопар составляет, как правило, несколько кельвинов, а у некоторых достигает 0,01 К. Точность термопары (дифференциального прибора) зависит от точности поддержания и измерения температуры свободного (реперного) спая термопары. [c.179]

ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОПАР [c.392]

Визуальные наблюдения картины течения и измерение температуры с помощью передвижной константановой термопары показали, что в центральной области, составляющей около 11% ширины полости, существует двумерное течение с идентичными скоростями движения и размерами ячеек. При приближении к передней и задней стенкам размеры ячеек уменьшаются, а скорость движе-жения падает до нуля. [c.246]

Для отражения от поверхности кремния при изменении температуры от 20 до 360 °С и измерении ее с помощью термопары полу- [c.100]

Исследования ученых показали, что на размерную стойкость инструмента оказывает влияние изменение большого количества факторов., среди которых температура в зоне резания имеет существенное значение. Эта температура функционально связана со скоростью резания и через нее с размерной стойкостью инструмента. Следовательно, путем выбора наиболее экономичного периода стойкости режущего инструмента и стабилизацией или управлением по заданной программе соответствующей этому периоду температурой в зоне резания можно существенно повысить использование режущих свойств каждого экземпляра инструмента, ведя обработку при соответствующих скоростях, и, тем самым, повысить производительность и сократить расходы на инструмент. В результате исследований установлено, что наиболее быструю и надежную информацию о величине температуры в зоне резания и ее изменениях дает измерение температуры с помощью естественной термопары материал режущего инструмента —

[c.41]

Последняя взаимосвязь положена в основу измерения температур при помощи термопар. Измеритель т. э. д. с. может быть включен в термоэлектрическую цепь по схемам, изображенным на рис. 52, бив. В обоих случаях для обеспечения связи (VII.

3) необходимо постоянство температур нерабочих соединений (спаев) цепи Т , Тег, Тд. Величина и направление т. э. д. с. зависит от природы и материалов термоэлектродов. Положительным называется тот термоэлектрод, по направлению к которому идет ток через рабочий спай термопары. Как правило, т. э. д. с. измеряется компенсационным методом — сведением к нулю тока в измерительной цепи. Поэтому в большинстве случаев сопротивление термоэлектродов не играет роли, а их сечения без снижения точности измерений могут быть 202 [c.202]

Визуальные наблюдения картины течения и измерение температуры с помощью передвижной медь-константановой термопары показали, что в центральной области, составляющей около 11% [c.278]

Измерение температуры с помощью термометра основано на расширении тел при нагревании. Для измерения температуры можно воспользоваться также свойствами электродвижущей силы термопары, электрического сопротивления металлов и излучения тел.

[c.7]

Рассмотрим задачу о погрешностях измерения поверхностной температуры с помощью термопары в виде бесконечного стержня (см. рис. 11,6). Чувствительный элемент термопары расположен в точке х = О или вблизи этого места X = Ь. Стержень находится в теплообмене с окружающей средой, температура t которой постоянна. [c.103]

При высоких температурах газа непосредственное измерение Tg с помощью термопар или другими аналогичными методами становится невозможным. Были разработаны различные способы измерения Tg некоторые из них весьма остроумны. Все эти методы можно разделить на две группы методы, связанные со спектроскопическими измерениями, и методы, связанные с измерениями плотности газа. [c.23]

ТЕРМОПАРА, термоэлемент — замкнутая электрическая цепь из двух разнородных проводников (медь — константан, хромель — алюмель и др.). Проводники имеют не менее двух контактов (спаи термопары). Если поддерживать температуру одного спая выше температуры другого, то в цепи появится элект) ический ток, который можно измерить последовательно включенным в цепь Т. гальванометром. Отклонение стрелки гальванометра пропорционально разности температур между нагретым и холодным спаями Т. На этом основано измерение температуры с помощью Т. [c.160]

Так как точные измерения температуры с помощью идеального газа представляют собой очень сложную и трудоемкую задачу, то ввели более легко воспроизводимую международную шкалу температур. Эта шкала устанавливается по некоторому числу точек плавления и кипения определенных веществ, которые определяются по шкале идеального газа в специальных институтах различных стран с возможно высокой точностью. Между этими реперными точками производится интерполяция с помощью термометра сопротивления, термопары и оптического пирометра. Цри этом устанавливаются определенные соотношения между непосредственно измеряемыми величинами и температурой.

[c.8]

Измерение температуры жидкости в отдельных точках канала по сечению можно произвести с помощью термопар. [c.428]

Рассмотрим для примера измерение изменяющейся во времени температуры с помощью двух термопар, спаи которых выполнены в форме тонких пластинок из одних и тех же пар электродов. Различная теплоемкость пластинок достигается благодаря их различной толщине — Л и Й2. Пластинки устанавливают параллельно-на небольшом расстоянии друг от друга вдоль потока. При таком расположении пластин коэффициенты теплоотдачи между пластинами и потоком 1 и 02 будут одинаковыми.

[c.182]

Выработка сигнала при измерении температуры вращающихся деталей может осуществляться неэлектрическими и электрическими способами. В первом случае температура регистрируется с помощью термокрасок, плавких вставок, фотометрических приемов, кристаллов облученного алмаза и т. д. Во втором случае электрический сигнал вырабатывается с помощью термопары или термометра сопротивления. В настоящее время при измерении тем- [c.309]

Способ измерения температуры с помощью термопар основан на использовании явления возникновения термоэлектродвижущей силы (термо-э. д. с.) при нагревании спая двух разных металлов. Электроизмерительный прибор вместе с подключеннсй к нему термопарой называют термоэлектрическим пирометром. [c.73]

Коррозия пароперегревательных труб частО встречается на практике при неравномерном распределении пара по параллельно включенным змеевикам. Это явление можно установить измерением температур с помощью термопар и устранить путем соответствующего дросселирования. Сульфит не оказывает никакого влияния на данный коррозионный процесс и поэтому рекомендовать применение для этой цели сульфитирования не следует, тем более, что в котлах высокого давления НагЗОз разлагается с образованием SO2 и h3S, которые могут вызывать коррозию турбин, конденсаторов и трубопроводов. [c.78]

Физической основой измерения температуры с помощью термопар является открытый в 1822 г. Зеебеком эффект взаимодействия тепловых и электрических процессов в металлических материалах. Если соединить два металлических проводника / и 2 в один замкнутый токовый контур и дать между обоими местами соединения некоторую разность температур АГ, то возникает некоторое относительное гермонапряжение Е. 2 (термоэлектродвижущая сила — т. э. д. с.), которое определяется разницей температур и относительной дифференциальной термо- электродвижущей силой ei 2 Т) [c.237]

Термопарами измеряют температуру в диапазоне от минус 220 до 2500°С. В радиоэлектронной и электротехнической отраслях промыщ-ленности применяют миниатюрные термопары, имеющие площадь контакта с изделием около 0,1 мм . Погрешность измерения температур с помощью термопар — порядка 10 %. Термопары практически не применяют для измерения температур слабо нагретых тел, так как погрешность измерений возрастает до 50 %. [c.214]

Измерение температуры при помощи термопары основано на появлении электрическрго тока при нагревании места спая двух разных металлов (горячего спая) сила возникающего тока возрастет с увеличением температуры спая. [c.153]

Данные о стандартизованных термометрах сопротивления приведены в гл. 3 настоящего тома Справочника. Термометр сопротивления, изготавливаемый для лабораторных исследований, измеряет температуру, среднюю по его длине. Измерение температуры с помощью термометра сопротивления не требует термостатирова-ния свободных концов. Схемы измерения при использовании термометров сопротивления и термопар имеют примерно одинаковую сложность. Однако в ряде случаев термометры сопротивления более инерционны, чем термопары, и весьма чувствительны даже к небольшим изменениям химического состава среды, геометрическим размерам, а также к деформации. [c.250]

Термопары. Основной частью пирометра является термопара (рис. 53). Она представляет собой две проволоки (термо-электрода), изготовленные из двух разнородных металлов или сплавов. Одни концы этих проволок сварены (спаяны), а к другим концам подключается милливольтметр или потенциометр. Измерение температуры при помощи термопары основано на явлении, состоящем в том, что при нагреве места спая проволок возникает термвэлектродвижущая сила (термо-э. д.с.), величина которой возрастает с увеличением температуры нагрева в месте спая. Термоэлектродвижущая сила зависит от вида металла. [c.91]

При пользовании термопаро ее спай приваривается к нагреваемо заготов точечной электросваркой. Выводы термопары подключаются к катодному или шлейфовому осциллографам, снабженным приспособлением для фотографирования с экрана электронно-лучевой трубки. Методы измерения температ фы с помощью термопар освещены выше п в [76]. Точность контроля температуры с помощью термопар достигает 1%. [c.367]

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]

В быстродействующем дилатометре ИМЕТ-ДБ трубчатый образец, помещенный в кварцевую трубку, заполненную аргоном или гелием, нагревается токами высокой частоты. В процессе нагрева и охлаждения производят контроль температуры с помощью термопар. Скорость охлаждения можно регулировать в пределах от 10 до 200 град/сек, изменяя расход аргона, протекающего через кварцевую трубку. Изменение длины образца пр1г нагреве и охлаждении регистрируется индукционным датчиком. По результатам этих испытаний в широком диапазоне сварочных режимов строят диаграммы анизотропического превращения основного металла. Дополнительно проводят металлографический-анализ и измерение твердости, что позволяет построить структурные диаграммы в координатах структурные составляющие — скорость охлаждения . По этим диаграммам можно оценить относительное содержание мартенсита в структуре, которое является определяющим фактором при оценке вероятности образования холодных трещин в околошовной зоне. [c.581]

В основу измерения температур с помощью термоэлектрических термометров положены термоэлектрические явления, открытые Зеебеком в 1821 г. Применение этих явлений к измерению температур основано на существовании определенной зависимости между термо-э. д. с., устанавливающейся в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурами мест их соединения. Если взять цепь (рис. 4-2-1), составленную из двух различных термоэлектрически однородных по длине проводников А я В (например, меди и платины), то при подогреве спая 1 в цепи появляется электрический ток, который в более нагретом спае 1 направлен от платины В к меди А, а в холодном спае 2 — от меди к платине. При подогреве спая 2 ток получает обратное направление. Такие токи называются термоэлектрическими. Электродвижущая сила, обусловленная неодинаковыми температурами мест соединения 1 и 2, называются термоэлектродвижущей силой, а создающий ее преобразователь — термоэлектрическим первичным преобразователем или термометром (употреблявшееся название — термопара). [c.87]

Температурное поле, необходимое для определения температурного градиента на поверхности теплообмена, может быть найдено по распределению температуры на поверхностях стенки, участвующей в теплообмене, которое можно измерить, например, с помощью термопар. Место заделки одного спая термопары показано на рис. 14.6. Термопарные провода 1 подводят к месту крепления спая на поверхности стенки 3 по фрезерованным канавкам 2, которые заподлицо с поверхностью заделывают в зависимости от температурного режима либо термоцементом, либо эпоксидной смолой. Для исключения утечки тепла по термопарным проводам (последнее может привести к существенным ошибкам в измерении температуры) их стараются располагать по изотермическим поверхностям. [c.280]

Измерение температуры и датчики температуры. Часть 2. Термопары. Без формул | Разумный мир

Термопары применяются для измерения температуры давно и пользуются заслуженной популярностью. Оно просты внешне, но не так просты в применении. В любительской практике термопары используют относительно редко. В основном при необходимости измерения высоких температур. Тем не менее, термопары достойны более внимательного рассмотрения.

Примеры термопар, которые могут встретиться в любительской практике.

Как работает термопара. Эффект Зеебека

В начале 19 века Томас Зеебек проводил опыты по тепловому воздействию на гальванические элементы. Как это не редко случается с полезными и интересными открытиями, он случайно соединил два отрезка проволоки, висмут и медь. Так и появилась первая термопара.

Первая термопара в опытах Зеебека.

Иллюстрация моя

Первая термопара в опытах Зеебека. Иллюстрация моя

Что происходит что то необычное стало видно по отклонению стрелки лежащего рядом компаса. Зеебек продолжил эксперименты с разными металлами и разными температурами. Правда он не признал электрическую природу явления (о чем говорил Эрстед) поэтому опубликованная статья называлась «Магнитная поляризация металлов и руд из-за разницы температур».

Последующие исследования подтвердили фундаментальный характер явления и его электрическую природу. А сам эффект получил название эффекта Зеебека. Давайте физику возникновения термо-ЭДС оставим в стороне и займемся вопросами практического применения термопар.

А для этого еще раз посмотрим на иллюстрацию, приведенную выше. Но на компас внимания обращать уже не будем. Итак, у нас есть два отрезка проволоки (в данном случае), которые соединены между собой с обоих концов. Точки соединения обычно называются спаями (junction), они показаны черными точками на иллюстрации. Если теперь температура спаев будет различной, то в цепи потечет ток, сила которого будет зависеть от разницы температур и сопротивления цепи.

Все так просто? Не совсем… Но сначала давайте посмотрим, на еще одну иллюстрацию

Измерение разности температур спаев с помощью измерения разности термо-ЭДС возникающих в спаях.

На самом деле, каждый из спаев будет источником термо-ЭДС, которая будет зависеть от температуры. На иллюстрации показана температура каждого спая (Т1 и Т2) и термо-ЭДС (u1 и u2). Причем термо-ЭДС имеет знак.

Если мы разрежем один из наших проводников и подключим в разрыв вольтметр, то он покажет некоторое напряжение U=u1-u2. И тут сразу возникает вопрос, а зачем нам следовать схеме экспериментов Зеебка, почему просто не измерять термо-ЭДС одного спая?

Дело в том, что напряжение выдаваемое спаем имеет несколько составляющих. И термо-ЭДС лишь одна из составляющих. Другой составляющей является, например, контактная разность потенциалов материалов термопары. Кроме того, влияние оказывает и разность температур между концами каждого из проводов термопары. А они, как мы помним выполнены из разных материалов.

В общем, влияющих на измеряемое напряжение факторов достаточно. Кроме того, температура в формулах для определения термо-ЭДС будет абсолютной. То есть, относительно абсолютного нуля, который принят в шкале Кельвина. А это не всегда бывает удобным.

Второй спай помогает, пусть и не полностью, решить эти затруднения. При этом спаи часто называют не горячим и холодным, а измерительным и опорным. Опорный спай позволяет и задать «точку отсчета», и компенсировать влияние контактной разности потенциалов. Последнее не полностью скомпенсированно, так как зависит от температуры, а она у спаев разная.

То есть, мы фактически измеряем температуру «дифференциально». И как дифференциальный способ измерения напряжения помогает минимизировать влияние синфазных помех, так и «дифференциальный» способ измерения температуры позволяет минимизировать влияние вторичных факторов.

Чувствительность термопар. Нормирующие усилители

Термопары изготавливаются из различных материалов. Вообще говоря, термопара может быть изготовлена даже из одно и того же материала, но с разной технологической обработкой. Например, термопарой будет и соединение проволоки после волочения и проволоки после волочения и отжига.

Разумеется, величина термо-ЭДС будет зависеть от материалов, из которых она изготовлена. Не смотря на то, что для себя вы можете и сами изготовить термопару из любых материалов, есть несколько стандартных термопар, выпускаемых промышленно.

Без сомнения, наиболее известной является термопара типа К (хромель-алюмель), которая входит в комплект многих мультиметров. Ее чувствительность равна примерно 40 мкВ/С. Да, именно так, 40 микровольт на градус Цельсия. Почему примерно? Потому что чувствительность зависит и от температуры.

Немного более чувствительной является термопара типа T (медь-константан), 45 мкВ/С. Другие термопары, которые могут встретиться в любительской практике, это тип E (хромель-константан), 75 мкВ/С, и тип J (железо-константан), 55 мкВ/С. Термопары с вольфрамом или платиной вам встретятся вряд ли.

То есть, термопары обладают весьма малой чувствительностью, а значит, нуждаются в усилителях. Причем это усилители постоянного напряжения, которые не только должны обеспечивать требуемый коэффициент усиления, но и иметь малый дрейф и малое напряжение смещения. А вот высокого быстродействия от них не требуется.

Для достижения высокой точности необходимо применять прецизионные усилители. Оптимальным вариантом будет использование специализированных микросхем. О некоторых из них мы немного поговорим чуть позже. Но усилитель можно собрать и на прецизионном ОУ или инструментальном усилителе. Но прецизионными должны быть все компоненты используемые в усилителе, а не только ОУ. И стабильными.

Кроме того, поскольку выходной сигнал термопары очень мал, порядка 8 мВ при 200 градусах Цельсия для термопары типа К, не стоит использовать усилители с однополярным питанием (включая rail to rail), так как они все таки имеют заметную нелинейность при работе с сигналами сравнимыми с уровнем земли.

Лучше всего использовать двухполярное питание. В крайнем случае, возможно подключение отрицательного вывода термопары к стабильному потенциалу выше уровня земли, для вывода усилителя на линейный участок передаточной характеристики.

В любительских конструкциях в усилителе встречается и использование LM358, причем с однополярным питанием, и без компенсации опорного спая (об этом далее), например, «Подключаем термопару к микроконтроллеру» (статья не моя!). Для простого знакомства с термопарами такое может быть допустимым. Но для реального использования нет!

Осталось сказать, почему усилитель называют нормирующим. Просто он «приводит в норму» сигнал с термопары для его дальнейшего использования. Например, для АЦП может потребоваться привести сигнал с термопары к диапазону 0-2 В. Мы еще вернемся к теме усилителей сегодня.

Компенсация опорного (холодного) спая

Давайте еще раз нарисуем схему измерения температуры с помощью термопары, но с учетом всего, что рассмотренного ранее

Измерение температуры с помощью термопары с использованием опорного спая и нормирующего усилителя. Иллюстрация моя

Здесь мы заменили вольтметр на усилитель с двухполярным питанием. И задали функционал каждого спая. Тизм это спай имеющий измеряемую температуру, а Топ это опорный спай, который имеет температуру 0 градусов Цельсия. Встает вопрос, как обеспечивать постоянство температуры опорного спая?

Выглядит разумным, на первый взгляд, использовать емкость с водой и льдом. Ведь известно, что именно так и определен 0 градусов в шкале Цельсия (в оригинальном варианте). Однако, это неудобно даже в лаборатории, так как нужно постоянно следить, что бы лед не растаял. А в условиях цеха, например, это вообще не применимо.

Поэтому вместо опорного спая используют электронную компенсацию. Действительно, ведь сигнал с опорной термопары можно представить в виде опорного же напряжения. Однако, как всегда, на сцене появляется дьявол усердно прячущийся в деталях.

Что бы понять в чем дело, давайте добавим в нашу схему точки соединения термопары и усилителя

Уточнение схемы измерения температуры с помощью термопары добавлением точек подключения термопары к усилителю. Иллюстрация моя

Точки подключения термопары здесь обозначены как клеммы К1 и К2. Это могут быть и винтовые клеммы, и пайка, и любой иной способ. Проблема в том, что эти точки подключения тоже являются термопарами! И термо-ЭДС этих паразитных термопар зависит от температуры усилителя (точек подключения).

Если материалы паразитных термопар идентичны, а температура одинакова, то они скомпенсируют друг друга. Выровнять температуру можно обеспечив тепловой контакт между клеммами. А вот с материалами сложнее.

Смотрите, если у нас используется реальный опорный спай, то подходящие к клеммам проводники от термопар будут из одного материала. Вспомните иллюстрацию, где мы разрезали один из проводников. Пусть это будет хромель. А если мы заменяем опорный спай на его электронный аналог, то к одной клемме будет по прежнему подключаться хромель, а вот к второй уже алюмель. И тут уже напряжения паразитных термопар будут разными, даже при одинаковой температуре!

А значит, мы не можем использовать постоянное опорное напряжение. Нам нужно изменять его в зависимости от температуры точек подключения термопары. Сделать это можно с помощью ИОН, напряжение которого корректируется датчиком температуры. Этот дополнительный датчик может быть терморезистором или полупроводниковым аналоговым датчиком. Даже обычным диодом. Вот один из примеров

Использование датчика температуры (ТМР35) для компенсации холодного спая термопары. Из «МЕТОДЫ практического конструирования при нормировании сигналов c датчиков» (По материалам семинара «Practical design techniques for sensor signal conditioning» Перевод выполнен фирмой Автэкс. Автор перевода: Горшков Б.Л. Редактор перевода: Силантьев В.И.)

Здесь изотермический блок это просто конструктивная особенность клемм подключения термопары, которая обеспечивает надежный тепловой контакт между клеммами и термодатчиком.

Вместо термодатчика, если нужна высокая точность измерения, лучше использовать специализированные микросхемы, например, LT1025. Это специализированная микросхема для компенсации опорного спая, которая может работать с различными типами термопар.

Схема измерения температуры с помощью термопары и специализированной микросхемы компенсации опорного спая. Thermocouple Measurement, Jim Williams (Application Note 28, Lenear Technology)

Кроме специализированной микросхемы компенсации здесь используется и прецизионный усилитель LT1001. Разумеется, может быть использован и другой прецизионный ОУ. Да и микросхема компенсации может быть иная. Это просто иллюстрация одного из возможных вариантов.

Лианеризация термопар

Если помните, я приводил лишь примерную чувствительность термопар. И сказал, что она сама зависит от температуры. Действительно вот графики для некоторых типов термопар

Зависимость чувствительности термопар (коэффициента Зеебека) от температуры. По материалам analog.com

Эта нелинейность дает ошибку измерения зависящую от температуры. Вот пример для некоторых типов термопар

Ошибка измерения для некоторых типов термопар в зависимости от измеряемой температуры. Thermocouple Measurement, Jim Williams (Application Note 28, Lenear Technology)

Как видно, одна из самых распространенных в любительских конструкциях термопар (типа К) дает ошибку измерения не превышающую одного градуса в диапазоне от 0 до 170 градусов. И ошибку не превышающую 2.5 градусов в диапазоне от 0 до 400 градусов.

Если требуется высокая точность измерения, эту нелинейность характеристик нужно учитывать. Если измерение температуры осуществляется устройством с микроконтроллером, то калибровочную таблицу можно разместить в памяти устройства и обрабатывать программно. А если микроконтроллера нет? Тогда остаются схемотехнические способы лианеризации.

Например, вот такая кусочная лианеризация по нескольким точкам. Я ее приведу только для примера.

Лианеризация термопары типа Е по нескольким опорным точкам. Thermocouple Measurement, Jim Williams (Application Note 28, Lenear Technology)

Существуют и специализированные микросхемы аналоговых вычислителей, например, AD538. И вот пример его использования

Использование аналогового вычислителя для лианеризации термопары типа Е. Thermocouple Measurement, Jim Williams (Application Note 28, Lenear Technology)

Обратите внимание, насколько эта схема проще приведенной ранее схемы кусочной лианеризации для того же самого типа термопар.

К счастью, термопара типа К при положительных температурах может считаться достаточно линейной. Если не нужна очень высокая точность измерения. А значит, самая сложная часть в применении термопар, лианеризация, может и не потребоваться.

Заключение

Пожалуй, на сегодня достаточно. Такая простая, на первый взгляд, термопара оказалась не так и проста. При этом одна из самых популярных у любителей термопар (тип К) не требует особых усилий при ее использовании. И именно поэтому она столь популярна.

Для нее достаточно усилителя с малым дрифтом нуля и коэффициента усиления. Причем для любительских конструкций периодическая подстройка нуля и коэффициента усиления (калибровка по двум точкам, по сути) вполне допустима.

Но в целом, в любительских конструкциях имеет смысл применять термопары лишь при необходимости измерения высоких температур.

В следующий раз мы познакомимся с термометрами (термопреобразователями) сопротивления.

До новых встреч!

Измерение температуры поверхности

Точно измерить температуру поверхности контактным термометром НЕ ВОЗМОЖНО. Почему? Ответ кроется в самом принципе контактного измерения температуры объекта. Фактически контактный термометр показывает температуру своего чувствительного элемента, будь то термометр сопротивления, термопара или другой датчик. Точность измерения тем выше, чем лучше тепловое равновесие этого чувствительного элемента с измеряемой средой. При достаточном погружении датчика в среду и отсутствии искажений температурного поля из-за теплоотвода по корпусу термометра в окружающее пространство, измерения температуры могут быть очень точными. Это, например, мы видим при измерении температуры в ампулах реперных точек МТШ-90 или при измерении в глубоких жидкостных термостатах.

Как только глубина погружения термометра в измеряемую среду уменьшается, тепловой поток по корпусу термометра в окружающую среду начинает влиять на показания, погрешность измерения возрастает. Граничный случай – выход чувствительного элемента на уровень поверхности объекта и попытка отсчитать показания так называемой «температуры поверхности». Понятно, что в условиях размещения датчика на поверхности мы уже имеем очень серьезное искажение температурного поля объекта самим измерительным датчиком. Датчик как бы отбирает часть тепла от поверхности, выводя его в окружающую среду. Тем самым показания становятся ложными, не отражающими ту «температуру поверхности», какой она бы была без вмешательства датчика.

Еще один очень важный момент, на который следует обратить внимание при попытке измерения температуры поверхности – температура на поверхности предмета, это характеристика не одного, а фактически двух объектов: самого тела, на который мы крепим датчик, и окружающей среды (для простоты изложения, предположим, что это воздух). Тепловой поток, исходящий от поверхности тела, зависит от перепада температуры между телом и воздухом и от движения воздуха под влиянием естественной и иногда вынужденной конвекции. Очевидно, что чем меньше перепад температуры и чем слабее движение воздуха, тем точнее можно измерить температуру поверхности.

Из изложенных выше соображений следует вывод, что датчик для измерения температуры поверхности должен быть миниатюрным (например, тонкая термопара, термистор или пленочный термометр на тонких выводящих проводах). В то же время он должен иметь очень прочный контакт с объектом, но на небольшом участке поверхности, чтобы не исказить условия теплообмена. Однако даже в этом случае, не следует ожидать от измерений температуры поверхности точности лучше, чем несколько градусов. Нужна ли высокая точность, скажем 0,1 °С, при измерении температуры поверхности? В принципе, этот вопрос важно рассматривать для любых бытовых и промышленных измерений температуры. Как правило, оказывается, что требования к точности термометров завышены. Погрешность в несколько градусов вполне приемлема, когда надо оценить температуру поверхности электроплиты, батарей отопления, железнодорожных рельсов, подшипников. Датчиков, измеряющих температуру поверхности с такой точностью довольно много. Они представляют собой чувствительный элемент, тонкую термопару или ТСП, вмонтированную в миниатюрный плоский корпус, иногда снабженный пружиной, поджимающий термометр к поверхности или магнитом.

Пример термометра для измерения температуры поверхности – TESTO 905-T2

Существуют и более точные датчики для измерения температуры поверхности. Однако, они более сложные и дорогие. Например, фирма ISOTECH выпускает измерительную систему под названием «944 True Surface Temperature Measurement System».

Принцип работы системы заключается в компенсации потока тепла, отводимого термометром в окружающую среду. Для этого на термометр монтируется нагреватель, мощность которого регулируется с помощью датчиков (термопар), измеряющих перепад температуры на длине термометра.

Таким образом, по мнению изобретателей, удается полностью ликвидировать температурный градиент, возникающий на границе датчик-поверхность и измерить «реальную» температуру поверхности.

Одной из самых сложных проблем контактного измерения температуры поверхности является обеспечение метрологической прослеживаемости результата измерений от эталона единицы температуры, т.е. поверка датчиков температуры поверхности.

Один из подходов к решению проблемы поверки поверхностных термометров – поверять поверхностные датчики методом погружения в термостат и сличения с эталонным термометром. Однако, как показывают эксперименты, данный метод является очень грубым и иногда приводит к ошибкам в несколько десятков градусов.

Многие фирмы предлагают специальные калибраторы для поверки поверхностных термометров. Самая распространенная конструкция – подогреваемая плита, под поверхностью которой в каналах располагаются эталонные датчики температуры. В данном методе предполагается, что температура на поверхности плиты очень близка к температуре под ее поверхностью.

Калибратор поверхностных термометров фирмы ИзТех

Такой метод не может дать высокую точность поверки. Обычно погрешность метода оценивают по погрешности встроенного термометра, который калибруется предварительно по эталону методом погружения. Однако даже если дисплей калибратора точно воспроизводит температуру встроенного термометра, нельзя утверждать, что эта температура равна температуре на поверхности плиты. Как уже отмечалось ранее, большое значение имеет тепловой поток от поверхности из-за конвекции и излучения. Кроме того, большое влияние на результат поверки в таком поверхностном калибраторе оказывает качество поверхности плиты и датчика и плотность контакта с поверхностью.

Для того, чтобы учесть влияние теплового потока, были предложены расчетные и практические методы. Один из таких методов изложен в работе «The Calibration of Contact Surface Sensors: A Manufacturers Investigation. Electronic Development Laboratories Inc., 2003 NCSL International workshop and Symposium». Авторами предложен калибратор, называемый Surface Transfer Standard (STS), который представляет собой металлический блок, помещаемый в водяной перемешиваемый термостат.

Блок погружается таким образом, чтобы он выступал из жидкости на 11,5 мм. Верхняя крышка термостата находится на 10 см. выше уровня жидкости. Четыре тонких термопары встроены в блок на разных уровнях, так, чтобы отслеживать изменение температуры по длине блока. Температуру на поверхности получают методом экстраполяции показаний термопар.

Методом, при котором датчик не влияет на температуру поверхности, является метод бесконтактного измерения температуры с помощью пирометров и тепловизионных приборов. Однако при измерении температуры поверхности с помощью пирометров необходимо учитывать коэффициент излучения поверхности и влияние излучения от окружающих предметов, что вносит значительную неопределенность в результат измерения. (Более подробно о бесконтактных термометрах см. раздел «Радиационные термометры»).

Одним из интересных методов, позволяющих уточнить результат контактного измерения температуры поверхности является совместное использование контактного и неконтактного термометров. Метод заключается в том, что во время измерения температуры поверхности на термопару наводится тепловизор, показывающий перепад температуры вдоль корпуса термопары, по которому можно оценить погрешность контактного измерения.

Новый подход к измерению температуры поверхности и калибровке промышленных поверхностных термометров сейчас исследуется в рамках европейского проекта EMPRESS (http://www.strath.ac.uk/research/advancedformingresearchcentre/ourwork/projects/empressproject/)

Для точного измерения температуры поверхности используется новый тип преобразования – флуоресцентная термометрия. На последней конференции ТЕМПМЕКО 2016 был доложены последние результаты в этой области. Статья готовится к печати в журнале “International Journal of Thermophysics”. Суть метода заключается в том, что на поверхность калибратора наносится слой фосфора, который облучается потоком света от лазера или LED лампы. Приборы измеряют временное изменение интенсивности инициированного излучения поверхности, которое зависит от температуры поверхности. Таким образом, устраняется главная проблема контактного измерения температуры поверхности – тепловой поток по термометру и бесконтактного измерения – неизвестная излучающая способность поверхности.

На рисунке показан прототип поверхностного калибратора, который сейчас исследуется в INRiM. Тонкий слой температурно чувствительного фосфора нанесен на поверхность плиты. Фосфор облучается лазерным диодом. Вторичный оптический сигнал, проходящий по оптоволокну, преобразуется в электрический, слежение за которым позволяет наблюдать за изменением интенсивности флуоресценции во времени. Чувствительность такого метода сейчас достигает 0,05 °С до температуры 350 °С, воспроизводимость и однородность порядка 0,1 °С. Ожидаемая суммарная неопределенность метода оценивается 1 °С. Исследования продолжаются. Аналогичный метод, но с использованием облучения с помощью LED лампы, разрабатывается в NPL.

Термопара — WIKA Россия

Термопара – это температурный датчик, который передает напряжение электрического тока, зависящее от температуры. По сути термопара представляет собой два провода, изготовленных из разных материалов (металлов) и скрепленных или сваренных вместе. Место соединения образует спай. При воздействии на спай изменяющейся температуры термопара реагирует, генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры. В отличие от терморезисторов термопара подходит для измерения более высоких температур (до 1 700 °C). Другим преимуществом является минимальный диаметр зонда термопары. Использование без защитной гильзы обеспечивает максимально короткое время отклика. Такие температурные датчики реагируют быстрее терморезисторов.

Термопара преимущества:

широкий диапазон температур
спай термопары может быть заземлен или изолирован
надежность и прочность конструкции, простота изготовления

Термопара недостатки:

необходимость контроля температуры холодных спаев. В современных конструкциях измерителей на основе прибора термопара используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС
возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках, и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химические процессов
материал электородов не является химически инертным и при недостаточной герметичность корпуса термопары может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т.д.
на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей
зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке втоничных преобразователей сигнала

В линейке датчиков WIKA вы можете подобрать подходящую модель термопары для каждого типа применения:

Термопара со встроенной защитной гильзой

Защитная гильза не допускает контакта агрессивных сред с температурным датчиком, а также воздействия других вредных факторов на него. Таким образом, обеспечивается защита персонала и окружающей среды.

Фланцевые модели защитных гильз из нержавеющей стали предназначены для установки в емкости и трубы. Резьбовые модели подходят для прямого присоединения к технологическому процессу посредством вкручивания их в резьбовые фитинги. У датчиков для измерения высоких температур термоэлектрические проводники встроены в защитную гильзу. Это позволяет осуществлять измерение очень высоких температур. Приборы для измерения температуры дымовых газов подходят для измерения температуры газообразных сред при низком диапазоне давления (до 1 бара).

Термопара для монтажа в имеющуюся защитную гильзу

Данная термопара может использоваться в сочетании с большим количеством конструкций защитных гильз. Благодаря специальному исполнению соединительной головки, датчика, длине штока и т. д. вы можете подобрать температурный датчик, который подходит для защитных гильз любого размера и применения.

Термопара для непосредственной установки в процесс

Эти приборы используются в случаях, когда необходимо измерить температуру технологического процесса. Термопара устанавливается непосредственно в сам процесс. Температурный датчик без защитных гильз подходит для применения в условиях отсутствия агрессивных и абразивных сред.

Термопара для измерение температуры поверхности

В линейке продукции WIKA вы можете найти термопару с зондом для измерения температуры поверхности. Различные исполнения позволяют осуществлять замеры на плоских поверхностях, в том числе внутри печей для подогрева сырья и температуру поверхности труб промышленного и лабораторного назначения. Данный температурный датчик также может устанавливаться прямо в просверленное отверстие.

Термопара для использования в производстве пластмасс

Эти горячеканальная термопара специально разработаны для использования при производстве пластмасс. Термопара подходит для таких задач измерения температуры, при которых происходит ее запрессовка в канал с пазами вместе с обработанными деталями или когда металлический наконечник датчика устанавливается непосредственно в просверленное отверстие.

Индивидуальные решения

В портфолио продукции WIKA представлено огромное количество моделей, изготавливаемых по индивидуальному заказу. Например, для применения в условиях высокого давления, при производстве и переработке полиэтилена или использовании в многозонных элементах в химической промышленности.

Наиболее точная термопара — с термоэлектродами из благородных металлов:

платинородий — платиновые ПП
платинородий — платонородиевые ПР

Преимуществом является значительно меньшая термоэлектрическая неоднородность, чем у термопар из неблагородных металлов, устойчивость к окислению, высокая стабильность.

Термопара WIKA имеет широкий диапазон температур окружающего воздуха (рабочих температур) от -60 до +80°C. Согласно обновленному свидетельству об утверждении типа средств измерений термопара WIKA имеет расширенный межповерочный интервал 4 года.

Свяжитесь с нами

Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:

Компенсационные провода для термопар | Сиб Контролс

Провода удлинения термопары

В каждом контуре термопары должен быть и «горячий» спай (в месте измерения температуры) и «холодный» спай (в месте подключения измерительного прибора) — это неизбежное последствие формирования замкнутого контура измерений, использующего разнородные металлические провода. Мы уже знаем, что напряжение, полученное измерительным прибором от термопары, будет разницей между напряжениями «холодного» и «горячего» спаев. Так как цель большинства температурных инструментов состоит в том, чтобы точно измерить температуру в определенном местоположении, эффект «холодного» спая нужно компенсировать возможными средствами средствами: или в контур добавить некоторое напряжение компенсации или с помощью программного алгоритма. Для эффективной компенсации «холодного» спая механизм компенсации должен «знать» температуру его места нахождения. Этот факт настолько очевиден, что едва ли требует упоминания. Однако, что не настолько очевидно, эта проблема может быть решена просто применением проводов определенного типа в контуре термопары. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим простой способ установки термопары тип K, когда она соединяется непосредственно с термометром с помощью собственных длинных проводов:

Как и у всех современных приборов, при измерения температуры с помощью термопары, в изображенном приборе имеется термистор для измерения температуры терминала, к которому присоединяются провода термопары. Соответственно, прибор вырабатывает компенсирующее напряжение для того, чтобы на индикаторе отображалась температура именно той точки, в которой мы ее измеряем. Теперь рассмотрим подключение той же термопары длинным медным кабелем (состоящим из двух проводов) к терминалу индикатора:

Даже при том, что ничего не изменилось в контуре термопары, за исключением типа соединительных проводов от термопары к индикатору, местоположение «холодного» спая полностью изменилось. «Холодный» спай переместился на терминал, установленный в поле совершенно при другой температуре, чем измеряется термистором индикатора. Это означает, что компенсации «холодного» спая не будет.

Единственный практический способ избежать этой проблемы состоит в том, чтобы держать «холодный» сплав там, где это положено. Если нам необходимо использовать удлинительные провода, чтобы присоединить термопару к расположенному на далеком расстоянии инструменту, то провода должны иметь тип, который не образуют дополнительного соединения разнородных металлов в «голове» термопары, а сформируют только одно такое соединение на терминале прибора.

Очевидный подход состоит в том, чтобы просто использовать удлинительный провод из того же самого металла, из которого изготовлены провода используемой термопары. Это означает, что для нашей гипотетической термопары типа K для соединения терминала «головы» термопары с терминалом индикатора должен применяться удлинительный кабель типа K:

Единственная проблема данного метода — потенциальный расход кабеля из материала термопары. Это особенно заметно с некоторыми типами термопар, где используемые металлы являются несколько экзотическими. Более экономичная альтернатива состоит в применении провода более дешевого, но имеющего такие же термоэлектрические характеристики в более узком диапазоне температур, в которых используется удлинительный кабель. Это дает более широкий выбор металлических сплавов для применения, некоторые из которых существенно дешевле, чем применяемые в термопарах.

Методическая разработка дистанционного занятия по теме «Определение температуры с помощью термопар»

Лабораторная работа№ 7 . Измерение температуры с помощью термопар

Цель работы: Изучить устройство термопары, познакомиться с методами измерения температуры термоэлектрическим термометром

Записать тему, цель работы.
Изучить учебный текст
Познакомьтесь с устройством и принципом работы термопары по видео на электронном ресурсе:

*https://www.youtube.com/watch?v=dp0mmZhaPX4

* http://www.youtube.com/watch?v=5Mea7CA_9fo

Ответить на контрольные вопросы в описании лабораторной работы
По данным таблицы построить графики.

Теория

Температура относится к числу так называемых основных величин, на которых основана международная система единиц СИ, а единица ее измерения — Кельвин — входит наряду с килограммом, метром и секундой в число основных единиц этой системы. С измерением температуры постоянно приходится иметь дело в науке, технике и быту.

Особенностью температуры как физической величины, является то, что ее нельзя измерять непосредственно. Температура тела связана с кинетической энергией молекул, поэтому она не может быть измерена не непосредственно.

Для измерения температуры используется то обстоятельство, что практически все величины, характеризующие свойства веществ, зависят от температуры. От температуры зависят, например, объем тела, электрическое сопротивление проводников и полупроводников, давление газов при постоянном объеме, излучение нагретых тел. Любое из этих и других свойств может быть использовано для создания приборов, измеряющих температуру — термометров.

Один из часто употребляемых термометров — термометр термоэлектрический. Здесь используется явление, открытое Зеебеком и состоящее в том, что на концах цепи, составленной из двух различных проводников или полупроводников, спаянных своими концами (рис.1), возникает электродвижущая сила, если температуры спаев различны. Если цепь замкнута, то в ней в этом случае течет электрический ток.

рис 2

Причина явления состоит в том, что в различных металлах различны, во-первых, концентрации свободных электронов и, во-вторых, различны силы, удерживающие электроны внутри проводника. Благодаря этому в месте контакта происходит переход электронов из того металла, где их концентрация больше, а удерживающая сила меньше, в другой, в котором концентрация меньше, а сила больше.

Термопара состоит из двух металлов, сваренных на одном конце. Способ соединения проводников А и Б не имеет существенного значения ,это может быть скрутка пайка, сварка, если при этом обеспечивается плотный контакт проводников .Эта часть ее помещается в месте замера температуры. Два свободных конца подключаются к измерительной схеме- милливольтметру(рис2).

Если спай двух металлов А и В (термопара) имеет температуру T1, а свободные (неспаянные) концы температуру T2, причем T1>T2, то между свободными концами возникает термоЭДС, пропорциональной разности температур

E = a(T1-T2). (1),где коэффициент a равен эдс термопары при разности температур в один градус. Обычно a выражают в микровольтах на градус (мкВ/К).

ТермоЭДС термопары невелика (0,01-0,06 мВ на одни градус), поэтому ее

измеряют или высокочувствительными милливольтметрами

, обеспечивающими достаточную точность для практических

целей.

Соединение термопары с вторичными приборами производится термоэлектродными проводами, изготовленными из таких же материалов что и сама термопара, или из других сплавов, развивающих в пределах до 100 оС т.э.д.с. равную т.э.д.с. термопары.

Наиболее распространены термопары платино-платинородиевые (ПП), хромельалюминиевые (ХА), хромель-копелевые (ХК), железоконстантовые (ЖК), алюмелевые.

Рис 3

Термопары пригодны для измерения температур в диапазоне от 0 до 2300°C, и в областинизких температур до -200°C.

Основные данные серийно выпускаемых термопар (рис 3)приведен в таблице 2.1

К достоинствам термопары относятся: простота изготовления, небольшие

размеры спая, малая теплоемкость термочувствительного элемента-спая, малое

время установления теплового равновесия между спаем и средой.

Недостаток термопары — небольшая величина термоЭДС при низких

температурах и в связи с этим трудность точного измерения ее. С понижением

температуры термоЭДС в спае уменьшается и обращается в нуль при

температуре, равной абсолютному нулю.\

Контрольные вопросы

1.Что называется температурой?

2.Какие свойства вещества позволяют измерить темперутуру?

3.Что называется термопарой

4.Какова технология изготовления термопары

5.Каковы особенности измерения температуры с помощью термоэлектрического термометра

6. На основе какого физического явления работает термопара

7. Какова зависимость термоЭДС от температуры

8.Почему для измерения термоЭДС используются высокоточные измерительные приборы

9. Из каких материалов изготавливаются термоэлектроды

10.Назовите основные преимущества термоэлектрического термометра.

Ход выполнения работы

В данной работе проводится градуировка дифференциальной термопары ,

схемы подключения термопары к измерительному прибору показаны на рис.3

рис 3.

При градуировке термоэлектрического термометра холодного спая свободных концов термопары поддерживается равной нулю. При измерениях составляются градировочные характеристики, устанавливающая зависимость измеряемой термоЭДС от температуры рабочего спая , на основании которых определяется действительная температура нагретого спая термопары(таблица 2)

Таблица 2

Выбрать по таблице тип термопары ( любой из 6 вертикальных столбцов, где представлен тип термопары и ее термоЭДС ) .
По результатам данных таблицы построить график зависимости термоЭДС (по вертикали) от температуры(по горизонтали ).
Сделать краткие выводы

PCE-779N пирометр с термопарой — pragmatic.com.ua

Пирометр PCE-779N используется для быстрого измерения температуры поверхностей. Данным устройством можно измерить температуру с помощью инфракрасного термометра бесконтактным способом или контактным способом с помощью термопары. Встроенный двойной лазер позволяет пользователю точно фокусировать точку измерения. Инфракрасный измеритель температуры имеет различные функции измерения: функции экстремальных значений, среднее значение и значение разности температур. Таким образом, пирометр охватывает многие области бесконтактного и контактного измерения температуры и подходит для многих применений: мониторинг продуктов питания, различные гигиенические испытания, дорожное строительство, и мониторинг производства, а также измерения температуры на двигателях.

Диапазон измерений
Температура объектов (бесконтактный метод)	-60…+760ºС
Температура объектов (контактный способ)	-64…+1400°C
Точность
Температура объектов (контактный способ)	±2% или ±2°C — действительно большее значение
Температура объектов (бесконтактный метод)	±1°C (в диапазоне +15…+35°C и темп. окружающей среды +25°C) ±(2+0,05 х на измеренное значение) (в диапазоне -60…0°С и темп. окружающей среды +23 ±3°C) ±2% или ±2°C (в диапазоне 0…+760°C и темп. окружающей среды +23 ±3°C) — действительно большее значение
Шаг измерения
Температура объектов (контактный способ)	0,1°С в диапазоне -64…+999,9°С в остальных случаях 1°С
Температура объектов (бесконтактный метод)	0,1°С
Общие положения
Коэффициент эмисии (излучения)	0,1…1,0 (регулируемый) спектральный диапазон 8-14 мкм.
Лазерная указка	2
Скорость отклика	1 сек.
Оптическое разрешение	30:1
Функции/особенности	звуковая сигнализация превышения макс./мин. значений (регулируемая) регулируемый коэффициент эмиссии функция сканирования и удержания данных включение/выключение лазера измерение в Цельсиях или Фаренгейтах измерение контактным способом при помощи термопары. измерение максимального/минимального, среднего значения, а так же разницы между значениями
Питание	2 батарейки 1,5V, тип ААА время работы без лазера ок. 30 час. с включенным лазером и подсветкой ок. 3 час.
Страна производитель	Германия
Гарантия	12 мес.
Комплект поставки	1 х пирометр PCE-779N; 2 х батарейки 1,5V; 1 х термопара; 1 х руководство пользователя.
Условия эксплуатации
Рабочаяя температура	0°…+50° С влажность 10%…90%
Размеры/вес
Размеры прибора (Д/Ш/В)	172х119х47 мм.
Вес	259 г.

Как рассчитать температуру термопары путем измерения выхода?

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ТЕМПЕРАТУРУ ПО ИЗМЕРЕНИЮ ВЫХОДНОГО МИЛЬНАПРЯЖЕНИЯ ТЕРМОПАРЫ

СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ THERMOCOUPLE

N.I.S.T. (Национальный институт стандартов и технологий) — агентство по стандартизации США. Они определили выходное милливольтное напряжение для всех типов термопар при всех температурах в пределах их диапазона. Полученные в результате таблицы называются «Справочными таблицами термопар», и выходное милливольтное напряжение термопары отображается для каждого градуса температуры.

Справочные таблицы термопар

Спай термопары каждого типа создает на нем определенное милливольтное напряжение при определенной температуре. Термопара состоит из двух соединенных друг с другом контактов.

Один из них — измерительный, а другой — опорный. V _D — это милливольт, возникающий из разницы между милливольтами, создаваемыми двумя противоположными переходами. V _D — показание милливольт, когда к термопаре подключается счетчик, как показано ниже.

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ ТЕМПЕРАТУРУ СПАЯ

Измерьте напряжение в милливольт «V _D», как показано выше.
Измерить фактическую температуру холодного спая термометром.
Перейдите к таблице используемой термопары и найдите милливольт, создаваемый при этой температуре.
Добавьте это милливольт к милливольт, измеренному как «V _D», чтобы получить итог.
Найдите общее напряжение в милливольтах в справочной таблице.Соответствующая температура — это температура измерительного спая.

Пример № 1 Термопара типа «Т»

Измеренное значение «V _D» = 3,41 мВ

Температура холодного спая = 22 ° C (71,6 ° F)

1. Из таблицы; 22 ° C = 0,87 мВ.
2. Добавляем 0,87 мВ к 3,41 мВ = 4,28 мВ.
3. Находка 4,28 мВ в таблице; соответствующая температура составляет 100 ° C (212 ° F) и является температурой измерительного перехода.

Пример № 2 Термопара типа «Т»

Измеренное значение «V _D» = 4,47 мВ

Температура холодного спая = -5 ° C (23 ° F) (ниже, чем 0 ° C, указанное в таблице)

Из таблицы; 5 ° C = -0,193 мВ
Добавление -0,193 мВ к +4,47 мВ = +4,28 мВ
Находка 4,28 мВ в таблице; соответствующая температура составляет 100 ° C (212 ° F) и является температурой измерительного перехода

Преобразование метрической / английской шкалы ° C = ° F — 32 ° F = 1.8 ° С + 32

* P = положительное плечо N = отрицательное плечо

** Проволока сорта «Стандартный» достаточно точна для большинства применений. Чистота и состав проводов «высшего сорта» контролируются более тщательно, а их выходное милливольтное напряжение ближе к стандартной диаграмме NIST и, следовательно, считывается несколько точнее, чем провод «стандартного» сорта.

ПРИМЕЧАНИЕ. Отдельные блоки термостатов можно откалибровать, измерив их выходную мощность при нескольких известных температурах и подготовив таблицу исправления ошибок.Эта диаграмма используется для устранения любых отклонений от «стандартного» выходного милливольт в зависимости от показаний температуры, присущих данной конкретной термопаре. Результат известен как термопара, соответствующая стандарту NIST.

Таблица термопар

Также прочтите: Основные сведения о токовых сигналах 4-20 мА

Ступица для термопар

Термопара — это датчик, измеряющий температуру. Он состоит из двух разных типов металлов, соединенных одним концом.Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно соотнесено с температурой. Термопара — это простой, надежный и экономичный датчик температуры, используемый в широком диапазоне процессов измерения температуры.

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

Термопары обычно используются в широком спектре приложений. Из-за широкого диапазона моделей и технических характеристик, но чрезвычайно важно понимать его основную структуру, функциональность, диапазоны, чтобы лучше определить правильный тип термопары и материал термопары для применения.

Как работает термопара?

Когда два провода, состоящие из разнородных металлов, соединяются на обоих концах и один из концов нагревается, в термоэлектрической цепи протекает постоянный ток.

Если эта цепь разорвана в центре, чистое напряжение холостого хода (напряжение Зеебека) является функцией температуры перехода и состава двух металлов. Это означает, что когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно соотнесено с температурой.

Узнать больше

Зонды термопары против провода термопары?

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

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

Хотя калибровка термопары определяет диапазон температур, максимальный диапазон также ограничен диаметром провода термопары.То есть очень тонкая термопара может не достичь полного диапазона температур. Термопары типа

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

Узнать больше

Как выбрать термопару? Поскольку термопара может принимать разные формы и формы, важно понимать, как правильно выбрать правильный датчик.
Наиболее часто используемые критерии для выбора — это диапазон температур, химическая стойкость, стойкость к истиранию и вибрации, а также требования к установке.Требования к установке также будут определять ваш выбор датчика термопары.

Существуют разные типы термопар, и их применение может отличаться. Открытая термопара будет работать лучше всего, когда требуется большое время отклика, но незаземленная термопара лучше в агрессивных средах.

Узнать больше

Как мне узнать, какой тип соединения выбрать?

Доступны зонды с термопарами в оболочке с одним из трех типов спая: заземленный, незаземленный или открытый.На конце зонда с заземленным переходом провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей теплопередаче снаружи через стенку зонда к спайу термопары. В незаземленном зонде спай термопары отделен от стенки зонда. Время отклика ниже, чем у заземленного типа, но незаземленный обеспечивает гальваническую развязку.

продуктов OMEGA, используемых в этом приложении

Какова точность и температурный диапазон различных термопар?

Важно помнить, что как точность, так и диапазон зависят от таких факторов, как сплавы термопары, измеряемая температура, конструкция датчика, материал оболочки, измеряемая среда, состояние среды (жидкая, твердая , или газ) и диаметр либо провода термопары (если он оголен), либо диаметр оболочки (если провод термопары не обнажен, но в оболочке).

Узнать больше

Зонды термопары против провода термопары?

Важно помнить, что датчик температуры измеряет только его собственную температуру. Тем не менее, выбор датчика типа зонда по сравнению с датчиком проводного типа — это вопрос того, как лучше всего довести температуру спая термопары до температуры процесса, которую вы пытаетесь измерить.

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

Все сводится к тому, как лучше всего довести соединение термопары до той же температуры, что и технологический процесс или материал, температуру которого вы пытаетесь измерить, чтобы получить необходимую информацию.

Узнать больше

Статьи по теме

Как измерить температуру: термопары или RTD?

Измерение температуры с помощью термопар и RTD

Измерение температуры с помощью компьютера

Измерение температуры — наиболее распространенное применение данных. системы приобретения.Вам понадобится прибор для измерения температуры — датчик температуры. Термопары, терморезисторы (RTD), термисторы, платиновое сопротивление термометры и инфракрасные термометры — это все типы датчиков температуры. Самыми популярными являются термопары и RTD. Выбор датчиков зависит от нескольких факторов, таких как ожидаемый максимум и минимальные температуры, стоимость, необходимая точность и ваши условия окружающей среды условия.

Получить данные с датчика температуры на ваш ПК вам нужен интерфейс для сбора данных с подходящим ПО.Блок интерфейса подключается к вашему компьютеру, например, к порту USB или Ethernet. Вы подключаете датчик к интерфейсу, устанавливаете программное обеспечение, и теперь компьютер может отслеживать температуру.

Сравнение термопар и RTD

Измерение Термопары

— популярные датчики температуры, потому что они дешевый, универсальный и прочный.Они состоят из двух разнородных металлов. соединены вместе, образуя непрерывный контур. Если на одном перекрестке температура отличается от другой, электродвижущая сила (напряжение) настроено. Это напряжение зависит от температуры. разница между стыками. Если температура на одном стык известен, температура на другом стыке может быть рассчитано.

Типы термопар
Есть несколько типов термопар, обозначенных буквами согласно составляющим их металлам.Термопара типа К, для Например, состоит из хрома и алюминия. Металлы дают термопары различаются свойствами, такими как диапазоны температур и точность.

Возможные ошибки в компьютеризированной системе термопар

Эталонное измерение «Холодный спай»
Система зависит от знания температуры одного из спаи термопар (холодный спай). Размещение этого перехода в изотермическом боксе будет поддерживать постоянную температуру, а датчик холодного спая в коробке сообщит системе, что температура.Изотермический бокс сидит рядом с компьютером. Вы бы подключили провода термопары к винтовые клеммы в коробке и подключите клеммы, скажем, к USB-устройству сбора данных. с помощью ленточного кабеля.
Крепление термопар к металлической поверхности
Если термопары прикреплены непосредственно к металлической поверхности, особенно тот, который имеет собственное напряжение, например, нагревательный элемент, вам нужно изолировать сигналы. Это предотвратит высокий напряжения в контролируемом элементе, нарушающие сбор данных оборудование.Это также сделает измерения «плавающими», позволяя вы записываете малое напряжение термопары при высоком напряжения.
Линеаризация
Напряжение, создаваемое термопарой, не изменяется линейно с температурой — проблема для сбора данных система. Хорошее решение — использовать программное обеспечение для получения правильного температура, скажем, ^o C или ^o F. Программа Windmill, например, сделает это за вас. автоматически, со встроенной линеаризацией для термопар типа B, E, J, K, N, R, S и T.
Использование неправильного типа провода термопары
Необходимо подключить термопару к устройству сбора данных оборудование, использующее правильный тип удлинения или компенсации привести. Он изготовлен из того же материала, что и термопары из металлов или материалов с аналогичными характеристиками.
Длинные выводы термопары — зашумленные сигналы и дополнительные затраты на проводку
Провода термопары часто имеют длину много метров и имеют большую сопротивление, чем у обычного медного провода.Это означает, что лиды могут действуют как антенны, улавливая электрические шумы окружающей среды, которые загрязняет сигнал напряжения. Это также может означать дорого затраты на электромонтаж. В этом случае нужно либо принять меры предосторожности. против шума, или распределить блоки сбора данных — размещение их близко к термопарам на Modbus, RS485 или Ethernet сети например.

Измерение RTD

Терморезистивные устройства (или извещатели) основываются на принципе что сопротивление металла увеличивается с температурой.Для обеспечения максимальной точности резистивный элемент изготовлен из платины, а RTD известен как платиновый резистор. термометр ( PRT ). Если указано сопротивление 100 Ом при 0 ^o C, RTD могут упоминаться как Pt100 зонды . Когда RTD имеет полупроводниковый резистивный материал, он называется термистором . Термисторы очень чувствительны, но также являются наиболее нелинейными из RTD с отрицательным температурным коэффициентом.

Потенциальные ловушки в компьютеризированной системе RTD

Ошибки, возникающие из-за сопротивления свинца
Когда измеряемое сопротивление невелико, сопротивление в выводы к RTD могут значительно повлиять на точность.Несколько существуют методы мониторинга RTD, которые решают проблемы связано с сопротивлением свинца. Эти методы включают сбалансированные мосты и источники постоянного тока.
Измерения источника постоянного тока дают отличные результаты для все конфигурации проводки, включая 2-проводную, 3-проводную, 4-проводную и 4-проводная компенсация. Получены наиболее точные результаты с использованием 4-х проводной схемы. Каждому RTD требуются данные оборудование для сбора данных, обеспечивающее источник постоянного тока. В ток протекает через RTD и падение напряжения на RTD измеряется.Используя закон Ома, значение сопротивления RTD можно рассчитать.
Преобразование сопротивления в температуру
Программное обеспечение, такое как Windmill, автоматически преобразует сопротивление измерение температуры по вашему выбору техники единицы.

Аппаратное и программное обеспечение для измерения температуры

Windmill Software предлагает несколько пакетов для измерения температуры. Для измерения температуры с помощью термопар мы рекомендуем либо пакет Windmill 751-TC, который подключается к компьютеру через USB, либо пакет Microlink 851-TC, который подключается через Ethernet или Интернет.Они включают в себя программное обеспечение для сбора данных и управления ветряной мельницей, а также блок измерения и управления и изотермический блок. С помощью дополнительных аппаратных средств можно также измерять RTD и другие сигналы: напряжение, давление, сопротивление и т. Д.

Для измерения температуры RTD мы предлагаем пакет Windmill 752-RTD, который подключается через USB. Устройство 752 USB обеспечивает дифференциальные входы для мониторинга до 8 RTD или пробников Pt100 и до 16 сигналов напряжения. Вы можете подключить 8 USB-устройств к 1 ПК.Блоки также обеспечивают цифровой ввод и вывод, счет и вывод напряжения или тока. Система поддерживает 2-проводное, 3-проводное, 4-проводное и 4-проводное измерение сопротивления с компенсацией.

Что такое датчик термопары и как он работает

Автор: Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

В этой статье мы обсудим, как сегодня измеряется температура с помощью термопар, достаточно подробно, чтобы вы:

См. , что такое термопары и как они работают
Изучите основные доступные типы термопар и способы их использования
Поймите , как термопары могут быть связаны с вашей системой DAQ

Готовы начать? Пойдем!

Введение

Знаете ли вы, что температура — САМЫЙ часто регистрируемый физический показатель? Знание температуры имеет решающее значение для правильной работы всего, от человеческого тела до автомобильного двигателя, и всего, что между ними.

Температура измеряется одним или несколькими типами датчиков температуры. Сегодня на рынке доступно несколько:

Датчики термопары [данная статья]
Датчики RTD
Термисторные датчики
Инфракрасные датчики температуры

В этой статье речь пойдет о датчиках термопары. Вы также можете сразу перейти к сравнению различных типов датчиков температуры.

Что такое термопара?

Термопара — это датчик, который используется для измерения температуры.Термопара — очень популярный датчик благодаря своей относительно низкой стоимости, взаимозаменяемости, широкому диапазону измерения и надежности.

Типовой датчик термопары
Hartke, Wikimedia Commons, общественное достояние

Термопары

широко используются во всех отраслях, от автоматизации производства и управления технологическими процессами до автомобилестроения, авиакосмической, военной, энергетической, металлургической, медицинской и многих других отраслей.

Они имеют стандартные типы разъемов, что делает их взаимозаменяемыми и простыми в использовании.На измерительной стороне датчика они могут быть такими же простыми, как два металла, скрученных вместе, или они могут быть заключены в прочный зонд для использования в тяжелых промышленных условиях.

Длинный зонд термопары, подключенный к измерителю
Harke / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Хотя термопары довольно популярны, с их помощью нелегко достичь точности, намного превышающей 1 ° C. Но, несмотря на это, благодаря своим многочисленным преимуществам, они остаются самым популярным типом датчиков, используемых сегодня для промышленных измерений.

Типы термопар

Сочетание различных металлов дает нам множество диапазонов измерения. Это так называемые «типы термопар», и нам известно несколько из них:

Термопара типа K: , которая соединяет хром и алюминиевые элементы, что дает широкий диапазон измерений от -200 ° C до +1350 ° C (от -330 ° F до +2460 ° F).
Термопара типа J
Термопара типа Т
Термопара типа E
Термопара типа R
Термопара типа S
Термопара типа B
Термопара типа N
Термопара типа C

Термопары типов J, K, T и E также известны как Термопары из недрагоценных металлов .Термопары типов R, S и B известны как термопары из благородных металлов , которые используются в высокотемпературных приложениях. Вот самые популярные типы термопар, которые используются сегодня:

, поэтому 9203 более медленный и

Термопары	РДТ
Низкая стоимость	Дорогая
Быстрое время отклика
Широкий диапазон температур например, от -200 до 1200 ^o C	Более узкий температурный диапазон например, от 200 до 850 ^o C
Прочный 9000 Менее 6 Может выдерживать жесткие условия 9	выдерживать суровые условия
Менее точный Стандартная стандартная точность ± 1-2 ^o C (в зависимости от типа термопары и температуры, подробности см. в таблице точности термопары)	Точность стандартно ± 0.25 ^o C
Старение Точность снижается с возрастом, так как электрические и химические свойства меняются. Старение ускоряется в суровых условиях и когда термопара регулярно нагревается и охлаждается до пределов своего диапазона.	Стабильный Менее подвержен ошибкам старения, чем термопары
Шумный Имеет тенденцию генерировать зашумленные сигналы на больших расстояниях	Менее подвержен шуму

ANSI	МЭК	Используемые сплавы	Самый широкий диапазон	Магнитный?	Комментарии
Дж	Дж	железо-константан	от -40 ° до 750 ° C от -40 ° до 1382 ° F	Есть	Лучше для высоких, чем для низких температур
К	К	Хромель-Алюмель	от −200 ° до 1350 ° C от −330 ° до 2460 ° F	Есть	Самый широкий ассортимент, самый популярный.Никель магнитный.
т	т	Медь (Cu)	от -270 до 400 ° C от -454 до 752 ° F	№	Подходит для более низких температур и влажной среды.
E	E	Хромель-константан	от −50 ° до 740 ° C	№	Подходит для криогенного использования.
N	N	Nicrosil (Ni-Cr-Si)	от -270 до 1300 ° C от -450 до 2372 ° F	№	Широкий диапазон температур, более стабильный, чем тип K
B	В	Платина-30% родий (Pt-30% Rh)	от 0 до 1820 ° C от 32 до 3308 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
R	R	Платина-13% родий (Pt-13% Rh)	от -50 до 1768 ° C от -58 до 3214 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
S	S	Платина-10% родий (Pt-10% Rh)	от -50 до 1768 ° C от -58 до 3214 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
C W3 W5	C W3 W5	Вольфрам-3% рений (W-3% Re)	от 0 до 2320 ° C от 32 до 4208 ° F	№	Сделано для высокотемпературных применений, но не в окислительных средах

Подробное сравнение термопар доступно на изображении ниже.Щелкните изображение для увеличения:

Как работает термопара?

Термопары

основаны на эффекте Зеебека , который говорит о том, что когда пара разнородных металлов, контактирующих друг с другом на каждом конце, подвергаются изменениям температуры, они создают небольшой потенциал напряжения. Причем делают это пассивно, т.е. им не нужно запитывать формирователь сигнала.

Как это возможно? Создаем ли мы бесплатную энергию из ничего? Вовсе нет — это просто физика!

Учтите, что электроны переносят как электричество, так и тепло.Возьмите кусок голого медного провода и обхватите его рукой с одного конца. Получив энергию от тепла вашей кожи, электроны будут распространяться от области, где вы касаетесь их, к более холодному концу, находящемуся вдали от вас, создавая температурный градиент по длине провода. Тепло превратилось в энергию.

Это явление было первоначально открыто итальянским ученым Алессандро Вольта (в честь которого мы назвали «вольт») в 1794 году. Но немецкий физик Томас Иоганн Зеебек открыл его заново в 1821 году.Он заметил, что когда провода, сделанные из двух разных металлов, соединялись на каждом конце и между этими концами была разница температур, на стыках создавался небольшой потенциал напряжения.

Мы называем этот потенциал Напряжение Зеебека , а создание этого потенциала из тепловой энергии «Эффектом Зеебека». Основываясь на наблюдениях Зеебека 200 лет назад, физики могут определить коэффициент Зеебека, то есть величину термоэлектрического напряжения, которое возникает из-за разницы температур в данном материале.

Термопара обнаруживает изменения температуры пары разнородных металлов при их контакте друг с другом

Десятилетия исследований, проб и ошибок привели к сегодняшнему пониманию того, какие металлы дают нам наилучшие результаты, когда мы соединяем их в пару для создания термопары. Различные комбинации обеспечивают разные эффективные диапазоны измерения. И, конечно же, каждый металл имеет экологические свойства, которые в дальнейшем определяют, где и как их можно использовать.

Наука, лежащая в основе термопар, в настоящее время достаточно развита, и сегодня на рынке доступны стандартные «типы», такие как Тип K , в котором сочетаются хромель и алюмель, что обеспечивает очень широкий диапазон измерений. Подробнее о типах термопар ниже.

Звучит очень просто — возьмите пару проводов термопары и подключите один конец к вашей системе сбора данных или вольтметру и начните измерение температуры, верно? Что ж, это еще не все.

Есть два дополнительных шага, которые необходимо предпринять, чтобы преобразовать выходной сигнал термопары в пригодное для использования значение температуры: компенсация холодного спая и линеаризация .Давайте посмотрим на каждый из них, чтобы увидеть, как они работают и что делают.

Компенсация холодного спая

Для проведения абсолютного измерения термопара должна быть «привязана» к известной температуре на другом конце кабеля датчика. Раньше в качестве эталона использовалась ледяная баня с почти замороженной дистиллированной водой, известная температура которой составляла 0 ° C (32 ° F). Но так как это неудобно носить с собой, был создан другой метод с использованием крошечного термистора или RTD, экранированного от окружающей среды, для измерения температуры окружающей среды.Это называется « компенсация холодного спая » (CJC).

CJC внутри модуля термопары Dewesoft IOLITE TH. Белые провода подключаются к термистору, встроенному в белую термопасту.

«Горячий спай , » — это измерительный конец узла термопары, а другой конец — «холодный спай , », также известный как эталонный спай термопары, на котором находится микросхема CJC. Таким образом, хотя температура холодного спая может варьироваться, она обеспечивает известный эталон, по которому измерительная система может определять температуру на измерительном конце датчика с очень хорошей и повторяемой точностью.

Линеаризация

Малое выходное напряжение датчика термопары не является линейным, т. Е. Не изменяется линейно при изменении температуры. Линеаризацию можно выполнить самим формирователем сигнала или с помощью программного обеспечения, работающего внутри системы сбора данных.

Кривые линеаризации для наиболее популярных типов термопар
Изображение из онлайн-курса обучения Dewesoft PRO

Проблемы и решения для измерения термопар

Из-за очень малых микровольт и милливольт на выходе этих датчиков, электрические шумы и помехи могут возникать, когда измерительная система не изолирована.Устройства Dewesoft DAQ решают эту проблему с помощью дифференциального преобразования сигнала . Почти все модули преобразования сигналов Dewesoft имеют гальваническую развязку , помимо дифференциальной. Это лучший способ подавить синфазное напряжение, попадающее в сигнальную цепь.

Еще один способ уменьшить шум — разместить дигитайзер как можно ближе к датчику. Избегание длинных сигнальных линий — это проверенная стратегия повышения точности сигнала и снижения затрат.Посмотрите наши модульные DAQ-устройства SIRIUS и KRYPTON, чтобы найти лучшие в своем классе решения.

Неадекватный CJC приводит к неправильным показаниям. Этот узел необходимо защитить от изменений температуры окружающей среды, чтобы обеспечить надежный ориентир. Dewesoft использует отдельный чип CJC для каждого канала в своих высококачественных CJC, которые выфрезерованы из цельного алюминиевого блока и точно собраны для достижения наилучшего возможного эталона.

Провода для термопар

дороже простых медных проводов, что является еще одной причиной, по которой холодный спай следует располагать как можно ближе к источнику сигнала (при этом избегая резких перепадов температуры окружающей среды).

Системы

, такие как модуль одноканальной изолированной термопары KRYPTON ONE от Dewesoft, обеспечивают максимальные преимущества в этой области, позволяя распределять холодный эталон в любом месте, где расположены датчики, и соединяться между собой на расстоянии до 100 м (328 футов) друг от друга. Сигнал преобразуется в цифровой прямо в точке измерения и передается через EtherCAT в главную измерительную систему, устраняя шум и длинные участки дорогостоящих кабелей термопар.

Приложения для измерения термопар

Испытательный образец наверху печи снабжен термопарами типа K (обратите внимание на желтые разъемы сбоку печи)
Ахим Геринг / CC BY (https: // creativecommons.org / licenses / by / 3.0)

Температура — это наиболее измеряемое физическое свойство в мире, а термопары — самый популярный датчик для измерения температуры. Следовательно, существуют буквально миллионы и миллионы применений термопар во всех отраслях и секторах. Вот лишь некоторые из них:

Электростанции (температура является показателем перегрева компонентов)
Бытовая техника, в которой недостаточно термисторов
Управление производственными процессами и автоматизация производства
Производство продуктов питания и напитков
Металлургические и целлюлозно-бумажные комбинаты
Экологический мониторинг и исследования
Научные исследования и разработки (НИОКР)
Производство и испытания фармацевтических и медицинских товаров
Автомобильные системы и испытательные приложения, испытания в жаркую и холодную погоду, испытания тормозов, испытания ADAS, анализ горения и многое другое
Системы и испытания авиационных и ракетных двигателей
Производство и испытание спутников и космических аппаратов

Преимущества и недостатки термопар

Преимущества термопары:

Автономный (пассивный)
Простота использования
Взаимозаменяемость, простота подключения
Сравнительно недорого
Доступен широкий выбор зондов для термопар
Широкий диапазон температур для многих типов
Более высокие температурные характеристики по сравнению с другими датчиками
Не зависит от сопротивления уменьшается или увеличивается

Недостатки термопары:

Выход требует линеаризации
Требуется спай «холодного эталона» CJC
Низковольтные выходы чувствительны к шуму
Не так стабильно, как RTD
Не так точен, как RTD

Сравнение датчиков температуры: термопары, термометры сопротивления и термисторы

Датчик	Термистор	Термопара	RTD (Pt100)
Диапазон температур	Самый узкий от -40 ° C до 300 ° C	Самый широкий Тип J: от -210 до 1200 ° C Тип K: от 95 до 1260 ° C Другие типы могут иметь диапазон от -270 ° C до 3100 ° C	Узкий от -200- до 600 ° C Возможно до 850 ° C
Ответ	Быстро	от среднего до быстрого Зависит от размера сенсора, диаметра провода и конструкции	Медленный Зависит от размера и конструкции сенсора
Долгосрочная стабильность	Плохо	Очень хорошо	Лучшее (± 0.От 5 ° C до ± 0,1 ° C / год)
Точность	Ярмарка	Хорошо	Лучше 0,2%, 0,1% и 0,05%
Линейность	Экспоненциальная	Нелинейный Обычно это делается в программном обеспечении	Достаточно хорошо Но рекомендуется линеаризация
Строительство	Хрупкий	Соответствующие Оболочки и трубки повышают хрупкость, но увеличивают время отклика	Хрупкий Оболочки и трубки повышают хрупкость, но увеличивают время отклика
Размер	Очень маленький	Маленький	Больше
Электропроводка	Очень просто	Простой	Комплекс
Требуемая мощность / возбуждение	Нет	Нет	Обязательно
Внешние требования	Нет	CJC (компенсация холодного спая) и линеаризация сигнала	формирователь сигнала RTD
Стоимость	Самый низкий Типы с низкой точностью очень недорогие, но есть и более точные и более дорогие.Доступны модели NTC и PTC (отрицательный и положительный температурный коэффициент).	Низкий Типы R и S, в которых используется платина, более дорогие	Самый высокий

Технические характеристики типовые

Выбор подходящей термопары для вашего приложения

Чтобы выбрать подходящий датчик для ваших измерений, важно учитывать ряд различных факторов:

Какую максимальную и минимальную температуру вам необходимо измерить?
Какой бюджет?
Какой диапазон точности нужен?
В какой атмосфере он будет использоваться? (окислительные, инертные и др.)
Каков необходимый срок службы датчика?
Какова необходимая реакция (как быстро она должна реагировать на изменения температуры)?
Будет ли использование термопары периодическим или непрерывным?
Будет ли термопара подвергаться изгибу или изгибу в течение срока службы?
Будет ли он погружен в воду и на какую глубину?

Основываясь на ответах на эти вопросы и обращаясь к приведенной выше таблице типов термопар, должна быть возможность выбрать лучший общий датчик (и) для вашего приложения.

Обучающее видео по термопарам

В этом видео с конференции Dewesoft по измерениям объясняются основные характеристики и принципы работы термопар и измерения температуры с помощью устройств и программного обеспечения Dewesoft DAQ.

Dewesoft Измерительные устройства для термопар

Dewesoft предлагает несколько систем сбора данных, которые могут эффективно измерять, сохранять и отображать температуру. И они могут сделать это, подключив самые популярные в мире датчики температуры для промышленных DAQ-приложений: термопару.Системы Dewesoft могут измерять, сохранять, анализировать и визуализировать температуру от одного до сотен каналов в режиме реального времени.

Обратите внимание, что программное обеспечение для сбора данных Dewesoft X позволяет отображать выходной сигнал температуры с любого датчика с выбранной вами температурной шкалой. Единицей измерения по умолчанию является Цельсий, но программное обеспечение обеспечивает легкое и простое преобразование в шкалу Фаренгейта (F) или в шкалу Кельвина (K), базовую единицу температуры в Международной системе единиц (СИ).

Файл данных теста литий-ионной батареи, в котором датчик термопары использовался для измерения температуры батареи с помощью программного обеспечения Dewesoft X и оборудования DAQ

Dewesoft X настолько гибок, что вы можете отображать данное измерение одновременно в нескольких единицах измерения, если это необходимо.

Измерение термопар SIRIUS

SIRIUS — флагман линейки продуктов Dewesoft. Они представляют собой высочайшую производительность системы сбора данных в сочетании с самым мощным программным обеспечением сбора данных на рынке, DEWESoft X.Для подключения термопар к системам сбора данных SIRIUS мы используем наши популярные адаптеры Dewesoft Sensor Interface (DSI) для взаимодействия с несколькими модулями ввода SIRIUS.

Системы сбора данных
SIRIUS доступны в широком спектре физических конфигураций, от модульных «срезов», которые подключаются к вашему компьютеру через USB или EtherCAT, систем для монтажа в стойку R3 и автономных систем R1, R2, R4 и R8, которые включить встроенный компьютер.
Линейка продуктов SIRIUS DAQ devices
Адаптеры для термопар серии
DSI-THx имеют стандартный входной разъем типа мини-лезвие и короткий кабель термопары, металлы которого соответствуют типу.Адаптер DSI-THx совместим с четырьмя популярными типами термопар: J, K, T и C.
Адаптер DSI-TH-K от Dewesoft (также доступны типы J, T и C)
Адаптеры
DSI используют встроенный интерфейс TEDS для автоматической настройки в программном обеспечении Dewespft X DAQ. Просто подключите адаптер термопары DSI-TH к входу DB9 выбранного модуля SIRIUS, проверьте свои настройки на экране настройки оборудования в программном обеспечении DEWESoft X, и вы готовы начать измерения.
Перекрестная ссылка модулей SIRIUS и их совместимости с адаптером DSI-TH8x:
Двухъядерные модули SIRIUS Модули SIRIUS HD (высокой плотности) Модули SIRIUS HS (высокоскоростные)
СТГ, СТГМ, LV HD-STG, HD-LV HS-STG, HS-LV
DSI-THx 1 √ √ √
1) Примечание — адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C.
2) Примечание — некоторые модули SIRIUS DAQ имеют варианты входных разъемов, отличные от DB9.Пожалуйста, выберите DB9 для идеальной совместимости с адаптером DSI.
KRYPTON для измерения термопар
DAQ-модуль термопары KRYPTON испытывается на вибрационном шейкере
Устройства сбора данных KRYPTON — это самая защищенная линейка продуктов, доступная от Dewesoft. KRYPTON способен выдерживать экстремальные температуры, удары и вибрацию и имеет класс защиты IP67, что позволяет защитить их от воды, пыли и т. Д. Они подключаются к любому компьютеру с ОС Windows (включая защищенную модель процессора KRYPTON со степенью защиты IP67 от Dewesoft) через EtherCAT и могут быть разделены на расстояние до 100 метров (328 футов), что позволяет размещать их рядом с источником сигнала.Как и SIRIUS, они используют самое мощное программное обеспечение для сбора данных на рынке, Dewesoft X.
KRYPTONi-8xTH — изолированный 8-канальный регистратор данных с термопарой и сбор данных
KRYPTONi-16xTH — изолированный 16-канальный регистратор данных с термопарой и сбор данных
Термопары
можно подключать непосредственно к многоканальному модулю формирования сигнала KRYPTON-TH и к одноканальному модулю формирования сигнала высоковольтной термопары HV-TH-1.
Экран настройки программы Dewesoft X, показывающий 8 универсальных входов термопар модуля термопар KRYPTON
Экран настройки канала модуля термопар KRYPTON, показывающий настройки датчика и усилителя и предварительный просмотр аналогового сигнала в реальном времени
Перекрестная ссылка на модули KRYPTON DAQ и их совместимость с термопарами, а также на адаптеры DSI, предназначенные для измерения температуры:
Многоканальные модули KRYPTON
TH СТГ
Термопары Собственный вход термопары (УНИВЕРСАЛЬНЫЙ — каждый канал может быть настроен на любой тип в программном обеспечении, выбираемый из этих девяти типов:
J, K, T, E, R, S, B, N, C) Требуется небольшой DSI-THx 1)
1) Примечание — адаптеры DSI-THx доступны в типах K, J, T, C и E

Слева: 1-канальный регистратор данных термопары KRYPTON-1xTH-HV-1
Справа: универсальный модуль сбора данных сигнала KRYPTON-1xSTG-1
Одноканальный KRYPTON ONE обеспечивает максимальную модульность:
Одноканальные модули КРИПТОН-1
TH-HV-1 СТГ-1
Термопары Собственный вход термопары типа K, рассчитанный на изоляцию CAT III 600 В и CAT II 1000 В. Требуется небольшой DSI-THx 1)
1) Примечание — адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C
Измерение термопары IOLITE
IOLITE — это уникальный продукт, сочетающий основные возможности промышленной системы управления в реальном времени с мощной системой сбора данных. С IOLITE сотни аналоговых и цифровых каналов могут быть записаны на полной скорости, одновременно отправляя данные в реальном времени на любой мастер-контроллер EtherCAT стороннего производителя.
Слева: стоечная система IOLITEr с 12 слотами для модулей ввода
Справа: настольная система IOLITEs с 8 слотами для модулей ввода
Они представляют собой отличную производительность системы сбора данных плюс управление в реальном времени через EtherCAT, в сочетании с самым мощным программным обеспечением сбора данных на рынке, DEWESoft X.
Вот перекрестная ссылка на входные модули IOLITE и их совместимость с термопарами, а также адаптеры DSI, предназначенные для измерения термопар:
Многоканальные модули IOLITE
8x TH 6xSTG
Термопары Собственные входы для термопар
(8 каналов на модуль)
Доступны следующие типы:
K, J, T, R, S, N, E, C, U, B Через DSI-THx 1)
(до 6 каналов на модуль)
1) Примечание — адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C
DAQ-модуль IOLITE-8xTH обеспечивает изоляцию как «канал-земля», так и «канал-канал» до 1000 В.Данные собираются одновременно со всех 8 каналов с частотой дискретизации до 100 с / с с использованием 24-битного дельта-сигма АЦП.
Те же характеристики частоты дискретизации и изоляции применимы к модулю 6xSTG, за исключением того, что он имеет шесть каналов вместо восьми. 6xSTG — это очень универсальный модуль, способный выполнять тензометрические, резистивные измерения и измерения низкого напряжения в дополнение к его совместимости с адаптерами серии DSI.
Измерение термопар DEWE-43A и MINITAUR
DEWE-43A — чрезвычайно портативная портативная система сбора данных.Он подключается к компьютеру через фиксируемый USB-разъем и имеет восемь универсальных аналоговых входов. Его «старший брат» называется MINITAUR — по сути, это DEWE-43A в сочетании с компьютером и некоторыми другими функциями в одном портативном корпусе. Универсальные входы обеих систем совместимы с адаптерами Dewesoft DSI, что позволяет подключать датчик термопары к любому или ко всем из их восьми входных каналов.
Слева: портативная система сбора данных DEWE-43A
Справа: модель MINITAUR, включая встроенный компьютер
Адаптеры DSI-THx доступны для нескольких популярных типов термопар, включая типы J, K, T и C.В адаптерах DSI используется сенсорная технология TEDS для автоматической настройки в программном обеспечении Dewesoft X DAQ. Просто подключите адаптер DSI-THx к входу DB9 выбранного входа, проверьте свои настройки на экране настройки оборудования в программном обеспечении Dewesoft X, и вы готовы приступить к измерениям.
Система измерения температуры термопар
| Максим Интегрированный
Аннотация: Требуется тщательно спроектированная и реализованная схема для разработки высокоточного интерфейса термопары.Первый шаг — понять основные физические принципы этого широко используемого датчика температуры.
Изобретенные в 1921 году и приближающиеся к своему столетнему юбилею, термопары (TC) продолжают предоставлять ценную информацию для измерения температуры во многих приложениях, особенно в тех, которые связаны с очень высокими температурами. Во множестве критически важных промышленных и технологических приложений термодатчики и резистивные датчики температуры (RTD) стали золотым стандартом для измерения температуры.Хотя RTD имеют лучшую точность и повторяемость, преимущества термопары включают:
Большой диапазон измерения,
Меньшее время отклика,
Более низкая стоимость,
Лучшая долговечность,
Собственное питание (сигнал возбуждения не требуется) и
Нет эффекта самонагрева.
По этим причинам термопары широко используются во многих различных приложениях. Однако выполнение высокоточных измерений температуры с помощью термопар может быть непростым делом.В этой заметке по применению обсуждаются способы оптимизации точности измерения. Сначала опишем основы работы термопары.
Как работают термопары?
Когда источник напряжения подается на кусок металлического провода, электроны текут от положительного вывода к отрицательному, и некоторая энергия теряется, нагревая металлический провод. Эффект Зеебека, открытый в 1821 году Томасом Иоганном Зеебеком, указывает на обратное явление. Когда к металлической проволоке применяется температурный градиент, создается электрический потенциал.Это физическая основа термопары.
∇V = S (T) × ∇T (уравнение 1)
Где ∇V — градиент напряжения, ∇T — градиент температуры, а S (T) — величина Зеебека. коэффициент. Коэффициент Зеебека зависит от материала, а также от температуры. Напряжение между двумя разными температурными точками на проводе равно интегрированию функции коэффициента Зеебека по температурному диапазону.
(Ур.2)
Например, На рисунке 1 показан кусок металлической проволоки черного цвета. T1, T2 и T3 представляют температуры в разных местах провода. Т1 синего цвета — самая холодная точка, а Т3 — самая горячая точка. Напряжение в точках Т2 и Т1 равно. Аналогично напряжение в точке T ₃ и точке T ₁ равно. V ₃₁ также равно из-за аддитивного свойства определенного интеграла. Имейте это в виду, поскольку в данном примечании к применению дополнительно объясняется преобразование напряжения термопары в температуру.
Рис. 1. Напряжение, создаваемое на проводящем проводе температурным градиентом.
Термопары состоят из двух разнородных материалов, обычно из металлической проволоки с разными функциями коэффициента Зеебека, S (T). Почему необходимы два материала, если разница температур в одном материале приводит к разнице напряжений? Например, предположим, что металлический провод на рис. 2 изготовлен из материала A. При наличии вольтметра с проводами зонда, также сделанными из материала A, теоретически вольтметр не обнаружит никакого напряжения.Почему? Когда зонды подсоединяются к концам провода, зонды действуют как удлинители металлической проволоки. Концы этого длинного провода, подключенного к входам вольтметра, имеют одинаковую температуру (T _M). Если концы провода имеют одинаковую температуру, разница температур по длине провода не приводит к разнице напряжений. Чтобы доказать это математически, мы вычисляем напряжение, накопленное на всей проводной петле, начиная с положительной клеммы вольтметра и заканчивая отрицательной клеммой.
(уравнение 3)
Используя аддитивное свойство интеграла, приведенное выше уравнение принимает вид:
(уравнение 4)
И, когда нижняя граница и верхняя граница интегральных пределов совпадают, результатом интеграла будет V = 0.
Рисунок 2. Подключение для измерения напряжения. Зонды и провода сделаны из одного материала.
Если материал зонда изготовлен из материала B, как показано на рисунке 3.
(уравнение 5)
Упрощая интеграл, получаем
(уравнение 6)
Приведенное выше уравнение показывает измерительное напряжение, равное интегралу разности функций коэффициента Зеебека двух типов материала. По этой причине термопары изготавливаются из двух разных типов металла.
Рисунок 3. Подключение для измерения напряжения. Зонды и провода изготавливаются из разных материалов.
Из схемы, показанной на рис. 3 и Уравнение 6 (уравнение 6), предполагая, что S _A (T), S _B (T) и напряжение, измеренное вольтметром, известны, мы все равно не может рассчитать температуру в переходе TH (горячий спай), если температура на переходе TC (холодный спай) не известна. На заре создания термопар в качестве эталонной температуры использовалась ледяная баня, соответствующая 0 ° C (отсюда и термин «холодный спай»), поскольку этот метод является недорогим, очень легкодоступным и саморегулирующимся по температуре.Эквивалентная схема показана на рис. 4 .
Рис. 4. Эквивалентная схема на рис. 3 с холодным спаем внутри ледяной ванны.
Хотя нам известна эталонная температура для схемы на рисунке 3, решение интегрального уравнения для температуры горячего спая (T _H) нецелесообразно. Стандартные справочные таблицы доступны для всех распространенных типов термопар, поэтому пользователи могут искать температуру для соответствующего выходного напряжения.Но имейте в виду, что все стандартные справочные таблицы термопар были сведены в таблицу с расчетной температурой 0 ° C.
Современная система термопар
Современная термопара, как показано на рис. 5 , состоит из двух разнородных металлических проволок, соединенных на одном конце. Напряжение измеряется на открытых концах пары проводов. Эквивалентная схема показана на рисунке 5. V _OUT точно такое же, как уравнение, которое мы вывели ранее для рисунка 3.
(Ур.7)
Рисунок 5. Современная конфигурация термопары.
Компенсация холодного спая
Температура холодного спая (T _C) может быть установлена на 0 ° C с помощью ледяной ванны, но практически никто не станет использовать ведро с ледяной водой в любой современной электрической системе. Метод компенсации холодного спая может использоваться для расчета температуры горячего спая без необходимости в температуре холодного спая 0 ° C, и, действительно, температура холодного спая даже не должна быть постоянной.Этот метод просто использует отдельный датчик температуры для измерения температуры холодного спая (T _C). Определение температуры горячего спая (T _H) становится возможным, когда известно T _C. Некоторым это может показаться абсурдным. Если у нас есть температурный датчик для измерения температуры холодного спая, почему мы не можем использовать этот температурный датчик для измерения температуры горячего спая напрямую? Ответ прост. Диапазон температур холодного спая намного уже, чем температура горячего спая, поэтому датчику температуры не нужно поддерживать экстремальную температуру, как это делает термопара.
Расчет температуры горячего спая с компенсацией холодного спая
Как упоминалось выше, все стандартные справочные таблицы термопар были созданы с холодным спаем, поддерживаемым при 0 ° C. Как же тогда нам использовать таблицы, чтобы найти температуру горячего спая в этом случае?
Представьте, если бы открытые концы вышеуказанной термопары выдвинулись, как показано на Рисунок 6 . И воображаемые концы соединены с переходом с температурой 0 ° C. Если мы сможем вычислить значение V ₀, мы сможем легко найти соответствующую температуру горячего спая, используя справочную таблицу.
Рис. 6. Термопара с воображаемым удлинением, подключенная к переходу 0 ° C.
Определим V ₀:
(уравнение 8)
Переставьте термины:
(уравнение 9)
(уравнение 10)
(уравнение 11)
(уравнение 10 ) точно такое же, как уравнение 7 (Ур.7), что показано на рисунке 5. Таким образом, эквивалентное выходное напряжение составляет V _C, и это известное значение, поскольку напряжение на холодном спайе измеряется вольтметром. Второй член эквивалентен выходному напряжению термопары с температурой горячего спая, равной T _C, и температурой холодного спая, равной 0 ° C. Поскольку T _C также измеряется отдельным датчиком температуры, мы можем использовать стандартную справочную таблицу, чтобы найти соответствующее напряжение Зеебека (V _i) для второго члена уравнения 10 (Ур.10).
Теперь, когда мы знаем значение V ₀, соответствующую температуру горячего спая (T _H) можно определить с помощью стандартной справочной таблицы.
Следующие шаги обобщают процедуру определения температуры горячего спая с компенсацией холодного спая.
Измерьте температуру холодного спая (T _C) с помощью датчика температуры.
Измерить напряжение на холодном спайе.
Преобразуйте T _C в напряжение (V _i), используя стандартную справочную таблицу.
Вычислить V ₀ = V _i + V _C.
Преобразуйте V ₀ в температуру горячего спая (T _H), используя стандартную справочную таблицу.
Стандартные справочные таблицы термопар можно найти на веб-сайте базы данных термопар NIST ITS-90 http://srdata.nist.gov/its90/menu/menu.html (Министерство торговли США, Национальные институты стандартов и Технология). Если реализация справочной таблицы в микроконтроллере нежелательна из-за нехватки памяти или по каким-либо другим причинам, веб-сайт NIST ITS-90 также предоставляет наборы формул для каждого типа термопары для преобразования температуры в напряжение и наоборот.
Основы проектирования системы для оптимизации точности измерений термопар
Рисунок 7. Структурная схема базовой системы термопар
До сих пор это обсуждение рассматривало только теорию термопар; однако, чтобы оптимизировать точность в реальной системе, следует учесть несколько моментов. На рисунке 7 показаны основные блоки сигнальной цепи термопары. Каждое устройство влияет на точность преобразования и должно быть тщательно выбрано, чтобы минимизировать ошибку.
Начиная с левой стороны рисунка, термопара подключена к разъему на системной плате. Хотя термопара является самим датчиком, она также может быть источником ошибки. Длинная термопара легко улавливает окружающие электромагнитные помехи. Экранирование провода может эффективно уменьшить шум.
Следующий компонент — усилитель. Выбор усилителя с высоким входным импедансом важен, потому что входное сопротивление усилителя и сопротивление термопары создают эффект делителя напряжения, как показано в уравнении 13 (Ур.13). Чем выше входное сопротивление, тем меньше ошибок.
(уравнение 13)
Кроме того, усилитель увеличивает выходной сигнал термопары, который обычно находится в диапазоне милливольт. В то время как высокий коэффициент усиления с обратной связью усиливает как сигнал, так и шум, добавление фильтра нижних частот на входе АЦП устраняет большую часть шума. Фильтр нижних частот эффективен, потому что скорость преобразования АЦП для приложений измерения температуры обычно очень низкая, возможно, несколько выборок в секунду, потому что температура не меняется очень быстро.
Наконец, встроенный датчик температуры должен быть расположен очень близко к соединителю холодного спая (в идеале он должен касаться концов проводов термопары, но во многих случаях это невозможно), чтобы получить наилучшее измерение температуры холодного спая. Любая ошибка измерения холодного спая отражается на вычислении температуры горячего спая.
Пример схемы термопары
Более детальное изображение.
Рис. 8. Эталонная конструкция с универсальным входом, которая может измерять напряжение, ток и напряжение с помощью RTD или термопары.
Эталонная конструкция универсального входа MAXREFDES67 # (, рис. 8, ) содержит все необходимые компоненты для реализации системы измерения температуры термопар. В предустановленной прошивке используется формула с веб-сайта NIST ITS-90 для преобразования выходного сигнала термопары типа K в температуру. Диапазон измерения температуры от -40 ° C до + 150 ° C. Кроме того, эта система также способна с высокой точностью измерять напряжение, ток и температуру, а также RTD.
Рисунок 9.Ошибка MAXREFDES67 # в зависимости от температуры с использованием термопары Omnitec EC3TC, K-типа, откалиброванной при 20 ° C.
Рисунок 9 показывает температурную погрешность, измеренную входом термопары MAXREFDES67 #, в зависимости от температуры, относящейся к трем различным эталонным термометрам, термометру Omega Hh51, эталонному термометру ETI и калибратору температуры Fluke 724 соответственно. Зонд термопары типа K, подключенный MAXREFDES67 #, был помещен в калибровочную ванну Fluke 7341 и откалиброван при 20 ° C.Синие данные использовали термометр Omega Hh51 в качестве эталона. Зеленые данные использовали эталонный термометр ETI в качестве эталона. Красные данные использовали калибратор температуры Fluke 724 в качестве эталона. Эта конструкция отображает измерение температуры термопар мирового класса.
Заключение
Использование термопар для промышленного измерения температуры дает множество преимуществ, включая диапазон температур, время отклика, стоимость и долговечность. Система измерения высокой точности может быть достигнута с помощью приведенных здесь рекомендаций по проектированию.MAXREFDES67 # — отличный пример, который помогает разработчикам систем разрабатывать высокоточные термопары для измерения температуры быстрее, чем когда-либо прежде.
Измерения температуры термопарами — Dataforth
Преамбула
Теория поведения термопар обсуждается в документе Dataforth Application Note AN106 «Введение в термопары». Читателю рекомендуется изучить это руководство по применению, чтобы получить сведения о термопарах и основные положения. Для получения дополнительных сведений о интерфейсных продуктах для термопар читатель должен посетить предложение этого веб-сайта по формированию сигналов термопар.
Существует множество дополнительной информации о термопарах из различных источников. Заинтересованным читателям рекомендуется посетить ссылки, перечисленные в конце данного документа.
Типы термопар
Термопары стали стандартом в отрасли как экономичный метод измерения температуры. С момента их открытия Томасом Иоганном Зеебеком в 1821 году термоэлектрические свойства многих различных материалов были исследованы для использования в качестве термопар.Сообщество стандартов вместе с современной металлургией разработало специальные пары материалов специально для использования в качестве термопар.
В таблице 1 показаны восемь популярных стандартных термопар и их типовые характеристики. Буквенный тип обозначает конкретное соотношение температуры и напряжения, а не конкретный химический состав. Производители могут изготавливать термопары данного типа с различными составами; однако результирующая зависимость температуры от напряжения должна соответствовать стандартам термоэлектрического напряжения, связанным с конкретным типом термопары.
Полные наборы таблиц зависимости температуры от напряжения, относящиеся к нулю ° C и включающие математические модели для всех популярных промышленных стандартных термопар, доступны в NIST, Национальном институте стандартов и испытаний, и могут быть бесплатно загружены с их веб-сайта Ссылка 1. Читателю рекомендуется изучить этот веб-сайт для получения дополнительной информации.
Таблица 1: Стандартные типы термопар
* Определения материалов:
Константан, сплав никель (Ni) — медь (Cu)
Хромель, сплав никель (Ni) — хром (Cr)
Алюмель, сплав никеля (Ni) и алюминия (Al)
Магний (Mg), базовый элемент
Платина (Pt), базовый элемент
Никель (Ni) базовый элемент
Кремний (Si), базовый элемент
Хром (Cr), базовый элемент
Железо (Fe), базовый элемент
Родий (Rh), базовый элемент

Примечания :
Термопары типа L и U определены стандартом DIN 43710; однако они не так часто используются в новых установках, как более популярные стандарты термопар типа T и J.
Термопара типа U аналогична популярному стандарту T типа
.
Термопара L-типа аналогична популярному стандарту J-типа
.

Три дополнительных типа термопар, используемых для высокотемпературных измерений, — это термопары типов C, D и G. Буквы их обозначений (C, D, G) не признаны стандартами ANSI; тем не менее, они есть. Их проволочные составы:

G Тип: W против W-26% Re
C Тип W-5% Re и W-26% Re
D Тип W-5% Re против W-25% Re
Где; «W» — вольфрам, «Re» — рений.
С помощью термопар можно измерить практически все диапазоны температур; даже несмотря на то, что их выходное полномасштабное напряжение составляет всего милливольты с чувствительностью в микровольтах на градус диапазона, и их реакция нелинейна.На рисунках 3 и 4 в конце данной инструкции по применению показаны типичные вольт-температурные характеристики вышеуказанных термопар. Эти кривые обеспечивают визуальную индикацию диапазонов термопар, масштабных коэффициентов, чувствительности и линейности.
Dataforth предлагает модули ввода для термопар, которые взаимодействуют со всеми вышеперечисленными типами. Для получения дополнительных сведений об этих и других современных модулях посетите веб-сайт Dataforths, Ссылка 2.
Аналитическая модель термопары
Для каждого типа термопар были разработаны стандартные математические модели степенных рядов.Эти модели силового ряда используют уникальные наборы коэффициентов, которые различаются для разных температурных сегментов в пределах данного типа термопары. Если не указано иное, все стандартные модели и таблицы термопар относятся к нулю градусов по Цельсию, 0 ° C. Читателю отсылаем к Руководству по применению Dataforths AN106, Введение в термопары для основ термопар, Ссылка 8.
Ссылка на следующие примеры и соответствующие данные — это NIST, Национальный институт стандартов и тестирования; сайт, Ссылка 1.Уравнение 1 иллюстрирует модель степенного ряда, используемую для всех термопар, кроме типа K, который проиллюстрирован уравнением. 3

Где T в градусах Цельсия
Набор коэффициентов, используемых в уравнении. 1 для модели E Тип термопары показан для 3 значащих цифр в таблице 2.
Таблица 2: Коэффициенты C _i для термопары типа E
Эти уравнения с различными наборами коэффициентов трудно использовать для прямого определения фактических температуры, когда измеряется только напряжение термопары [VTC] известен.Поэтому обратные модели были разработан для определения температуры по измеренным напряжения термопары. Уравнение 2 представляет эту обратную модель.

Где VTC в милливольтах
Пример набора обратных коэффициентов для E Type термопары показаны для 6 значащих цифр в таблице 3.
Таблица 3: Обратные коэффициенты для термопары типа E
Здесь стоит отметить, что K Тип V1 = S * (Tx-Tc) Eqn.4 термопары требуют немного другой серии мощности модель. Уравнение 3 представляет собой стандартный математический модель серии power для термопар типа K.
Экспоненциальный член в уравнении. 3 это добавлен учет спецэффектов. Подробнее об этом тип модели термопары доступны на сайте NIST сайт, Ссылка 1.
Метод компенсации холодного спая (CJC)
Стандартные справочные таблицы и модели термопар: относительно нуля ° C; тогда как измерение поля топологии выполняются с термопарой, подключенной к коннектор, температура которого не равна нулю ° C; следовательно, актуальные измеренное напряжение необходимо отрегулировать так, чтобы оно выглядело как относительно нуля ° C.
Современные модули преобразования сигналов имеют электронное разрешили эту ситуацию и, кроме того, линеаризовали напряжения термопары. Эти модули кондиционирования предоставить конечному пользователю линейный выходной сигнал, масштабированный до либо вольт на ° C (° F), либо ампер на ° C (° F). Концепция измерений термопар с электронной привязкой до нуля ° C показано на рисунке 1. Этот метод известен как «компенсация холодного спая» или CJC.

Рисунок 1: Концепция компенсации холодного спая
На рисунке 1 напряжение V1 — это термопара Зеебека. напряжение, создаваемое разницей между неизвестными температура (Tx) и температура разъема (Tc), как показано в уравнении 4.Температура разъема (Tc) равна измеряется нетермопарным датчиком (диод, RTD, и т. д.) и соответствующее напряжение датчика (V2) равно с электронным масштабированием для представления того же Зеебека напряжение термопары (относительно 0 ° C), которое термопара считала бы, если бы использовалась для измерения Tc как указано в уравнении. 5. Это «масштабирование V2» согласовано с термопара того же типа, что и для измерения Tx.
Для ознакомления см. Ссылку 8, Dataforth’s. Примечание по применению AN106 для получения этих выражения.
Уравнение 4 можно математически преобразовать, чтобы включить температура точки льда (Tice).
Уравнение 6 показывает, что напряжение термопары (V1) имеет два части, обе из которых ссылаются на Tice. Напряжение термин, S * (Tx-Tice), является стандартным значением справочной таблицы необходим для определения неизвестной температуры (Tx). Член S * (Tc-Tice) — это напряжение, получаемое, если температура разъема (Tc) была измерена с тем же тип термопары, используемой для измерения Tx.Напомним, что V2 был масштабирован электронным способом, так что V2 равняется этому напряжение, V2 = S * (Tc-Tice). На рисунке 1, если G = 1, то;
Можно ввести выходное напряжение (Vout) в уравнении 7. непосредственно в ссылку на термопару соответствующего типа таблица для определения измеренной температуры.
Линеаризация
Требуется сигнал для точных измерений термопар модули кондиционирования с выходами, которые линейно масштабируется до температуры.Выходные напряжения модуля, которые иметь линейные масштабные коэффициенты в вольтах на градус или амперах на степень исключает необходимость в справочных таблицах или мощности расширение серии с момента перехода от термопары напряжение в зависимости от температуры встроено в линеаризованный выход масштаб. Такое преобразование сигнала термопары модули, включая изоляцию и CJC, доступны от Dataforth.
На рис. 3 показаны кривые напряжение-температура для восьми из самых распространенных термопар.Эти кривые представлены здесь, чтобы показать визуальную индикацию стандартных диапазоны термопар, величины выходных напряжений, нелинейность и чувствительность (мВ / ° C). Хотя диапазоны рабочих температур, в которых термопары могут использоваться довольно большие, их чувствительность мала; в микровольт на диапазон ° C. Кроме того, на рисунке 3 показано что при отрицательных температурах реакция термопар равна очень нелинейный; однако эти кривые выглядят почти линейными. для определенных диапазонов положительных температур.Тем не менее, факт остается фактом: термопары нелинейны.
В качестве примера нелинейности на рис. нелинейность термопары путем построения разницы между идеальным линейным откликом и откликом Термопара типа J в диапазоне от 0 до 150 ° C.

Рисунок 2: Разница выходного напряжения между идеальным линейным датчиком и термопарой типа J
Чувствительность термопары типа J составляет приблизительно 54 мкВ / ° C.Из рисунка 2 очевидно, что в предположении линейный отклик термопар типа J может привести к почти две степени ошибки.
Очевидно, что линеаризация необходима для обеспечения точного измерения температуры с помощью термопар. Dataforth разработал запатентованные схемы, которые обеспечивают точную линеаризацию для их преобразования сигнала модули. Хотя современные ПК или другие встроенные микропроцессоры могут линеаризовать термопары, используя программные методы, аппаратная линеаризация обеспечивает более быстрые результаты и не обременяют ценный компьютер Ресурсы.
Для достижения линейности коэффициент усиления (G) на Рисунке 1 и Уравнение 7 внутренне запрограммировано на выборочное масштабирование функция напряжения S * (Tx-Tice) должна быть линейной функцией температуры с единицами измерения вольт на ° C (° F) или миллиампер на ° C (° F). Для получения более подробной информации изучите AN505. «Аппаратная линеаризация нелинейных сигналов» на Раздел примечаний к применению на веб-сайте Dataforth, Ссылка 9. Находясь на этом веб-сайте, уделите несколько минут, чтобы изучить все полной линейки сигналов термопар Dataforth модули кондиционирования.
На рисунке 5 этого приложения показана функциональная блок-схема. с типичными характеристиками Dataforth модуль формирования сигнала термопары.
Практические рекомендации
Ниже приводится список некоторых «бегунов ума» для учитывать при измерении температуры с помощью термопары.
Всегда проверяйте производителей термопар спецификации на соответствие стандартам, указанным диапазоны температур и взаимозаменяемость.

Воспроизводимость и взаимозаменяемость между следует изучить марки термопар. Ошибки из-за замены термопары должны быть избегали.

Используйте изолированные модули преобразования сигналов, чтобы избежать контуры заземления.

Всегда используйте преобразование сигнала термопары модули с соответствующей входной фильтрацией. Это могло избежать серьезных «шумовых» ошибок.

Каждый провод термопары подключен к датчику модуль должен иметь одинаковую температуру.Модуль разъемы не должны иметь температурных градиентов по отдельные соединения.

Поведение термопары зависит от материалов молекулярная структура. Условия окружающей среды, такие как стресс, химическая коррозия, радиация и т. д., которые влияют на молекулярная структура в любом месте по длине Проволока термопары может создавать ошибки. Например, термопары с железным составом подлежат ржавчина, которая может стать причиной ошибок.

Используйте удлинители витой пары и сигнальные модули кондиционирования с соответствующей фильтрацией, чтобы помочь Избегайте ошибок EMI и RFI.

Следите за тем, чтобы провода термопары были короткими.

Используйте удлинители, рекомендованные производителем, если необходимы длинные провода термопары.

Всегда соблюдайте полярность цветового кода. Примечание: некоторые Европейские производители используют противоположный цвет для положительная и отрицательная полярность, чем в Северной Америке производители.

Избегайте «тепловых шунтов» при установке термопар. Любой теплопроводящий материал, например, большие свинцовые провода, может отводить тепло от термопары, создавая ошибка

Враждебные коррозионные среды в сочетании с влага и тепло могут вызвать коррозию, которая может стимулируют гальваническое действие и создают электрохимические ошибки напряжения.

Напомним, что время отклика измерения температуры подвергается значительному воздействию термопары инкапсуляция пакетов. Например, термопары в «термальном колодце» имеют медленное время отклика, что может вызвать нежелательные колебания в контуре управления.

Корпуса термопар доступны с термопары, подключенные к корпусу. Эти «заземленные термопары» и могут вызвать заземление проблемы с петлей. Учитывая использование изолированных модулей для избегайте таких проблем.

Убедитесь, что модули преобразования сигналов с электронные методы CJC используют измерение температуры устройства, которые имеют время теплового отклика эквивалентно измерительным термопарам.

На рисунке 3 показан спектр вольт-температурных характеристик наиболее популярных стандартных термопар.

Рисунок 3: Напряжение-температура термопар типов B, E, J, K, N, R, S и T
На рисунке 4 показан спектр вольт-температурных характеристик высокотемпературных термопар, не классифицированных ANSI.

Рисунок 4: Напряжение-температура термопар типа G, D, C
На рисунке 5 показан пример модуля изолированной линеаризованной термопары Dataforth SCM5B47. Dataforth предлагает полная линейка модулей для всех типов термопар. Эти модули предлагают отличную изоляцию, превосходную точность и линейность. См. Веб-сайт Dataforth http://www.dataforth.com.
Рисунок 5: Изолированный линеаризованный модуль термопары Dataforth SCM5B47
Каждый модуль ввода термопары SCM5B47 обеспечивает единственный канал входа термопары, который фильтруется, изолирован, усиливается, линеаризуется и преобразуется в аналоговое выходное напряжение высокого уровня (рис. 5).Этот выход напряжения является логическим переключателем. управляемый, что позволяет этим модулям совместно использовать общую аналоговую шину без необходимости использования внешних мультиплексоров.
Модули SCM5B спроектированы с полностью изолированной цепью на стороне компьютера, которая может быть плавно запаздана до ± 50 В от Общий вывод питания, контакт 16. Эта полная изоляция означает, что соединение между общим входом / выходом и питанием не требуется. Общий для правильной работы выходного переключателя. При желании выходной переключатель можно включить постоянно, просто соединяющий контакт 22, контакт разрешения чтения, с общим входом / выходом, контакт 19.
SCM5B47 может взаимодействовать с восемью стандартными типами термопар: J, K, T, E, R, S, N и B. выходной сигнал работает в диапазоне от 0 В до + 5 В. Каждый модуль имеет компенсацию холодного спая для устранения паразитных помех. термопары, образованные проводом термопары и винтовыми клеммами на монтажной задней панели. Высококлассный открытый Обнаружение термопары обеспечивается внутренним подтягивающим резистором. Индикация уменьшения масштаба может быть реализована путем установки внешний резистор 47 МВт, допуск ± 20%, между винтовыми клеммами 1 и 3 на задней панели SCMPB01 / 02/03/04/05/06/07.
Фильтрация сигналов осуществляется с помощью шестиполюсного фильтра, который обеспечивает 95 дБ подавления нормального режима при 60 Гц и 90 дБ при 50 Гц. Два полюса этого фильтра находятся со стороны поля изоляционного барьера, а четыре других — со стороны компьютера.
После начальной фильтрации на стороне поля входной сигнал прерывается специальной схемой прерывателя. Изоляция обеспечивается трансформаторная связь, опять же с использованием запатентованной технологии для подавления передачи синфазных пиков или выбросов.В модуль питается от + 5В постоянного тока, ± 5%.
Специальная входная цепь на модулях SCM5B47 обеспечивает защиту от случайного включения напряжения в сети. до 240 В переменного тока.
Список литературы
NIST, Национальный институт стандартов и тестирования
Dataforth Corp.
Rosemount
Омега
а. http://www.omega.com/tempera/Z/zsection.asp
б. http://www.omega.com/temperature/Z/pdf/z246.pdf
ASTM, Американское общество испытаний и материалов
IEC, Международная электротехническая комиссия
ANSI, Американский национальный институт стандартов
Dataforth Application Note AN106, Введение в термопары
Указание по применению Dataforth AN505, Аппаратная линеаризация нелинейных сигналов

Стандарты, относящиеся к термопарам
DIN 43722
DIN 43714
DIN 43760
DIN 43710
IEC 304
МЭК 751
DIN IEC 548
ANSI MC 96-1-82
JIS C 1602-1981
Измерение температуры с помощью термопар ~ Изучение контрольно-измерительной техники
Датчики температуры:
Температура — это мера средней молекулярной кинетической энергии в веществе.Отсюда следует, что с увеличением кинетической энергии вещества увеличивается и температура. Измерение температуры основывается на передаче тепловой энергии от обрабатываемого материала к измерительному устройству. Следовательно, измерительное устройство должно зависеть от температуры.
Существует два основных типа промышленных датчиков температуры, а именно:
1) Свяжитесь с
2) Бесконтактный
Контактные датчики температуры — наиболее распространенная и широко используемая форма измерения температуры.Три основных типа:
1) Термопары
2) Температурные датчики сопротивления (RTD)
3) Термисторы
Все эти типы температурных устройств различаются по электрическому сопротивлению изменению температуры. Скорость и пропорция изменений различаются между тремя типами, а также различаются внутри классов типов.
Бесконтактные датчики температуры:
Бесконтактное измерение температуры является более специализированным и может выполняться с использованием следующих технологий:
1) Инфракрасный
2) Акустика
Термопары:
Термопара состоит из двух проводов из разнородных металлов, таких как железо и константан, электрически соединенных на одном конце.Нагревание соединения двух металлов создает напряжение между двумя проводами. Это напряжение называется E.M.F. (электродвижущая сила) и пропорциональна температуре.
Большинство металлов для термопар создают взаимосвязь между двумя температурами и ЭДС. следующим образом:
е = а (Т1 — Т2) + b (Т12 — Т22)
e — ЭДС, a и b — постоянные для термопары, T1 и T2 — температуры. Отношение почти линейное во всем рабочем диапазоне.
Для термопары требуется эталонный спай, расположенный последовательно с чувствительным спаем. Поскольку два перехода находятся при разных температурах, возникает тепловой ЭДС. Эталонный спай используется для корректировки измерения чувствительного спая. Схема подключения термопары / прибора показана на схеме ниже:
Термопары свариваются плавлением, образуя чистое соединение, которое поддерживает целостность цепи, а также обеспечивает высокую точность. Заземленные спая обеспечивают хороший тепловой контакт с защитой от окружающей среды.Незаземленные и изолированные переходы обеспечивают электрическую изоляцию от оболочки датчика.
Термопары обычно заключены в защитную металлическую оболочку. Материал оболочки может быть из нержавеющей стали, пригодной для температур до 870 ° C. Для температур до 1150 oC используется инконель. Оксид металла может быть уплотнен в оболочке. Это обеспечивает механическую опору, а также электрически изолирует спай термопары. Термопара с минеральной изоляцией в металлической оболочке стала общепринятой нормой в большинстве отраслей промышленности.В них используются различные термостойкие и устойчивые к коррозии оболочки, а изоляция из оксида магния имеет чрезвычайно высокую чистоту (99,4%).
Большинство термопар изготавливаются с наконечниками различной конфигурации. Для максимальной чувствительности и быстрого отклика переход разнородных металлов может быть без оболочки (оголенным). Однако такая конструкция делает термопару более хрупкой. Наконечники с оболочкой, типичные для промышленного применения, доступны в заземленной или незаземленной форме:
Термопары
с заземленным наконечником демонстрируют более быстрое время отклика и большую чувствительность, чем термопары
с незаземленным наконечником, но они уязвимы для контуров заземления: обходных путей для электрического тока между проводящей оболочкой термопары и какой-либо другой точкой в цепи термопары.Чтобы избежать этого потенциально неприятного эффекта, большинство промышленных термопар часто имеют незаземленную конструкцию.
Преимущества датчиков термопар:
Низкая стоимость
Малый размер
Прочный
Широкий диапазон применения
Достаточно стабильный
Точность при резких перепадах температуры
Быстрый ответ
Недостатки датчиков термопар :
Очень слабый выходной сигнал, милливольты
Ограниченная точность при небольших колебаниях температуры
Чувствителен к электрическим помехам
Нелинейный
Сложное преобразование ЭДС в температуру
Типы термопар:
Существует множество различных типов термопар, каждая из которых имеет свой цветовой код для проводов из разнородных металлов.Вот таблица, в которой показаны буквенные обозначения ANSI для типов термопар и их стандартизованные цвета, а также некоторые отличительные характеристики типов металлов, помогающие определить полярность, когда цвета проводов нечетко видны:
Дизайн букв ANSI Ножка (клеммы) Металлическая композиция Точка плавления Диапазон температур
° С ° F,
Б P Платина —
30% родий 1825 3320 0 — 1820 ° C
32 — 3308 ° F
№ Платина —
6% родий
E -п. Хромель 1220 2230 -270 — 1000 ° C
-454 — 1832 ° F
№ Константан
Дж -п. Утюг 1220 2230 -200 — 1200 ° C
-328 — 2192 ° F
№ Константан
К -п. Хромель 1400 2550 -270-1372 ° C
-454-2501 ° F
№ Алюмель
№ -п. Никросил 1340 2440 -270-1300 ° C
-454-2372 ° F
№ Нисил
R -п. Платина —
13% родий 1770 3215 -50 — 1768 ° C
-58 — 3214 ° F
№ Чистая платина
S -п. Платина —
13% родий 1770 3215 -50 — 1768 ° C
-58 — 3214 ° F
№ Чистая платина
т -п. Медь 1080 1980 -270-400 ° C
-454-752 ° F
№ Константан

Примечание P обозначает Положительный вывод . N обозначает отрицательный вывод
Кривые основных значений для термопар
Кривые ниже представляют собой график зависимости теплового напряжения различных типов термопар, выделенных в таблице выше, от температуры:
Проблемы с термопарой:
Поскольку термопары можно использовать в условиях высоких температур, удлинительные провода могут быть повреждены из-за чрезмерного нагрева. Если в проводах возникнет короткое замыкание, его может не удастся обнаружить.Чувствительное оборудование больше не будет измерять температуру на стыке чувствительного элемента, а вместо этого будет измерять температуру в месте короткого замыкания.
Если новая термопара установлена, но не соприкасается с защитной гильзой, возникает воздушный зазор, который влияет на время срабатывания и может отличаться от фактической температуры. Можно использовать термопасту, и ее следует наносить только на кончик, где происходит измерение температуры. Глубина введения также является важным фактором, поскольку чем глубже ввод, тем точнее измерение.Термопаста может восполнить некоторую короткую длину, но ее использование ограничено, если недостаток слишком велик.
Замена термопар в защитных гильзах может быть очень сложной задачей. Важно убедиться, что отверстие защитной гильзы очищено. Во время переключения или только через некоторое время возможно (и, следовательно, вероятно!), Что материал может накапливаться на дне колодца, который может изолировать термопару от оболочки и препятствовать передаче тепла.
Другая проблема заключается в том, что новая термопара имеет массу, отличную от старой.Это может повлиять на время отклика и, хотя это не может повлиять на точность, может повлиять на стабильность в замкнутой системе.
Другой проблемой может быть заземление, точность и отклик для заземленных и незаземленных устройств могут отличаться.
Режимы отказа датчиков термопары:
Обрыв цепи в детекторе термопары означает, что нет пути для прохождения тока, поэтому это приведет к низкому (за пределами шкалы) показаниям температуры.
Короткое замыкание в детекторе термопары также вызовет низкие показания температуры, потому что это создает путь утечки тока на землю и меньшее измеренное напряжение.
.

	Двухъядерные модули SIRIUS	Модули SIRIUS HD (высокой плотности)	Модули SIRIUS HS (высокоскоростные)
	СТГ, СТГМ, LV	HD-STG, HD-LV	HS-STG, HS-LV
DSI-THx 1	√	√	√

	Многоканальные модули KRYPTON
	TH	СТГ
Термопары	Собственный вход термопары (УНИВЕРСАЛЬНЫЙ — каждый канал может быть настроен на любой тип в программном обеспечении, выбираемый из этих девяти типов: J, K, T, E, R, S, B, N, C)	Требуется небольшой DSI-THx 1)

	Одноканальные модули КРИПТОН-1
	TH-HV-1	СТГ-1
Термопары	Собственный вход термопары типа K, рассчитанный на изоляцию CAT III 600 В и CAT II 1000 В.	Требуется небольшой DSI-THx 1)

Многоканальные модули IOLITE
	8x TH	6xSTG
Термопары	Собственные входы для термопар (8 каналов на модуль) Доступны следующие типы: K, J, T, R, S, N, E, C, U, B	Через DSI-THx 1) (до 6 каналов на модуль)

Дизайн букв ANSI	Ножка (клеммы)	Металлическая композиция	Точка плавления		Диапазон температур
Дизайн букв ANSI	Ножка (клеммы)	Металлическая композиция	° С	° F,	Диапазон температур
Б	P	Платина — 30% родий	1825	3320	0 — 1820 ° C 32 — 3308 ° F
Б	№	Платина — 6% родий	1825	3320	0 — 1820 ° C 32 — 3308 ° F
E	-п.	Хромель	1220	2230	-270 — 1000 ° C -454 — 1832 ° F
E	№	Константан	1220	2230	-270 — 1000 ° C -454 — 1832 ° F
Дж	-п.	Утюг	1220	2230	-200 — 1200 ° C -328 — 2192 ° F
Дж	№	Константан	1220	2230	-200 — 1200 ° C -328 — 2192 ° F
К	-п.	Хромель	1400	2550	-270-1372 ° C -454-2501 ° F
К	№	Алюмель	1400	2550	-270-1372 ° C -454-2501 ° F
№	-п.	Никросил	1340	2440	-270-1300 ° C -454-2372 ° F
№	№	Нисил	1340	2440	-270-1300 ° C -454-2372 ° F
R	-п.	Платина — 13% родий	1770	3215	-50 — 1768 ° C -58 — 3214 ° F
R	№	Чистая платина	1770	3215	-50 — 1768 ° C -58 — 3214 ° F
S	-п.	Платина — 13% родий	1770	3215	-50 — 1768 ° C -58 — 3214 ° F
S	№	Чистая платина	1770	3215	-50 — 1768 ° C -58 — 3214 ° F
т	-п.	Медь	1080	1980	-270-400 ° C -454-752 ° F
т	№	Константан	1080	1980	-270-400 ° C -454-752 ° F

Измерение температуры с помощью термопар

Измерение температуры и датчики температуры. Часть 2. Термопары. Без формул | Разумный мир

Как работает термопара. Эффект Зеебека

Чувствительность термопар. Нормирующие усилители

Компенсация опорного (холодного) спая

Лианеризация термопар

Заключение

До новых встреч!

Измерение температуры поверхности

Термопара — WIKA Россия

Термопара преимущества:

Термопара недостатки:

Термопара со встроенной защитной гильзой

Термопара для монтажа в имеющуюся защитную гильзу

Термопара для непосредственной установки в процесс

Термопара для измерение температуры поверхности

Термопара для использования в производстве пластмасс

Индивидуальные решения

Свяжитесь с нами

Компенсационные провода для термопар | Сиб Контролс

Провода удлинения термопары

Методическая разработка дистанционного занятия по теме «Определение температуры с помощью термопар»

PCE-779N пирометр с термопарой — pragmatic.com.ua

Как рассчитать температуру термопары путем измерения выхода?

Ступица для термопар

продуктов OMEGA, используемых в этом приложении

Статьи по теме

Как измерить температуру: термопары или RTD?

Измерение температуры с помощью термопар и RTD

Измерение температуры с помощью компьютера

Сравнение термопар и RTD

Измерение RTD

Аппаратное и программное обеспечение для измерения температуры

Что такое датчик термопары и как он работает

Введение

Что такое термопара?

Типы термопар

Как работает термопара?

Компенсация холодного спая

Линеаризация

Проблемы и решения для измерения термопар

Приложения для измерения термопар

Преимущества и недостатки термопар

Сравнение датчиков температуры: термопары, термометры сопротивления и термисторы

Выбор подходящей термопары для вашего приложения

Обучающее видео по термопарам

Dewesoft Измерительные устройства для термопар

Измерение термопар SIRIUS

KRYPTON для измерения термопар

Измерение термопары IOLITE

Измерение термопар DEWE-43A и MINITAUR

| Максим Интегрированный

Как работают термопары?

Современная система термопар

Компенсация холодного спая

Расчет температуры горячего спая с компенсацией холодного спая

Пример схемы термопары

Заключение

Измерения температуры термопарами — Dataforth

Преамбула

Типы термопар

Аналитическая модель термопары

Метод компенсации холодного спая (CJC)

Линеаризация

Практические рекомендации

Список литературы

Стандарты, относящиеся к термопарам

Измерение температуры с помощью термопар ~ Изучение контрольно-измерительной техники

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