Принцип работы термопара: Термопара — принцип работы, схема, типы

Содержание

Термопара. Принцип действия | joyta.ru

Термопара широко используется в различных устройствах измерения температуры и системах сбора данных. Термопара является наиболее популярным типом датчика температуры, поскольку он надежный, универсальный, обладает низкой инертностью, относительно недорогой и позволяет измерять температуру в широком диапазоне.

Использование различных термопар, позволяет измерять температуру в очень широком диапазоне: от -250C и до 2500C. Правда из-за своей конструктивной особенности, термопара не может обеспечить повышенную точность измеренной температуры. Погрешность измерения, как правило, находится в пределах 0,5…2С.

Зачастую, термопары используются для контроля температурного режима в производственных процессах. В быту термопара применяется во многих устройствах, например, в некоторых типах паяльников, в духовках газовых плит и так далее. Так же следует отметить, что большинство мультиметров имеют функцию измерения температуры. Для этого в комплекте с мультиметром идет термопара, которая подключается к соответствующему разъему:

Принцип действия термопары

Принцип действия термопары основан на эффекте, который обнаружил в 1821 году немецкий — эстонский физик Томас Иоганн Зеебек. Он заметил, что при соединении двух проводников из разнородных металлов в них возникает напряжение (термоЭДС), величина которого зависит от степени нагрева места соединения. Позднее это явление стали называть термоэлектрическим эффектом или эффект Зеебека.

Фактическое напряжение, генерируемое термопарой зависит от температуры нагрева и от типа используемых металлов. Напряжение это не велико и, как правило, составляет от 1 до 70 мкВ на 1 градус Цельсия.

При подключении термопары к измерительному прибору получается еще один термоэлектрический переход. Таким образом, фактически получается два перехода находящихся в разных температурных режимах, поэтому входной сигнал на измерителе будет пропорционален разности температур между этими двумя переходами.

Для того, чтобы измерить абсолютную температуру, применяют метод известный как «компенсация холодного спая». Его суть заключается в том, что второй переход (который вне зоны измеряемой температуры) помещают при постоянной (образцовой) температуре. Ранее для этого использовали стандартный метод – помещая данный переход в ледяную воду.

Силиконовый коврик для пайки

Размер 55 х 38 см, вес 800 гр….

На сегодняшний день применяют дополнительный датчик температуры расположенный в непосредственной близости от второго перехода, и по показаниям дополнительного температурного датчика измерительный прибор вносит коррекцию в результат измерения. Это значительно упрощает общую схему измерения, поскольку термопару и измерительный элемент, с элементом температурной компенсацией, можно объединить в единое целое.

Конструктивное исполнение

Термопары изготавливаются в различных формах. Они бывают бескорпусными, то есть спай двух металлов не закрыт защитным кожухом. Это обеспечивает очень быстрое время измерения и низкую инертность:

Так же термопары могут быть доступны и в качестве зонда. Этот тип широко используется как в измерительных приборах бытового назначения, так и в производстве, где необходимо защитить термопару от агрессивной среды технологического процесса.

 

Типы термопар

Термопары различаются между собой в основном по типу используемых металлов. Существует несколько стандартов:

 

.

принцип работы, как проверить работает ли мультиметром, ремонт своими руками, для чего нужна, замена

Во многих домах центральным элементом системы отопления является газовый котёл. Однако для поддержания исправности прибора необходимо принимать во внимание особенности функционирования оборудования.

Например, в процессе работы котельной установки внутри камеры сгорания температура воздуха повышается, поэтому важно контролировать данный параметр.

Специально для этого используется термопара — термоэлектрический прибор, который является практически единственным устройством для

точного измерения повышенных температур. Сегодня применяют оборудование, функционирующее вместе с автоматическими клапанами.

Особенности регулировки температуры в газовых котлах термопарой

Широкое применение оборудования обуславливается тем, что этот прибор считается главным способом измерить температуру воздуха, а также контролировать уровень пламени.

Ведь устройство не подвергается воздействию повышенных температур и функционирует по специальному принципу, позволяющему получать точные показатели и быстро реагировать даже на незначительные изменения.

Для чего нужна

Термопара — прибор, который устанавливается в отопительном оборудовании и предназначен, чтобы преобразовать термическую энергию в электрический ток для электромагнитных катушек и выполняет функцию главной составляющей защиты газо-контроля. Прибор работает в комплексе со специальным отсекающим газовым клапаном, перекрывающим подачу потока топлива.

Принцип работы

Для изготовления прибора используется сплав из металлов. Он выдерживает воздействие высокими температурами. Однако если в оборудовании произойдёт сбой, то работа газового котла будет остановлена.

Фото 1. Термопара для газового котла с автоматикой 345-1000 мм, производитель — «Арбат», Россия.

Ведь этот термоэлемент функционирует в комплексе со специальным электромагнитным отсекающим клапаном, регулирующим поступление газа в топливный тракт, который закрывается сразу же после поломки термопары.

Принцип работы прибора, построен на таком физическом явлении: два металла соединяются и при нагреве в точках крепления (рабочая зона, которая помещается в пламя) на холодных концах появляется напряжение. Это называется эффектом «Зеебека».

Внимание! Многие модели электромагнитных клапанов чувствительны, поэтому остаются открытыми до того момента, как напряжение на входе не снизится до 20 мВ.

Технические характеристики

У термопары следующие технические параметры:

  • широкий диапазон температур;
  • высокая точность измерения;
  • повышенная устойчивость к коррозии;
  • электронный механизм управления.

Разновидности

Термопара характеризуется несложным строением. При наличии соответствующих навыков это устройство можно даже сделать собственными руками в домашних условиях. Однако лучше приобрести промышленный прибор, прежде изучив технические характеристики, а также особенности всех типов устройств.

Специализированные компании производят термопару трёх видов:

  1. Типа Е — для изготовления используются две пластины: константан и хромель. Этот прибор отличается повышенной производительностью. Кроме того, он контролирует процесс, протекающий в диапазоне температур от —5°С до 74°С.
  2. Типа J — в приборе вместо хромеля установлена железная пластинка, которая ничуть не ухудшает технические характеристики устройства. Имеет повышенную чувствительность к изменениям, а температурный диапазон — от —4°С до 74°С.
  3. Типа К — такие термопары пользуются наибольшей популярностью. Они оснащены пластинами, сделанными из алюминия и хромеля.

    Рабочий диапазон изменяется в пределах от —20°С до 135°С, а саму чувствительность производителям удалось повысить на несколько позиций.

    Продолжительность срока эксплуатации этого прибора определяется средой использования: так, в углекислом газе пластина из хромеля покрывается ржавчиной в виде зелёной гнили, сплав быстро портится и устройство теряет немагнитные свойства.

Существуют и другие типы термопар, однако, они не подходят для применения в газовых котлах по причинам:

  • сплавы содержат дорогие металлы, поэтому у них высокая стоимость;
  • такие модели ничем не лучше, чем типы К, Е или J.

Вам также будет интересно:

Как проверить, исправно ли работает устройство с помощью мультиметра

Если возникло подозрение на поломку, то выполняют диагностику исправности терморегулятора. Она проводится следующими способами:

  1. Один конец прибора соединяется с мультиметром, а противоположный нагревается газовой горелкой либо зажигалкой. Если устройство исправно, то напряжение ниже 50 мВ.
  2. Нужно тщательно проверить состояние проводников на наличие загрязнений или окисленных участков. Они также свидетельствуют о поломке.

Как правильно выбрать

Чтобы прибор исправно работал и не привёл к сбою всю систему, необходимо внимательно выбирать устройство. Для этого учитываются такие особенности:

  1. Технические параметры термопары должны полностью соответствовать характеристикам газового котла.
  2. На устройстве не должно быть видимых повреждений (микротрещины, сколы, потёртости).
  3. Маркировки должны быть видны.
  4. Предпочтение отдают продукции только проверенных компаний, которые несут ответственность за качество изделий.

Замена, если нельзя отремонтировать своими руками

Устройство вызывает сбои по разным причинам. Заменить сломанный прибор на новый можно самостоятельно. Для этого необходимо выполнить поэтапную инструкцию:

  1. Сначала ключом откручивается специальная гайка, которой термопара прикреплена к патрубку.
  2. Откручивается компенсационный винт, фиксирующий прибор к месту (он находится непосредственно под монтажным кронштейном).
  3. Аккуратно снимается старое устройство.
  4. В освободившееся отверстие вставляется новый прибор.
  5. Все фиксируется компенсационным винтом, а затем гайкой.
  6. Выполняется проверка на герметичность. При необходимости используется уплотнитель — полимер либо керамика.

При проведении процедуры следует помнить, что недотянутое, как и перетянутое резьбовое соединение будет опасным для исправности системы.

Полезное видео

Ознакомьтесь с видео, в котором рассказывается, как устроена и работает термопара.

Можно ли гнуть во время ремонта

Термопара — один из элементов отопительной системы, который отличается довольно простой конструкцией. Устройством оснащены все современные модели отопительного оборудования, работающего на газу. Оно является датчиком измерения температуры воздуха внутри камеры сгорания, а также проверки наличия пламени.

Благодаря этому обеспечивается безопасная эксплуатация отопительной системы.

При затухании запальника либо превышении температуры устройство мгновенно реагирует, изменяя напряжение, а также активизирует работу отсекающего клапана.

Однако для бесперебойного функционирования термопары необходимо правильно выполнить установку, строго следуя правилам инструкции. А также нужно регулярно проверять исправность прибора и ни в коем случае не сгибать его, чтобы не нарушить точность работы.

Термопара: принцип действия, устройство

Существует множество разнообразных устройств и механизмов, позволяющих измерять температуру. Некоторые из них применяются в повседневной жизни, какие-то — для различных физических исследований, в производственных процессах и других отраслях.

Одним из таких устройств является термопара. Принцип действия и схему данного устройства мы рассмотрим в последующих разделах.

Физическая основа работы термопары

Принцип работы термопары основан на обычных физических процессах. Впервые эффект, на основе которого работает данное устройство, был исследован немецким ученым Томасом Зеебеком.

Суть явления, на котором держится принцип действия термопары, в следующем. В замкнутом электрическом контуре, состоящем из двух проводников различного вида, при воздействии определенной температуры окружающей среды возникает электричество.

Получаемый электрический поток и температура окружающей среды, воздействующая на проводники, находятся в линейной зависимости. То есть чем выше температура, тем больший электрический ток вырабатывается термопарой. На этом и основан принцип действия термопары и термометра сопротивления.

При этом один контакт термопары находится в точке, где необходимо измерять температуру, он именуется «горячим». Второй контакт, другими словами — «холодный», — в противоположном направлении. Применение для измерения термопар допускается лишь в том случае, когда температура воздуха в помещении меньше, чем в месте измерения.

Такова краткая схема работы термопары, принцип действия. Виды термопар мы рассмотрим в следующем разделе.

Виды термопар

В каждой отрасли промышленности, где необходимы измерения температуры, в основном применяется термопара. Устройство и принцип работы различных видов данного агрегата приведены ниже.

Хромель-алюминиевые термопары

Данные схемы термопар применяются в большинстве случаев для производства различных датчиков и щупов, позволяющих контролировать температуру в промышленном производстве.

Их отличительными особенностями можно назвать довольно низкую цену и огромный диапазон измеряемой температуры. Они позволяют зафиксировать температуру от -200 до +13000 градусов Цельсия.

Нецелесообразно применять термопары с подобными сплавами в цехах и на объектах с высоким содержанием серы в воздухе, так как этот химический элемент негативно влияет как на хром, так и на алюминий, вызывая нарушения в функционировании устройства.

Хромель-копелевые термопары

Принцип действия термопары, контактная группа которой состоит из этих сплавов, такой же. Но эти устройства работают в основном в жидкости либо газообразной среде, обладающей нейтральными, неагрессивными свойствами. Верхний температурный показатель не превышает +8000 градусов Цельсия.

Применяется подобная термопара, принцип действия которой позволяет использовать ее для установления степени нагрева каких-либо поверхностей, например, для определения температуры мартеновских печей либо иных подобных конструкций.

Железо-константановые термопары

Данное сочетание контактов в термопаре не настолько распространено, как первая из рассматриваемых разновидностей. Принцип работы термопары такой же, однако подобная комбинация хорошо показала себя в разреженной атмосфере. Максимальный уровень замеряемой температуры не должен превышать +12500 градусов Цельсия.

Однако, если температура начинает подниматься выше +7000 градусов, существует опасность нарушения точности измерений в связи с изменением физико-химических свойств железа. Имеют место даже случаи коррозии железного контакта термопары при наличии в окружающем воздухе водных паров.

Платинородий-платиновые термопары

Наиболее дорогая в изготовлении термопара. Принцип действия такой же, однако отличается она от своих собратьев очень стабильными и достоверными показаниями температуры. Имеет пониженную чувствительность.

Основная область применения данных устройств — измерение высоких температур.

Вольфрам-рениевые термопары

Также применяются для измерения сверхвысоких температур. Максимальный предел, который можно зафиксировать с помощью данной схемы, достигает 25 тысяч градусов по шкале Цельсия.

Их применение требует соблюдения некоторых условий. Так, в процессе измерения температуры нужно полностью устранить окружающую атмосферу, которая оказывает негативное воздействие на контакты в результате процесса окисления.

Для этого вольфрам-рениевые термопары обычно помещают в защитные кожухи, заполненные инертным газом, защищающим их элементы.

Выше была рассмотрена каждая существующая термопара, устройство, принцип работы ее в зависимости от применяемых сплавов. Теперь рассмотрим некоторые конструктивные особенности.

Конструкции термопар

Существует две основные разновидности конструкций термопар.

  • С применением изоляционного слоя. Данная конструкция термопары предусматривает изолирование рабочего слоя устройства от электрического тока. Подобная схема позволяет использовать термопару в технологическом процессе без изоляции входа от земли.

  • Без применения изоляционного слоя. Такие термопары могут подключаться лишь к измерительным схемам, входы которых не имеют контакта с землей. Если данное условие не соблюдается, в устройстве возникнет две независимых замкнутых схемы, в результате чего показания, полученные с помощью термопары, не будут соответствовать действительности.

Бегущая термопара и ее применение

Существует отдельная разновидность данного устройства, именуемая «бегущей». Принцип действия бегущей термопары мы сейчас рассмотрим более подробно.

Эта конструкция применяется в основном для определения температуры стальной заготовки при ее обработке на токарных, фрезерных и иных подобных станках.

Следует отметить, что в данном случае возможно использование и обычной термопары, однако, если процесс изготовления требует высокой точности температурного режима, бегущую термопару трудно переоценить.

При применении данного метода в заготовку заранее запаивают ее контактные элементы. Затем, в процессе обработки болванки, данные контакты постоянно подвергаются воздействию резца или иного рабочего инструмента станка, в результате чего спай (который является главным элементом при снятии температурных показателей) как бы «бежит» по контактам.

Этот эффект повсеместно применяется в металлообрабатывающей промышленности.

Технологические особенности конструкций термопар

При изготовлении рабочей схемы термопары производится спайка двух металлических контактов, которые, как известно, изготовлены из разных материалов. Место соединения носит название «спай».

Следует отметить, что делать данное соединение с помощью спайки необязательно. Достаточно просто скрутить вместе два контакта. Но такой способ производства не будет обладать достаточным уровнем надежности, а также может давать погрешности при снятии температурных показателей.

Если необходимо измерение высоких температур, спайка металлов заменяется на их сварку. Это связано с тем, что в большинстве случаев припой, применяемый при соединении, имеет низкую температуру плавления и разрушается при превышении ее уровня.

Схемы, при изготовлении которых была применена сварка, выдерживают более широкий диапазон температуры. Но и этот способ соединения имеет свои недостатки. Внутренняя структура металла при воздействии высокой температуры в процессе сваривания может измениться, что повлияет на качество получаемых данных.

Кроме того, следует контролировать состояние контактов термопары в процессе ее эксплуатации. Так, возможно изменение характеристик металлов в схеме вследствие воздействия агрессивной окружающей среды. Может произойти окисление либо взаимная диффузия материалов. В подобной ситуации следует заменить рабочую схему термопары.

Разновидности спаев термопар

Современная индустрия производит несколько конструкций, которые применяются при изготовлении термопар:

  • с открытым спаем;

  • с изолированным спаем;

  • с заземленным спаем.

Особенностью термопар с открытым спаем является плохая сопротивляемость внешнему воздействию.

Следующие два типа конструкции могут применяться при измерении температур в агрессивных средах, оказывающих разрушительное влияние на контактную пару.

Кроме того, в настоящее время промышленность осваивает схемы производства термопар по полупроводниковым технологиям.

Погрешность измерений

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

Погрешность измерений состоит из следующих составных частей:

  • случайная погрешность, вызванная особенностями изготовления термопары;

  • погрешность, вызванная нарушением температурного режима «холодного» контакта;

  • погрешность, причиной которой послужили внешние помехи;

  • погрешность контрольной аппаратуры.

Преимущества использования термопар

К преимуществам использования подобных устройств для контроля температуры, независимо от области применения, можно отнести:

  • большой промежуток показателей, которые способны быть зафиксированы с помощью термопары;

  • спайку термопары, которая непосредственно участвует в снятии показаний, можно расположить в непосредственном контакте с точкой измерения;

  • несложный процесс изготовления термопар, их прочность и долговечность эксплуатации.

Недостатки измерения температуры с помощью термопары

К недостаткам применения термопары следует отнести:

  • Необходимость в постоянном контроле температуры «холодного» контакта термопары. Это отличительная особенность конструкции измерительных приборов, в основе которых лежит термопара. Принцип действия данной схемы сужает область ее применения. Они могут быть использованы только в том случае, если температура окружающего воздуха ниже температуры в точке измерения.

  • Нарушение внутренней структуры металлов, применяемых при изготовлении термопары. Дело в том, что в результате воздействия внешней окружающей среды контакты теряют свою однородность, что вызывает погрешности в получаемых температурных показателях.

  • В процессе измерения контактная группа термопары обычно подвержена негативному влиянию окружающей среды, что вызывает нарушения в процессе работы. Это опять же требует герметизации контактов, что вызывает дополнительные затраты на обслуживание подобных датчиков.

  • Существует опасность воздействия электромагнитных волн на термопару, конструкция которой предусматривает длинную контактную группу. Это также может сказаться на результатах измерений.

  • В некоторых случаях встречается нарушение линейной зависимости между электрическим током, возникающим в термопаре, и температурой в месте измерения. Подобная ситуация требует калибровки контрольной аппаратуры.

Заключение

Несмотря на имеющиеся недостатки, метод измерения температуры с помощью термопар, который был впервые изобретен и опробован еще в 19 веке, нашел свое широкое применение во всех отраслях современной промышленности.

Кроме того, существуют такие области применения, где использование термопар является единственным способом получения температурных данных. А ознакомившись с данным материалом, вы достаточно полно разобрались в основных принципах их работы.

Термопара — принцип работы | Уголок радиолюбителя

Температура является главной и одной из основных физических величин в автоматике. Для ее измерения в промышленных условиях используется, как правило, термопары и резистивные датчики температуры.

Измерительный диапазон, точность и эксплуатация этих датчиков температуры существенно отличаются, поэтому при выборе следует руководствоваться, главным образом, областью применения и диапазоном измеряемых температур.

В данной статье описан принцип работы термопары и детали, касающиеся измерения температуры с их помощью.

Термопара — описание

Термопара — это наиболее часто используемый датчики для измерения температуры. Ее используют в промышленности, лабораториях, на транспорте. Термопара используется в очень многих системах сбора данных, в многоканальных устройствах, в системах мониторинга данных и управления промышленными процессами.

Несмотря на ее широкое распространение, принцип работы термопары, на первый взгляд кажется менее понятным, чем работа иных датчиков температуры. Существует множество различных видов термопар и для получения с их помощью точных результатов измерения необходим правильный подбор пар металлов, устранения существующих ограничений и соответствующая обработка измерительных данных.

Преимущества термопары

Термопары имеют много преимуществ по сравнению с другими типами температурных датчиков. Основное преимущество — термопара не дорогая, хотя защитное покрытие, соединительные провода и разъемы могут существенно повлиять на общую стоимость измерительной системы, особенно, когда измеряемая среда является экстремальной.

Термопары являются также устройствами, механически простыми, прочными и надежными. Свойства типичных металлов, используемых в термопарах, дают предсказуемое выходное напряжения. Это позволяет использовать термопары во многих устройствах, в том числе в химически агрессивных средах.

Физическая конструкция термопары проста – все, что нужно для ее изготовления, — это скрученные вместе и спаянные провода соответствующих сплавов.

Промышленные термопары изготавливаются с помощью сварки, скручивания или пайки. Термопары покрывают широкий диапазон измеряемых температур: от -100°C и до 2500°C. Типичная точность измерения составляет ±1-2°C, что превышает требуемую точность в большинстве промышленных процессов.

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

Недостатки термопар

Несмотря на то, что термопары имеют относительно мало недостатков, но они значительно влияют на их применение и на оборудование, которое необходимо для их работы. К недостаткам следует отнести то, что выходное напряжение термопары составляет порядка нескольких микровольт на градус Цельсия, и что эти элементы, как правило, размещены вдали от устройств сбора и обработки данных.

Чтобы компенсировать влияние этих негативных факторов используют дифференциальный режим измерений, схемы с высоким коэффициентом усиления, фильтрацию и другие методы улучшения качества сигнала, призванные получить максимальный сигнал и минимальный шум.

И все это приводит к тому, что получается низкая скорость измерений, как правило, нескольких сотен замеров в секунду. Кроме того, выход с термопары является нелинейным, поэтому в оборудование или программное обеспечение, должна быть использована функция линеаризации, применяемая для преобразования напряжения термопары в значения температуры. Это касается в основном бытовых программ, так как коммерческая программа обычно включает в себя процедуры линеаризации.

Принцип действия термопары

В начале XIX века немецкий физик Томас Иоганн Зее

бек, обнаружил, что контакт между двумя металлами генерирует напряжение, являющееся функцией температуры.

Термопара — это практическое применение явления Зеебека. Это датчик температуры, состоящий из двух проволок разных металлов, соединенных вместе с одного конца. Эти металлы на рисунке 1 обозначены как „линия 1” и „линия 2” образуют контакты J1 и J4.

Рис. 1. Принцип действия термопары

Исторически сложилось так, что результат измерения температуры сопоставлялось с температурой второй термопары, предназначенной для измерения известной эталонной температуры. Самым простым и наиболее точным способом получения эталонной температуры было погружение стыка термопары в ледяную ванну, что стало причиной присвоения ему имени „холодный спай”.

Величина генерируемого таким образом, напряжения теперь зависит от разницы температур между контактами J1 и J4, а также от типов металлов, используемых в линии 1 и линии 2.

Этот результат можно описать следующим уравнением:

V=α(Tнеизвестная — Tэталонная),  где α-коэффициент Зеебека.

Различные термопары имеют разные коэффициенты, значения которых указывается на каждой термопаре. При такой конфигурации достаточно только измерить напряжение, затем найти соответствующую ему температуру, в таблице для данного сплава 1/сплава 2 термопары в зависимости от температуры 0°C.

Обратите внимание, что подключение термопары к вольтметру создает дополнительные потенциально нежелательные контакты J2 и J3. В результате эти контакты также являются термопарой, но они имеют похожий состав и противоположную полярность.

Если температура контактов J2 и J3 одинакова (условие, которое может быть достигнуто довольно легко с помощью соответствующей проектировки оборудования), то эти контакты не будут влиять на измерение.

Таким образом, мы получили базовую модель, которая может быть использована для разработки более сложной системы работы термопары.

Термопара: принцип действия, устройство

Существует множество разнообразных устройств и механизмов, позволяющих измерять температуру. Некоторые из них применяются в повседневной жизни, какие-то — для различных физических исследований, в производственных процессах и других отраслях.

Одним из таких устройств является термопара. Принцип действия и схему данного устройства мы рассмотрим в последующих разделах.

Физическая основа работы термопары

Принцип работы термопары основан на обычных физических процессах. Впервые эффект, на основе которого работает данное устройство, был исследован немецким ученым Томасом Зеебеком.

Суть явления, на котором держится принцип действия термопары, в следующем. В замкнутом электрическом контуре, состоящем из двух проводников различного вида, при воздействии определенной температуры окружающей среды возникает электричество.

Получаемый электрический поток и температура окружающей среды, воздействующая на проводники, находятся в линейной зависимости. То есть чем выше температура, тем больший электрический ток вырабатывается термопарой. На этом и основан принцип действия термопары и термометра сопротивления.

При этом один контакт термопары находится в точке, где необходимо измерять температуру, он именуется «горячим». Второй контакт, другими словами — «холодный», — в противоположном направлении. Применение для измерения термопар допускается лишь в том случае, когда температура воздуха в помещении меньше, чем в месте измерения.

Такова краткая схема работы термопары, принцип действия. Виды термопар мы рассмотрим в следующем разделе.

Виды термопар

В каждой отрасли промышленности, где необходимы измерения температуры, в основном применяется термопара. Устройство и принцип работы различных видов данного агрегата приведены ниже.

Хромель-алюминиевые термопары

Данные схемы термопар применяются в большинстве случаев для производства различных датчиков и щупов, позволяющих контролировать температуру в промышленном производстве.

Их отличительными особенностями можно назвать довольно низкую цену и огромный диапазон измеряемой температуры. Они позволяют зафиксировать температуру от -200 до +13000 градусов Цельсия.

Нецелесообразно применять термопары с подобными сплавами в цехах и на объектах с высоким содержанием серы в воздухе, так как этот негативно влияет как на хром, так и на алюминий, вызывая нарушения в функционировании устройства.

Хромель-копелевые термопары

Принцип действия термопары, контактная группа которой состоит из этих сплавов, такой же. Но эти устройства работают в основном в жидкости либо газообразной среде, обладающей нейтральными, неагрессивными свойствами. Верхний температурный показатель не превышает +8000 градусов Цельсия.

Применяется подобная термопара, принцип действия которой позволяет использовать ее для установления степени нагрева каких-либо поверхностей, например, для определения температуры мартеновских печей либо иных подобных конструкций.

Железо-константановые термопары

Данное сочетание контактов в термопаре не настолько распространено, как первая из рассматриваемых разновидностей. Принцип работы термопары такой же, однако подобная комбинация хорошо показала себя в разреженной атмосфере. Максимальный уровень замеряемой температуры не должен превышать +12500 градусов Цельсия.

Однако, если температура начинает подниматься выше +7000 градусов, существует опасность нарушения точности измерений в связи с изменением физико-химических свойств железа. Имеют место даже случаи коррозии железного контакта термопары при наличии в окружающем воздухе водных паров.

Платинородий-платиновые термопары

Наиболее дорогая в изготовлении термопара. Принцип действия такой же, однако отличается она от своих собратьев очень стабильными и достоверными показаниями температуры. Имеет пониженную чувствительность.

Основная область применения данных устройств — измерение высоких температур.

Вольфрам-рениевые термопары

Также применяются для измерения сверхвысоких температур. Максимальный предел, который можно зафиксировать с помощью данной схемы, достигает 25 тысяч градусов по шкале Цельсия.

Их применение требует соблюдения некоторых условий. Так, в процессе измерения температуры нужно полностью устранить окружающую атмосферу, которая оказывает негативное воздействие на контакты в результате процесса окисления.

Для термопары обычно помещают в защитные кожухи, заполненные инертным газом, защищающим их элементы.

Выше была рассмотрена каждая существующая термопара, устройство, принцип работы ее в зависимости от применяемых сплавов. Теперь рассмотрим некоторые конструктивные особенности.

Конструкции термопар

Существует две основные разновидности конструкций термопар.

    С применением изоляционного слоя. Данная конструкция термопары предусматривает изолирование рабочего слоя устройства от электрического тока. Подобная схема позволяет использовать термопару в технологическом процессе без изоляции входа от земли.

    Без применения изоляционного слоя. Такие термопары могут подключаться лишь к измерительным схемам, входы которых не имеют контакта с землей. Если данное условие не соблюдается, в устройстве возникнет две независимых замкнутых схемы, в результате чего показания, полученные с помощью термопары, не будут соответствовать действительности.

    Бегущая термопара и ее применение

    Существует отдельная разновидность данного устройства, именуемая «бегущей». Принцип действия бегущей термопары мы сейчас рассмотрим более подробно.

    Эта конструкция применяется в основном для определения температуры стальной заготовки при ее обработке на токарных, фрезерных и иных подобных станках.

    Следует отметить, что в данном случае возможно использование и обычной термопары, однако, если процесс изготовления требует высокой точности температурного режима, бегущую термопару трудно переоценить.

    При применении данного метода в заготовку заранее запаивают ее контактные элементы. Затем, в процессе обработки болванки, данные контакты постоянно подвергаются воздействию резца или иного рабочего инструмента станка, в результате чего спай (который является главным элементом при снятии температурных показателей) как бы «бежит» по контактам.

    Этот эффект повсеместно применяется в металлообрабатывающей промышленности.

    Технологические особенности конструкций термопар

    При изготовлении рабочей схемы термопары производится спайка двух металлических контактов, которые, как известно, изготовлены из разных материалов. Место соединения носит название «спай».

    Следует отметить, что делать данное соединение с помощью спайки необязательно. Достаточно просто скрутить вместе два контакта. Но такой не будет обладать достаточным уровнем надежности, а также может давать погрешности при снятии температурных показателей.

    Если необходимо измерение высоких температур, спайка металлов заменяется на их сварку. Это связано с тем, что в большинстве случаев припой, применяемый при соединении, имеет низкую температуру плавления и разрушается при превышении ее уровня.

    Схемы, при изготовлении которых была применена сварка, выдерживают более широкий диапазон температуры. Но и этот способ соединения имеет свои недостатки. Внутренняя структура металла при воздействии высокой температуры в процессе сваривания может измениться, что повлияет на качество получаемых данных.

    Кроме того, следует контролировать состояние контактов термопары в процессе ее эксплуатации. Так, возможно изменение характеристик металлов в схеме вследствие воздействия агрессивной окружающей среды. Может произойти окисление либо взаимная диффузия материалов. В подобной ситуации следует заменить рабочую схему термопары.

    Разновидности спаев термопар

    Современная индустрия производит несколько конструкций, которые применяются при изготовлении термопар:

    • с открытым спаем;

      с изолированным спаем;

      с заземленным спаем.

    Особенностью термопар с открытым спаем является плохая сопротивляемость внешнему воздействию.

    Следующие два типа конструкции могут применяться при измерении температур в агрессивных средах, оказывающих разрушительное влияние на контактную пару.

    Кроме того, в настоящее время промышленность осваивает схемы производства термопар по полупроводниковым технологиям.

    Погрешность измерений

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

    Состоит из следующих составных частей:

      случайная погрешность, вызванная особенностями изготовления термопары;

      погрешность, вызванная нарушением температурного режима «холодного» контакта;

      погрешность, причиной которой послужили внешние помехи;

      погрешность контрольной аппаратуры.

    Преимущества использования термопар

    К преимуществам использования подобных устройств для контроля температуры, независимо от области применения, можно отнести:

      большой промежуток показателей, которые способны быть зафиксированы с помощью термопары;

      спайку термопары, которая непосредственно участвует в снятии показаний, можно расположить в непосредственном контакте с точкой измерения;

      несложный процесс изготовления термопар, их прочность и долговечность эксплуатации.

    Недостатки измерения температуры с помощью термопары

    К недостаткам применения термопары следует отнести:

      Необходимость в постоянном контроле температуры «холодного» контакта термопары. Это отличительная особенность конструкции измерительных приборов, в основе которых лежит термопара. Принцип действия данной схемы сужает область ее применения. Они могут быть использованы только в том случае, если температура окружающего воздуха ниже температуры в точке измерения.

      Нарушение внутренней структуры металлов, применяемых при изготовлении термопары. Дело в том, что в результате воздействия внешней окружающей среды контакты теряют свою однородность, что вызывает погрешности в получаемых температурных показателях.

      В процессе измерения контактная группа термопары обычно подвержена негативному влиянию окружающей среды, что вызывает нарушения в процессе работы. Это опять же требует герметизации контактов, что вызывает дополнительные затраты на обслуживание подобных датчиков.

      Существует опасность воздействия электромагнитных волн на термопару, конструкция которой предусматривает длинную контактную группу. Это также может сказаться на результатах измерений.

      В некоторых случаях встречается нарушение линейной зависимости между электрическим током, возникающим в термопаре, и температурой в месте измерения. Подобная ситуация требует калибровки контрольной аппаратуры.

    Заключение

    Несмотря на имеющиеся недостатки, температуры с помощью термопар, который был впервые изобретен и опробован еще в 19 веке, нашел свое широкое применение во всех отраслях современной промышленности.

    Кроме того, существуют такие области применения, где использование термопар является единственным способом получения температурных данных. А ознакомившись с данным материалом, вы достаточно полно разобрались в основных принципах их работы.

Термопара . Принцип работы. Из чего делают термопару?

Термопара представляет собой прибор для температурного измерения напряжения тока. Данный термоэлектрический преобразователь прекрасно подходит для осуществления безопасного неконтактного измерения температур плавления металлов в диапазоне до 1700 градусов по шкале Цельсия.

Принцип работы датчика термопары

Чтобы прибор стал чувствителен к изменениям температуры , берут два отличающихся друг от друга металла и спаивают их. В районе соединения и образуется то место, воздействуя на которое можно получить данные от прибора.

Реакция термопары происходит с генерацией напряжения. Такое напряжение получается меньшим или большим, в зависимости от температурного режима. Мгновенный отклик, который так необходим для удачного применения нехитрого температурно-электрического датчика, обеспечивается за счет очень маленького диаметра термопар. Принцип действия также частично зависит от способа подключения: например, дифференциальный и простой.

Почему работает термопара?

Согласно закону Зеебека, если на какой-либо электрический проводник воздействует ток, то его сопротивление, а также напряжение тут же меняется. Это напряжение замечают и фиксируют, чтобы получить рабочий прибор для измерения высоких температур на основе сопоставления полученных данных.

Различия в напряжении, изменяющиеся с ростом температуры сплавов (точнее температуры вдоль соединённых металлов), могут начинаться от одного и заканчиваться семидесятью микровольтами на каждый градус Цельсия. Подключенные к соответственным клеммам вторичного преобразователя, две части приспособления, образующие пару, способны использовать термоэлектрический эффект для вывода нужной информации по проведению измерений.

Из чего делают термопару?

Как уже упоминалось, термопреобразователь производится из сочетания двух металлов. Каких именно, зависит от конкретных целей применения приспособления.

Подробнее:

  1. Из хромеля и алюминия. Отлично переносят холод от — 200 градусов по Цельсию.
  2. Из железа и константана. Жаропрочное соединение: верхний предел рабочей температуры — до + 750 градусов по Цельсию.
  3. Из хромеля и константана. Соединение обладает широким разбросом рабочих температур: от — 50 до + 740 градусов по шкале Цельсия.
  4. Из платины и родия. Такие термопреобразователи завоевали славу стабильных, прочных устройств.
  5. Из вольфрама и рения. Предназначено это сочетание металлов для очень высоких температур. Исключено использование в кислых средах.

Где применяются датчики термопары?

Термоэлектрические датчики широко применяются в таких отраслях человеческой деятельности, как:

  • научные исследования;
  • медицина;
  • промышленность;
  • автоматика (системы автоматики).

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное

Похожее

Принцип работы термопары: описание, устройство, схема

Принцип действия и устройство термопары предельно просты. Это обусловило популярность данного прибора и широкое применение во всех отраслях науки и техники. Термопара предназначается для измерения температур в широком диапазоне – от -270 до 2500 градусов по Цельсию. Устройство вот уже не одно десятилетие является незаменимым помощником инженеров и ученых. Работает надежно и безотказно, а показания температуры всегда правдивые. Более совершенного и точного прибора просто не существует. Все современные устройства функционируют по принципу термопары. Работают в тяжелых условиях.

Назначение термопары

Данное устройство преобразовывает тепловую энергию в электрический ток и позволяет измерять температуру. В отличие от традиционных ртутных градусников, способно работать в условиях как экстремально низких, так и экстремально высоких температур. Данная особенность обусловила широкое применение термопары в самых разнообразных установках: промышленные металлургические печи, газовые котлы, вакуумные камеры для химико-термической обработки, духовой шкаф бытовой газовой плиты. Принцип работы термопары всегда остается неизменным и не зависит от того, в каком устройстве она монтируется.

От надежной и бесперебойной работы термопары зависит работа системы аварийного отключения приборов в случае превышения допустимых лимитов температур. Поэтому данное устройство должно быть надежным и давать точные показания, чтобы не подвергать риску жизнь людей.

Принцип действия термопары

Термопара имеет три основных элемента. Это два проводника электричества из разных материалов, а также защитная трубка. Два конца проводников (их еще называют термоэлектродами) спаяны, а два других подключаются к потенциометру (прибор для измерения температуры).

Если говорить простым языком, принцип работы термопары заключается в том, что спай термоэлектродов помещается в среду, температуру которой необходимо измерить. В соответствии с правилом Зеебека, возникает разность потенциалов на проводниках (иначе – термоэлектричество). Чем больше температура среды – тем более значимой является разница потенциалов. Соответственно, стрелка прибора отклоняется больше.

В современных комплексах измерения на смену механическому устройству пришли цифровые индикаторы температуры. Однако далеко не всегда новый прибор превосходит по своим характеристикам старые аппараты еще советских времен. В технических вузах, да и в научно-исследовательских учреждениях, и по сей день пользуются потенциометрами 20-30-летней давности. И они демонстрируют поразительную точность и стабильность измерений.

Эффект Зеебека

На данном физическом явлении основан принцип работы термопары. Суть заключается в следующем: если соединить между собой два проводника из разных материалов (иногда используются полупроводники), то по такому электрическому контуру будет циркулировать ток.

Таким образом, если нагревать и охлаждать спай проводников, то стрелка потенциометра будет колебаться. Засечь ток также может позволить и гальванометр, подключенный в цепь.

В том случае, если проводники выполнены из одного и того же материала, то электродвижущая сила не будет возникать, соответственно, нельзя будет измерить температуру.

Схема подключения термопары

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

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

Материалы проводников

Принцип действия термопары основан на возникновении разности потенциалов в проводниках. Поэтому к подбору материалов электродов необходимо подходить очень ответственно. Различие в химических и физических свойствах металлов является основным фактором работы термопары, устройство и принцип действия которой основаны на возникновении ЭДС самоиндукции (разности потенциалов) в цепи.

Технически чистые металлы для применения в качестве термопары не подходят (за исключением АРМКО-железа). Обычно используются различные сплавы цветных и благородных металлов. Такие материалы имеют стабильные физико-химические характеристики, благодаря чему показания температуры всегда будут точными и объективными. Стабильность и точность – ключевые качества при организации эксперимента и производственного процесса.

В настоящее время наиболее распространены термопары следующих видов: E, J, K.

Термопара типа E

В качестве материалов для проводников используются константан и хромель. Изделия данного типа хорошо зарекомендовали себя по части надежности и точности показаний. Свидетельств тому – многочисленные положительные отзывы специалистов. Однако данный состав демонстрирует точность измерений лишь в положительном диапазоне температур до 600 градусов по Цельсию включительно.

Термопара типа J

По принципу работы термопара не отличается от предыдущей. Однако хромель уступил место технически чистому железу, что позволило существенно расширить диапазон рабочей температуры с сохранением стабильности показаний. Он составляет от -100 до 1200 градусов по Цельсию.

Термопара типа K

Это, пожалуй, самый распространенный и применяемый повсюду тип термопары. Пара хромель — алюминий отлично работает при температурах от -200 до 1350 градусов по Цельсию. Данный тип термопары отличается большой чувствительностью и фиксирует даже незначительный скачок температуры. Благодаря такому набору параметров, термопара применяется и на производстве, и для научных исследований. Но есть у нее и существенный недостаток – влияние состава рабочей атмосферы. Так, если данный вид термопары будет работать в среде CO2, то термопара будет давать некорректные показания. Данная особенность ограничивает применение устройств такого типа. Схема и принцип работы термопары остаются неизменными. Разница лишь в химическом составе электродов.

Проверка работы термопары

В случае выхода из строя термопары не подлежит ремонту. Теоретически можно, конечно, ее починить, но вот будет ли прибор после этого показывать точную температуру – это большой вопрос.

Иногда неисправность термопары не является явной и очевидной. В частности, это касается газовых колонок. Принцип работы термопары все тот же. Однако она выполняет несколько иную роль и предназначается не для визуализации температурных показаний, а для работы клапанов. Поэтому, чтобы выявить неисправность такой термопары, необходимо подключить к ней измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) и нагреть спай термопары. Для этого не обязательно держать ее над открытым огнем. Достаточно лишь зажать его в кулак и посмотреть, будет ли отклоняться стрелка прибора.

Причины выхода из строя термопар могут быть разными. Так, если не надеть специальное экранирующее устройство на термопару, помещенную в вакуумную камеру установки ионно-плазменного азотирования, то с течением времени она будет становиться все более хрупкой до тех пор, пока не переломается один из проводников. Кроме того, не исключается и вероятность неправильной работы термопары из-за изменения химического состава электродов. Ведь нарушаются основополагающие принципы работы термопары.

Газовая аппаратура (котлы, колонки) также оснащается термопарами. Основной причиной выхода из строя электродов являются окислительные процессы, которые развиваются при высоких температурах.

В том случае, когда показания прибора являются заведомо ложными, а при внешнем осмотре не были обнаружены слабые зажимы, то причина, скорее всего, кроется в выходе из строя контрольно-измерительного прибора. В этом случае его необходимо отдать в ремонт. Если имеется соответствующая квалификация, то можно попытаться устранить неполадки самостоятельно.

Да и вообще, если стрелка потенциометра или цифровой индикатор показывают хоть какие-то «признаки жизни», то термопара является исправной. В таком случае проблема, совершенно очевидно, кроется в чем-то другом. И соответственно, если прибор никак не реагирует на явные изменения температурного режима, то можно смело менять термопару.

Однако прежде чем демонтировать термопару и ставить новую, нужно полностью убедиться в ее неисправности. Для этого достаточно прозвонить термопару обычным тестером, а еще лучше – померить напряжение на выходе. Только обычный вольтметр здесь вряд ли поможет. Понадобится милливольтметр или тестер с возможностью подбора шкалы измерения. Ведь разность потенциалов является очень маленькой величиной. И стандартный прибор ее даже не почувствует и не зафиксирует.

Преимущества термопары

Почему за столь долгую историю эксплуатации термопары не были вытеснены более совершенными и современными датчиками измерения температуры? Да по той простой причине, что до сих пор ей не может составить конкуренцию ни один другой прибор.

Во-первых, термопары стоят относительно дешево. Хотя цены могут колебаться в широком диапазоне в результате применения тех или иных защитных элементов и поверхностей, соединителей и разъемов.

Во-вторых, термопары отличаются неприхотливостью и надежностью, что позволяет успешно эксплуатировать их в агрессивных температурных и химических средах. Такие устройства устанавливаются даже в газовые котлы. Принцип работы термопары всегда остается неизменным, вне зависимости от условий эксплуатации. Далеко не каждый датчик другого типа сможет выдержать подобное воздействие.

Технология изготовления и производства термопар является простой и легко реализуется на практике. Грубо говоря – достаточно лишь скрутить или сварить концы проволок из разных металлических материалов.

Еще одна положительная характеристика – точность проводимых измерений и мизерная погрешность (всего 1 градус). Данной точности более чем достаточно для нужд промышленного производства, да и для научных исследований.

Недостатки термопары

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

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

Датчик термопары

: подробный обзор | Принцип работы термопары

Датчик термопары — это один из многих типов датчиков температуры, используемых для измерения различных переменных в промышленных приложениях. Они часто используются для измерения и регулирования температуры выхлопных газов газовых турбин, дизельных двигателей, высокотемпературных печей и т. Д. Термопары используются не только в промышленности, но и в некоторых бытовых и коммерческих приложениях. В термостатах датчики пламени и дыма, приборы, работающие на газе или жидком топливе, и т. Д. Объединены в пары с датчиками термопар, чтобы контролировать повышение рабочей температуры.Поскольку датчики термопар имеют большое значение и являются широко используемыми типами датчиков температуры, важно знать об этом. В этом посте обсуждается, что такое термопары и как они работают.

Обзор термопар

Датчик термопары — это чувствительное к температуре устройство, состоящее из двух проводов из разнородного материала. Из-за разного состава эти провода обладают разной электропроводностью. Разница в электропроводности порождает дифференциальное электрическое соединение, между которым дополнительно создается зависящее от температуры напряжение.Эта активность называется термоэлектрическим эффектом. Это измеренное напряжение в дальнейшем используется для интерпретации температуры.

Датчики термопары доступны в различных моделях и сборках. Они производятся в виде зондов термопар, термопар с переходным соединением, термопар с разъемами, термопар с неизолированным проводом и т. Д. Хотя термопары обеспечивают универсальность, функциональность или принцип работы остаются неизменными.

Обсудим принцип работы термопар.

Знать о принципе работы термопар

Термопара работает согласно эффекту Зеебека.

Эффект Зеебека можно описать как генерацию дифференциального напряжения из-за разницы в электропроводности двух разных материалов. Названный в честь французского ученого Томаса Йохана Зеебека, который подтвердил, что если два разнородных металла соединяются и нагреваются, разница в повышении температуры этих двух металлов приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС).Та же концепция меняется на противоположную при применении термопары.

Когда электрический ток проходит через два сваренных разнородных металла, возникает разница напряжений, которая проецируется в обратном направлении для расчета разницы температур. Когда электрический ток проходит через переход, из-за ограничений проводимости и сопротивления металлов происходит повышение температуры. Оба материала нагреваются при разных температурах, и разница в проводимости дает два разных напряжения для двух разных металлов.

Хотя принцип работы датчиков термопары несложен, он все же зависит от нескольких различных факторов. Для точного измерения недостаточно измерения разности напряжений.

Одним из наиболее важных факторов для точного измерения температуры датчиком термопары является эталонная температура на стыке (Tref). Важно знать точное значение Tref, чтобы избежать поправочного коэффициента при вычислении напряжения и температуры.Есть два конкретных метода, используемых для определения и идентификации Tref. Ниже приведены методы, которые способствуют повышению точности показаний датчика термопары.

  • Ледяная баня Метод: В этом методе соединительный блок погружается в ванну с полузамороженной дистиллированной водой, чтобы заморозить температуру соединения. После погружения Tref устанавливается на 0 ° C для справки по расчетам.
  • Метод компенсации холодного спая: В этом методе температура точки стыка будет изменяться, но она постоянно измеряется с помощью второго датчика температуры.Измеряется Tref в точке соединения, а затем точный Tref на момент считывания используется в качестве поправочного коэффициента.

Компенсация показаний температуры выполняется одним из этих двух методов для безошибочной работы датчиков термопар.

Хотя введение и принцип работы термопар убедительны, также важно обращать внимание на качество этого датчика. Качество сборки датчиков термопар обеспечивает точность считывания.Следовательно, необходимо покупать термопары у проверенных производителей или поставщиков, таких как The Transmitter Shop. Компания уже несколько лет поставляет промышленное технологическое оборудование, такое как термопары, преобразователи, датчики и т. Д. Можно найти продукцию премиум-качества от таких ведущих брендов, как Rosemount, Foxboro, Honeywell и т. Д.

Похожие сообщения

Конструкция, работа, типы, преимущества и применение термопары — Датчики и преобразователи

Термопара — это активный преобразователь, который измеряет температуру.Работает по принципу эффекта обратной видимости. Они широко используются для измерения температуры в промышленных приложениях.

Конструкция и типы термопары

Термопара состоит из двух разных типов металлов, соединенных вместе на одном конце (горячий спай) и оканчивающихся на другом конце (холодный спай). Когда горячий спай нагревается или охлаждается, создаваемое напряжение может быть снова соотнесено с температурой.

Теоретически для изготовления термопары можно использовать любую пару разнородных материалов.Но практически только несколько материалов оказались пригодными для измерения температуры. В следующей таблице показаны распространенные типы материалов термопар с указанием их температурного диапазона.

Тип Положительный вывод Отрицательный вывод Диапазон температур
R Платина-родий (87% Pt, 13% Rh) Платина 0 — 1500 oC
S Платина-родий (90% Pt, 10% Rh) Платина 0-1500 oC
K Хромель (90% Ni, 10% Cr) Алюмель (Ni94Al2Mn3Si) -200 — 1300 oC
E Хромель (90% Ni, 10% Cr) Константан (57% Cu, 43% Ni) -200 — 1000 oC
T Медь Константан (57% Cu, 43% Ni) -200-350 oC
J Железо Константан (57% Cu, 43% Ni) -150-750 oC

Принцип работы термопары

Термопара работает по принципу увидеть обратный эффект.Томас Йохан Зеебек обнаружил, что разница температур (тепловая энергия) может производить электрическую энергию. В термопаре два проводника из разных металлов соединены, образуя два общих спая. Когда эти два перехода подвергаются воздействию двух разных температур, возникает чистая термоэдс. Значение также зависит от используемых материалов и пропорционально разнице температур между горячим и холодным спаем.

Выход термопары можно измерить напрямую милливольтметром.Его также можно измерить с помощью потенциометра постоянного тока или с помощью усилителей с выходным устройством.

Преимущества термопары

  • Дешевле термометров сопротивления.
  • Может измерять быстрые изменения температуры.
  • Широкий температурный диапазон.
  • Обеспечивает хорошую воспроизводимость.
  • Удобен для измерения температуры в одной конкретной точке.

Недостатки термопары

  • Более низкая точность.
  • Характеристики наведенной ЭДС-температуры нелинейны.
  • Усиление сигнала требуется во многих приложениях.

Дополнительная информация

Что такое термопара? — Определение, конструкция, работа, плюсы и минусы

В этой статье описаны определение, конструкция, принцип работы, выбор материала, преимущества и недостатки термопары.

Определение:

Термопара — это комбинация двух разных металлических полос, соединенных вместе таким образом, чтобы образовать петлю.Когда два перехода поддерживаются при разных температурах, в контуре возникает электрический ток и развивается ЭДС. Величина развиваемой ЭДС зависит от металлов и разницы температур горячего и холодного спая. Такая комбинация двух металлов широко известна как термопара.

Термопара используется в качестве датчика температуры в промышленности. Термочувствительный элемент представляет собой модифицированную версию, в которой два разных металла соединены на одном конце, а другой конец подключен к считывающему устройству или милливольтметру.Когда переход нагревается или охлаждается, на открытом конце металла возникает ЭДС, которая очень мала по величине. По этой причине для измерения этой генерируемой ЭДС подключают мили-вольтметр. Измеренная ЭДС прямо пропорциональна температуре перехода, поэтому температуру можно откалибровать с помощью измеренной ЭДС. Термопара — это активный преобразователь.

Строительство:

Термопара в основном состоит из проводов (называемых термоэлементами), изоляции, оболочки и средств для внешнего подключения.Один конец термоэлемента, состоящий из двух разных металлов, сварен вместе, образуя соединение. Это соединение фактически является точкой измерения.

На рисунке ниже показана конструкция термопары.

Термоэлемент заключен в жесткую металлическую оболочку, обычно сделанную из инконеля. Измерительный переход выполнен в нижней части корпуса. Наполнитель из оксида магния окружает термоэлемент. Это наполнение действует как амортизатор и предотвращает повреждение проволоки от вибрации.Он также действует как рассеивающая тепло среда горячего спая.

Использование оболочки значительно замедляет отклик по мере увеличения массы термопары. Однако в приложениях, где время отклика является основным фактором, используются термопары в голой или тонкой оболочке. Чувствительность термопары можно повысить за счет уменьшения массы измерительного спая. Один из методов уменьшения массы — это сварка встык двух проводов термопары. В случаях, когда механическая прочность стыкового шва недостаточна, две проволоки скручивают вместе, а концы сваривают.

Измерительный переход может быть присоединен к оболочке или нет. В зависимости от соединения точки соединения с оболочкой существует три различных типа конструкции термопары: незаземленная, заземленная и открытая термопара.

Заземленная термопара:

В заземленной термопаре спай соединен с металлической оболочкой. Этот тип термопары используется для измерения температуры в агрессивных средах. Однако в измерениях отсутствуют помехи.

Незаземленная термопара:

В незаземленной термопаре спай не соединен с металлической оболочкой. Он широко используется в системах высокого давления. В датчике этого типа измерения не подвержены влиянию паразитного магнитного поля.

Открытая термопара:

Открытая термопара имеет самый быстрый отклик и поэтому используется в приложениях, требующих быстрого отклика. Используется для измерения температуры газа. Но основным недостатком является то, что термоэлемент очень подвержен коррозии, так как он остается открытым и, следовательно, не рекомендуется.

Выбор материала провода термопары:

В промышленных приложениях выбор материалов, используемых для изготовления термопары, зависит от диапазона измеряемых температур, типа атмосферы, в которой будет находиться материал, выходной ЭДС и ее стабильности, механической прочности и точности, необходимой для измерения. . Материалы термопар делятся на две категории: тип редкого металла с использованием платины, родия и т. Д. И тип основного металла.

Из нескольких комбинаций разнородных металлов получается хорошая термопара для промышленного использования. Эти комбинации, помимо линейного отклика и высокой чувствительности, должны быть физически прочными, чтобы выдерживать высокие температуры, быстрые изменения температуры, а также влияние коррозии и восстановительной атмосферы.

Материал для обычных типов термопар указан в таблице ниже.

Тип основного металла

Положительный провод: Медь Утюг Хромель
Отрицательный провод: Константан Константан Константан
Темп.Диапазон (° C): -250 до 400 от -200 до 850 от -200 до 850
Характеристики: Устойчив к окислительной и восстановительной атмосфере до 350 ° C.

Требуется защита от кислотных паров

Низкая стоимость. Корродирует в присутствии влаги, кислорода и серосодержащих газов. Подходит для восстановительной атмосферы. Подходит для окислительной, но не для восстановительной атмосферы.

Редкий металл Тип

Положительный провод: Платина 90% и родий 10% Вольфрам 95% и рений 5% Фодий
Отрицательный провод: Платина Вольфрам 72% и рений 26% Иридий
Темп.Диапазон (° C): 0 до 1400 0 до 2600 0 до 2100
Характеристики: Низкая ЭДС. Хорошо для окислительной атмосферы, но плохо для восстановительной атмосферы. Только для использования в неокислительной атмосфере. Низкая ЭДС. Хорошо для окислительной атмосферы, но плохо для восстановительной атмосферы.

Принцип работы термопары:

Термопара работает на эффекте Бека.Эффект Бека говорит о том, что, когда два разнородных металла соединяются вместе, чтобы сформировать соединение, и если разница температур между переходом сохраняется между переходами, в нем индуцируется ЭДС. Эта ЭДС называется термоэлектрической. Если соединение образует замкнутый контур, то эта ЭДС вызовет ток через контур. Это свойство используется для измерения температуры системы.

В датчике термопары один конец двух разнородных металлов соединен вместе, а другой конец подключен к миливольтметру.Это показано на рисунке ниже.

Два разных типа металлических проводов A и B соединены на одном конце, образуя соединение. На этом стыке измеряется температура и называется детекторным переходом . Другой конец подсоединен к мили-вольтметру для измерения ЭДС E. ЭДС, создаваемая термопарой, определяется как

.

E = а (ΔƟ) + b (ΔƟ) 2

где (ΔƟ) = разница между температурой горячего спая и эталонного спая в ° C, а a и b являются константами.

Поскольку термоэлектрическая ЭДС зависит от разницы температур между горячим и эталонным спаями, температура последнего должна оставаться абсолютно постоянной, чтобы калибровка между температурой и измеренным напряжением оставалась правильной и не возникало ошибок, связанных с изменением температуры окружающей среды. . Для этого контролируется температура холодного спая. Контрольный спай обычно составляет 0 ° C при использовании ледяной бани. Здесь следует отметить, что комбинация металлов должна быть выбрана таким образом, чтобы повышение температуры всегда приводило к линейному увеличению ЭДС i.е. значение «b» должно быть незначительным.

Измерение выхода термопары:

ЭДС на выходе термопары в результате разницы температур между горячим и холодным спаем может быть легко измерена с помощью мили-вольтметра. Миливольтметр подключается к холодной ноге. Отклонение пропорционально току, протекающему в цепи. Если сопротивление счетчика Rm, а сопротивление внешней цепи Re, ток в цепи I = E / (Rm + Re).

Чтобы обеспечить ток, достаточный для отклонения движения, сопротивление измерителя должно быть небольшим, поскольку чувствительность термопары довольно мала, и они создают выходное напряжение, которое составляет несколько мВ / 100 ° C.

Компенсация за свинец:

Во многих промышленных приложениях желательно размещать эталонный спай в точке, удаленной от детектирующего спая. Следовательно, соединительный провод от головки термопары к измерителю очень длинный и, как правило, имеет разную температуру по всей длине.Это вызывает ошибку, которой можно избежать, используя соединительные провода, изготовленные из того же материала, что и провода термопары. Реализация такой схемы может оказаться невозможной из-за стоимости. В этом случае материалы выбираются таким образом, чтобы соотношение между ЭДС и температурой было таким же или почти таким же, как для проводов термопар. Затем эти провода назывались Compensating Leads .

Преимущество:

Ниже приведены преимущества термопары:

  • Термопары дешевле RTD.
  • Он отслеживает изменения температуры с небольшой задержкой по времени и, как таковой, подходит для регистрации сравнительно быстрых изменений температуры.
  • Термопары очень удобны для измерения температуры в одной конкретной точке прибора.

Недостаток:
  • Они имеют меньшую точность и поэтому не могут использоваться для точных работ.
  • Чтобы обеспечить длительный срок службы термопар в их рабочей среде, они должны быть защищены металлической защитной трубкой с открытым или закрытым концом или колодцем.Чтобы предотвратить загрязнение термопары, при использовании драгоценных металлов, таких как платина или ее сплав, защитная трубка / лунка должна быть химически инертной и герметичной.
  • Термопара удалена от измерительного прибора. Таким образом, соединения выполняются с помощью проводов, называемых удлинительными проводами. Максимальная точность обеспечивается, когда компенсационные провода сделаны из того же материала, что и провода термопар. Таким образом, схема очень сложна.

Что такое термопара | Конструкция термопары | Принцип работы термопары

В 1821 году физик по имени «Томас Зеебек» обнаружил, что когда два разных металлических провода соединяются в цепь на обоих концах соединения, температура, прикладываемая к соединению, является током, протекающим по цепи.Известно как электромагнитное поле (ЭМП). Энергия, генерируемая этим контуром, известна как эффект Сибека.

Под руководством Томаса Зеебека два итальянских физика по имени Леопольдо Нобили и Македонио Малони в 1826 году разработали термоэлектрическую батарею, названную тепловым умножителем. В сегодняшней статье мы увидим, каков принцип работы термопары, и увидим обсуждение ее преимуществ и типов в сегодняшней статье.

Что такое термопара?

Определение: Термопара — это устройство для измерения температуры, используемое для определения температуры в определенной точке.Другими словами, это просто датчик, используемый для определения температуры в виде электрического тока или ЭДС.

Внутри используются два разных металлических провода, которые соединяются в месте соединения. На этом переходе измеряется температура. Стимулирует напряжение из-за изменения температуры металлической проволоки.

Величина ЭДС, генерируемая в устройстве, очень мала, поэтому очень важно использовать очень чувствительное устройство, чтобы знать величину ЭДС в этом устройстве. Устройство, используемое для расчета e.m.f — это обычный гальванометр или балансировочный потенциометр. Любой из них используется физически или механически.

Конструкция термопары:

Конструкция термопары, показанная на рисунке ниже, состоит из разных проводов, и для ее измерения установлен измеритель. Существует три основных типа конструкции термопар, а именно:

  • Незаземленное соединение.
  • Заземленный переход.
  • Открытое соединение.

№1. Незаземленный переход —

В системе с незаземленным переходом проводник полностью закрыт защитной крышкой. Незаземленный переход в основном используется в приложениях с высоким давлением. Основное преимущество этого состоит в том, что уменьшается влияние блуждающего магнитного поля.

№ 2. Заземленное соединение —

В этом типе соединения металлический провод и защитный кожух соединяются вместе.Такой переход используется для измерения температуры в агрессивной среде. Это соединение обеспечивает помехоустойчивость.

№ 3. Открытое соединение —

Открытый переход используется в средах, где требуется очень быстрый отклик. Такой переход используется для измерения температуры газа. Материал, используемый при изготовлении термопар, в основном зависит от диапазона измерения температуры.

Читайте также: Что такое полевой МОП-транзистор | Строительство полевого МОП-транзистора | Рабочий директор MOSFET | Типы полевых МОП-транзисторов | Применения MOSFET

Принцип работы термопары:

Принцип работы термопары зависит от трех основных методов, а именно:

  • См. Beck Effect.
  • Эффект Пельтье.
  • Эффект Томпсона.
№1. См. Beck Effect-

Этот тип эффекта возникает между двумя разными металлами. Когда тепло передается любому металлу, электроны перетекают с горячей стороны на холодную, тем самым запуская ток, протекающий в цепи.

Короче говоря, феномен, заключающийся в том, что разница температур между двумя разными металлами стимулирует разность потенциалов между ними.Обратный эффект моря создает небольшое напряжение для температуры в градусах Кельвина.

№ 2. Эффект Пельтье —

Эффект этого типа прямо противоположен эффекту Зее-Бека. Эффект Пельтье показывает, что разница температур может быть создана между любыми двумя разными типами проводников путем приложения разности потенциалов между ними.

№ 3. Эффект Томпсона —

Эффект Томпсона создает эффект, заключающийся в том, что при соединении двух разных типов металлов образуется соединение, то есть напряжение индуцирует длину всего проводника из-за градиента температуры.Это физический термин, обозначающий изменение температуры и направления положения.

Также читайте: Что такое клеммная колодка? | Типы клеммных колодок | Преимущества клеммных колодок

Как работает термопара?

Термопара состоит из металлических пластин двух разных типов. Эти две пластины соединены друг с другом и образуют стык. Место стыка этих двух пластин помещается наверху, на котором мы хотим измерить температуру.Этот переход известен как горячий спай. А остальные концы выдерживают при нормальной температуре. Этот нормальный спай известен как холодный спай.

Разница в температуре между двумя разными металлами из-за эффекта Сибека вызывает разность потенциалов между двумя точками пластин термопары. Таким образом, мы можем легко вычислить температуру горячего спая, измерив напряжение.

Типы термопар:

Прежде чем рассматривать тип термопары, важно отметить, что ее необходимо защитить от температуры окружающей среды.Эта защитная крышка должным образом уменьшит коррозию устройства.

На рынке доступны следующие типы термопар:

  • Термопара типа К.
  • Термопара типа T.
  • Термопара типа J.
  • Термопара типа E.
  • Термопара типа N.
  • Термопара типа S.
  • Термопара типа R.
  • Термопара типа B.
№1. Термопара типа K-

Этот тип исследования термопар является наиболее распространенным типом термопар.Также известна как термопара никель-хромового / никель-алюмелевого типа. Он обеспечивает такие функции, как высокая надежность, точность и дешевизна. Имеет широкий диапазон температурных измерений.

Положительный вывод термопары этого типа изготовлен из примерно 90% никеля и 10% хрома. Его отрицательный вывод состоит из примерно 95% никеля, 2% алюминия, 2% марганца и 1% кремния.

Положительный провод желтый, он немагнитный. Когда цвет отрицательного вывода красный, и это магнитный материал.И комбинезон желтый.

Температурный диапазон термопары K следующий:

Проволока для термопар — от -454F до 2300F (-270 0 C до 1260 0 C)

Удлинительный провод (0 0 C до 200 0 C)

Этот тип K имеет уровень точности

.

Стандартный +/- 2,2 ° C или +/- 0,75%, а специальные пределы составляют +/- 1,1 ° C или 0,4%.

Также читайте: Что такое токоизмерительные клещи | Конструкция токоизмерительных клещей | Принцип работы токоизмерительных клещей | Применение токоизмерительных клещей

№ 2.Термопара типа T-

Термопара типа T идеально подходит для измерения низких температур. Это потому, что его положительный вывод сделан из меди, а отрицательный — из Константина.

Температурный диапазон термопары типа T следующий:

Проволока для термопар — от -454F до 700F (-270 0 C до 370 0 C)

Удлинительный провод (0 0 C до 200 0 C)

Этот тип T имеет уровень точности

.

Стандарт +/- 1.0C или +/- 0,75%, а специальные пределы составляют +/- 0,5C или 0,4%

№ 3. Термопара типа J —

Термопара типа J — наиболее широко используемая термопара на рынке. Его положительный вывод сделан из железа, а отрицательный — из Константина (45% никеля и 55% меди).

Цвет положительного вывода белый, а цвет отрицательного вывода красный. И общая куртка окрашена в черный цвет.

Диапазон температур термопары типа J следующий:

Проволока для термопар — от -346F до 1400F (-210 0 C до 760 0 C)

Удлинительный провод (0 0 C до 200 0 C)

Этот тип J имеет уровень точности

.

Стандарт +/- 2.2C или +/- 0,75%, а специальные пределы составляют +/- 1,1C или 0,4%

Также читайте: Что такое светоизлучающий диод (LED) | Строительство светодиода | Принцип работы светодиода | Применение светодиода

№ 4. Термопара типа E-

E Тип термопары обеспечивает более высокую точность и более сильный сигнал по сравнению с типами K и J в диапазоне средних температур. Это более стабильный тип термопары по сравнению с типом K. Термопары типа производят самую высокую ЭДС на градус, чем другие типы термопар.

Положительный вывод термопары этого типа изготовлен из никель-хромового сплава (90% никеля и 10% хрома). В то время как его отрицательный вывод сделан из Константина (95% никеля, 2% алюминия, 2% марганца и 1% кремния). Цвет положительного вывода — фиолетовый, цвет отрицательного вывода — красный.

Температурный диапазон термопары типа E следующий:

Проволока для термопар — от -454F до 1600F (-270 0 C до 870 0 C)

Удлинительный провод (0 0 C до 200 0 C)

Этот E-type имеет уровень точности

.

Стандарт +/- 1.7C или +/- 0,5%, а специальные пределы составляют +/- 1,0C или 0,4%

№ 5. Термопара типа N —

Термопара N-типа была разработана Организацией оборонной науки и технологий (DSTO) Австралии. Положительный вывод термопары типа N изготовлен из Nicrosil. Никросил — это комбинация никеля, хрома и кремния. Пока минус сделан из нисила. Нисил — это комбинация никеля и кремния.

Температурный диапазон термопары типа N следующий:

Проволока для термопар — от -454F до 2300F (-270 0 C до 392 0 C)

Удлинительный провод (0 0 C до 200 0 C)

Этот тип N имеет уровень точности

.

Стандарт +/- 2.2C или +/- 0,75%, а специальные пределы составляют +/- 1,1C или 0,4%

№ 6. Термопара типа S —

Термопара типа

S используется для высокотемпературных применений, но в некоторых случаях из-за высокой точности и стабильности иногда также используется для измерения низких температур.

Такая термопара обычно используется в таких приложениях, как фармацевтическая и биотехнологическая промышленность, поскольку требует высокой температуры и точности.

Диапазон температур термопары типа S следующий:

Проволока для термопар — от -58F до 2700F (-50 0 C до 1480 0 C)

Удлинительный провод (0 0 C до 200 0 C)

Этот S-тип имеет уровень точности

.

Стандарт +/- 1.5C или +/- 0,25%, а специальные пределы составляют +/- 0,6C или 0,1%

Также читайте: Методы охлаждения трансформатора

№ 7. Термопара типа R-

Термопара этого типа изготовлена ​​из платины / родия, ее положительный вывод состоит из 87% платины и 13% родия, а отрицательный вывод — из платины.

Диапазон термопар R-типа немного больше, чем у термопар S-типа. Функции и эффекты типов R и S практически идентичны.

Температурный диапазон термопары типа R следующий:

Проволока для термопар — от -58F до 2700F (-50 0 C до 1480 0 C)

Удлинительный провод (0 0 C до 200 0 C)

Этот тип R имеет уровень точности

.

Стандартный +/- 1,5 ° C или +/- 0,25% и специальные пределы +/- 0,6 ° C или 0,1%

№ 8. Термопара типа B —

При производстве термопары типа B используется комбинация платины и родия.Его положительный свинец состоит из 70% платины и 30% родия, а отрицательный — 94% платины и 6% родия.

Термопары этого типа широко используются для измерения высоких температур. Он имеет самый высокий предел измерения температуры из всех упомянутых выше термопар.

Температурный диапазон термопары типа B следующий:

Проволока для термопар — от 32F до 3100F (0 0 C до 1700 0 C)

Удлинительный провод (0 0 C до 100 0 C)

Этот тип B имеет уровень точности

.

Стандарт +/- 0.5%.

Также читайте: Что такое соленоидная катушка | Принцип работы соленоидной катушки | Типы электромагнитной катушки | Применение электромагнитной катушки

Разница между термостатом и термопарой:
Элемент Термостат Термопара
Диапазон температур Температура термостата колеблется от -112 до 302 0 F Температура термопары колеблется от -454 до 3272 0 F
Ценовой диапазон Термостат стоит дороже Стоимость термопары меньше
Устойчивость Обеспечивает среднюю стабильность Обеспечивает меньшую стабильность
Чувствительность Термостат обеспечивает оптимальную стабильность Низкая чувствительность термопар
Линейность Плохо Умеренная
Стоимость системы Стоимость системы термостата остается средней. Стоимость системы термопары остается высокой

Преимущества термопары:

Преимущества термопары следующие:

  • Тепловая реакция происходит мгновенно.
  • Диапазон измерения температуры широкий.
  • Широкий диапазон рабочих температур.
  • Низкая стоимость и высокая совместимость.
  • Высокая точность.
  • Он прочен и может легко использоваться в суровых условиях, а также в условиях высокой вибрации.

Недостатки термопары:

Минусы термопар следующие:

  • Стабильность у этого минимальная.
  • Низкое напряжение.
  • Требуется ссылка.
  • Наименее чувствительный.
  • Восстановление термопары затруднено.

Применение термопары:

Ниже приведены несколько областей применения термопары:

  • Используется в качестве датчика температуры в термостатах в домашних офисах и на предприятиях.
  • Используется в промышленности для измерения температуры железа, алюминия и металлов.
  • Используется для проверки температуры на химических заводах, нефтяных заводах.
  • Термопары используются для обнаружения запального пламени в устройствах, используемых для выработки тепла из газов, таких как водонагреватели.
  • Используется в газовых машинах для обнаружения запального пламени.

Понравился пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Термопары

— обзор

15.11 Специальные измерительные устройства для низкого давления

Термин вакуумметр обычно применяется для описания любого датчика давления, который предназначен для измерения давления в диапазоне вакуума (давления ниже атмосферного, т. Е. Ниже 1,013 бар). Многие специальные версии типов датчиков давления, описанных ранее, были разработаны для измерения в вакуумметрах. Типичное минимальное давление, измеряемое этими специальными формами «обычных» приборов для измерения давления, составляет 10 мбар (трубки Бурдона), 0.1 мбар (манометры и сильфонные приборы) и 0,001 мбар (диафрагмы). Однако в дополнение к этим специальным версиям обычных приборов был специально разработан ряд других устройств для измерения давления ниже атмосферного. Эти специальные устройства включают датчик термопары, датчик Пирани, датчик термистора, датчик Маклеода и датчик ионизации, и они более подробно рассматриваются ниже. К сожалению, все эти специализированные инструменты довольно дороги.

Датчик термопары : Датчик термопары является одним из группы датчиков, работающих по принципу теплопроводности. При низком давлении кинематическая теория газов предсказывает линейную зависимость между давлением и теплопроводностью. Таким образом, измерение теплопроводности дает представление о давлении. На рис. 15.9 показан эскиз термопары. Работа датчика зависит от теплопроводности тепла между тонкой горячей металлической полосой в центре и холодной внешней поверхностью стеклянной трубки (обычно при комнатной температуре).Металлическая полоса нагревается, пропуская через нее ток, а ее температура измеряется термопарой. Измеренная температура зависит от теплопроводности газа в трубке и, следовательно, от его давления. Источником ошибки в этом приборе является тот факт, что тепло передается не только за счет теплопроводности, но и за счет излучения. Эта ошибка имеет постоянную величину, независимо от давления. Следовательно, его можно измерить и, таким образом, внести в него поправку. Однако обычно удобнее проектировать с низкими потерями на излучение, выбирая нагретый элемент с низким коэффициентом излучения.Термопары обычно используются для измерения давления в диапазоне от 10 –4 мбар до 1 мбар.

Рисунок 15.9. Датчик термопары.

Термисторный манометр : По режиму работы он идентичен термопару, за исключением того, что для измерения температуры металлической полосы используется термистор, а не термопара. Он обычно продается под названием электронный вакуумметр в форме, которая включает цифровой светодиодный дисплей и переключаемые диапазоны выходного сигнала.Он используется в диапазоне давлений от 10 −4 мбар до 1 мбар.

Датчик Пирани : Типичный вид датчика Пирани показан на Рис. 15.10 (a). Он похож на датчик термопары, но имеет нагревательный элемент, который состоит из четырех спиральных вольфрамовых проволок, соединенных параллельно. Обычно используются две идентичные трубки, соединенные мостовой схемой, как показано на рис. 15.10 (b), одна из которых содержит газ с неизвестным давлением, а другая откачивается до очень низкого давления.Ток проходит через вольфрамовый элемент, который достигает определенной температуры в соответствии с теплопроводностью газа. Сопротивление элемента изменяется в зависимости от температуры и вызывает дисбаланс измерительного моста. Таким образом, датчик Пирани избегает использования термопары для измерения температуры (как в датчике термопары) за счет эффективного использования термометра сопротивления в качестве нагреваемого элемента. Такие манометры покрывают диапазон давлений от 10 −5 мбар до 1 мбар.

Рисунок 15.10. (а) датчик Пирани; (b) Схема моста Уитстона для измерения выходной мощности.

Датчик Маклеода : На рис. 15.11 (a) показан общий вид датчика Маклеода, в котором жидкость под низким давлением сжимается до более высокого давления, которое затем считывается с помощью манометрических методов. По сути, манометр можно представить как манометр с U-образной трубкой, который запечатан с одного конца, а нижняя часть U-образной трубки может быть заблокирована по желанию. Для работы манометра сначала вынимается поршень. Это приводит к тому, что уровень ртути в нижней части датчика падает ниже уровня соединения J между двумя трубками, отмеченными буквами Y и Z на датчике.Затем жидкость под неизвестным давлением Pu вводится через трубку, обозначенную Z, откуда она также течет в трубку с площадью поперечного сечения A, обозначенной Y. Затем вталкивается поршень, перемещая уровень ртути вверх, чтобы заблокировать переход J. На стадии, когда J просто заблокирован, жидкость в трубке Y находится под давлением Pu и содержится в известном объеме Vu. Дальнейшее движение поршня сжимает жидкость в трубке Y, и этот процесс продолжается до тех пор, пока уровень ртути в трубке Z не достигнет нулевой отметки. Измерение высоты (h) над столбом ртути в трубке Y затем позволяет рассчитать сжатый объем жидкости Vc как: Vc = hA.

Рисунок 15.11. Другие манометры низкого давления: (а) датчик МакЛеода, (б) датчик ионизации.

Тогда по закону Бойля: PuVu = PcVc, где Pc — давление сжатой жидкости в трубке Y.

Также, применяя уравнение нормального манометра: Pc = Pu + hρg

, где ρ — массовая плотность ртути. , давление Pu можно рассчитать как:

(15.1) Pu = Ah3ρgVu − Ah

Сжатый объем Vc часто намного меньше первоначального объема, и в этом случае уравнение(15.1) приближается к:

(15.2) Pu = Ah3ρgVuforAh << Vuundefined

Хотя наименьшая погрешность, достижимая с помощью датчиков МакЛеода, составляет ± 1%, это все же лучше, чем та, которая достижима с большинством других датчиков, доступных для измерения. давления в этом диапазоне. Поэтому датчик Маклеода часто используется в качестве эталона, по которому калибруются другие датчики. Обычно измеряемое минимальное давление составляет 10 -1 мбар, хотя более низкие давления могут быть измерены, если применяются методы разделения давления.

Ионизационный манометр : Ионизационный манометр — это особый тип прибора, используемый для измерения очень низких давлений в диапазоне от 10-10 мбар до 1 мбар. Обычно они используются только в лабораторных условиях, поскольку их калибровка очень чувствительна к составу газов, в которых они работают, и часто необходимо использовать масс-спектрометр для определения состава газа вокруг них. Они существуют в двух формах, известных как горячий катод и холодный катод. Форма горячего катода схематически показана на рис.15.11 (б). При этом газ неизвестного давления вводится в стеклянный сосуд, содержащий свободные электроны, разряженные нагретой нитью накала, как показано на рис. 15.11 (b). Давление газа определяется путем измерения тока, протекающего между анодом и катодом внутри емкости. Этот ток пропорционален количеству ионов в единице объема, которое, в свою очередь, пропорционально давлению газа. Ионизаторы с холодным катодом работают аналогичным образом, за исключением того, что поток электронов создается высоковольтным электрическим разрядом.

Что такое термопара | Конструкция и принцип работы

Термопара — это соединение и двух разнородных металлов. Он используется для измерения температуры разницы между двумя точками. Материал, используемый в соединительных проводах, — это железо-константан или иногда медь-константан, который образует два соединения, то есть горячий спай и холодный спай. Он основан на эффекте Зеебека.

Эффект Зеебека

«Согласно эффекту Зеебека, когда проводник подвергается температурному градиенту, он генерирует напряжение».

Термопара — один из самых простых и часто используемых методов измерения температуры процесса. Работа термопары основана на эффекте Зеебека. В 1821 году Зеебек обнаружил, что когда тепло применяется к стыку двух разнородных металлов, возникает ЭДС, которую можно измерить на другом стыке. Два разнородных металла образуют электрическую цепь, и в результате генерируемой ЭДС течет ток.

Этот ток будет продолжать течь, пока T1> T2.Металл B описывается как отрицательный по отношению к металлу A, если ток течет в него через холодный спай. Произведенная ЭДС является функцией разницы температур горячего и холодного спая и определяется по формуле:

E = aΔΦ

Где ΔΦ = разница между температурами горячего и холодного спаев.

Термопара состоит из пары разнородных металлических проводов, соединенных вместе на одном конце и оканчивающихся на другом конце, которые поддерживаются при известной постоянной температуре.Место соединения двух разнородных металлических проводов называется горячим спаем, а другие концы двух проводов, заделанные и поддерживаемые при эталонной температуре, называются холодным спаем. Для обеспечения длительного срока службы в условиях эксплуатации термопара находится в защитной трубке. Соединения выполняются с помощью специального удлинительного провода, называемого компенсационным проводом. Компенсирующий провод предпочтительно должен быть из того же материала, что и провод термопары. Типовая схема железо-константановой термопары.

Отклонение, показываемое измерителем, прямо пропорционально разнице температур между горячим и холодным спаями. Самый распространенный метод измерения температуры термопарами включает использование потенциометров.

Мы знаем, что цепь состоит из двух разнородных металлов, эти металлы соединены вместе таким образом, что они образуют два соединения, то есть один является горячим, а другой — холодным. Когда существует разница температур между двумя переходами i.е. горячий спай и холодный спай создается ЭДС , которая вызывает протекание тока в цепи, когда она замкнута. Этот термоэлектрический эффект , , вызванный контактом с потенциалом на стыке, известен как эффект Зеебека .

Таким образом, термопара представляет собой устройство, которое производит ЭДС, когда существует разница температур между горячим спаем и холодным спаем, величина термо-ЭДС зависит от материала используемого провода и от разницы температур между спаями.Два спая, то есть «горячий спай, и , холодный спай, », также известны как чувствительный спай , и опорный спай , «

. Преимущества термопары

  1. Термопара имеет быстрое время отклика.
  2. Термопара дешевле.
  3. Не требуется мостовая схема .
  4. Имеет широкий температурный диапазон.
  5. Термопары просты, прочны и легки в изготовлении.
  6. Точечный датчик температуры.
  7. Нет проблемы с проводом сопротивления.

Недостатки термопары

  1. Наименее стабильный и наименее воспроизводимый.
  2. Низкая чувствительность к небольшим температурным перепадам.
  3. Удлинительный провод должен быть термопары того же типа.
  4. Термопара имеет самую низкую точность.
  5. Термопара наименее устойчива.
  6. Повторная калибровка термопары затруднена.

Применение термопары

  1. Термопара используется при термообработке.
  2. Термопара используется в обработке полупроводников.
  3. Термопары используются в медицинском оборудовании.
  4. Используется при промышленной термообработке.
  5. Термопары используются в упаковочном оборудовании.
  6. Термопары используются в машинах для формования пластмассы .
  1. Что такое термопара?

    Термопара — это прибор для измерения температуры. Он состоит из двух разнородных металлов, которые соединены вместе таким образом, что образуют два соединения i.е. один — горячий спай , а другой — холодный спай .

  2. Из какого материала сделана термопара?

    Материал, используемый в термопаре, — это железо-константан (тип J), хромель-алюмель (тип K) или иногда это может быть медь-константан (тип T) , который образует два спая, то есть горячий спай и холодный спай.

  3. Что такое эффект Зеебека?

    Когда существует разница температур между двумя переходами i.е. горячий спай и холодный спай создается ЭДС, которая вызывает протекание тока в цепи, когда она замкнута. Этот термоэлектрический эффект , , вызванный контактом с потенциалом на стыке, известен как эффект Зеебека .

  4. Каков принцип работы термопары?

    Термопара — это прибор для измерения температуры с помощью ЭДС, возникающей между горячим и холодным спаями. Устройство работает по принципу эффекта Пельтье и эффекта Зеебека .

Читайте также >>>>

Сообщение навигации

Работа и типы термопар — Мир химической инженерии

Работа и типы термопар

Работа и типы термопар

Работа и типы термопары

Термопара — это устройство, которое используется для измерения температуры. По сути, это один из датчиков измерения температуры. Он используется во всех отраслях промышленности, где для технологических процессов требуется контроль температуры или теплового потока.Следовательно, он используется в химической, обрабатывающей, нефтегазовой, металлургической, нефтяной, нефтехимической, фармацевтической, цементной, стекольной, керамической, электроэнергетической, целлюлозно-бумажной и многих других отраслях промышленности. Они также используются в обычных бытовых приборах, таких как плита, тостеры, печи и т. Д.

Термопара состоит из двух металлических проволок, каждая из которых имеет разную природу. К ним присоединяется термометр с термопарой на другом конце.

Работа термопары

Разные металлические провода в термопаре соединены в спай.Присоединение к ним завершает термоэлектрическую цепь. Когда температура на стыке повышается, возникает ток. Спай, температура на котором увеличивается, называется горячим спаем, а на другом конце есть еще один спай, называемый холодным спаем. Холодный спай тоже будет иметь определенную температуру. По сути, в контуре есть разница температур. Тепло течет с горячей стороны на холодную, в атомном масштабе носители заряда также диффундируют от горячего конца к холодному.Это означает, что разница температур создала напряжение в цепи. Можно количественно определить взаимосвязь между напряжением и разницей температур и откалибровать термопару для использования.

Типы термопар

Термопары бывают различных форм и разновидностей. Разновидности настолько велики, что необходимо подбирать подходящие термопары для конкретного применения. Наиболее распространенными типами термопар являются типы K, J, T и E. Все распространенные термопары имеют стандартную точность и изготовлены из недрагоценных металлов.

  • Термопара типа K: Такие термопары изготавливаются из никель-хромового или никель-алюминиевого сплава. Это наиболее распространенная термопара, поскольку она недорогая, надежная, точная и имеет широкий диапазон температур.
  • Термопара типа J: Материал изготовления таких термопар — железо или константан. Это следующая распространенная термопара после типа K. Она также недорогая и надежная, но имеет относительно более короткий диапазон температур и срок службы.
  • Термопара типа T: Материал изготовления — медь или константан. Это очень стабильная термопара, она предназначена для использования при низких температурах.
  • Термопара типа E: Материал конструкции — никель-хром или константан. Эта термопара предпочтительна в приложениях, где требуется лучшая точность по сравнению с типом K или J при умеренных условиях.

Преимущества термопары

  • Они достаточно просты по конструкции, имеют невысокую стоимость и достаточно долговечны по своей природе.
  • Они предлагают широкий диапазон измерения температуры.
  • У них быстрое время отклика измерения.

Недостатки термопары

  • Основополагающая взаимосвязь между переменными не является линейной. Это нелинейный характер.
  • Требуется справка, а повторная калибровка затруднена.
  • Он очень чувствителен к электромагнитным и радиочастотным помехам.

Ссылка: — информация о термопарах, Automationforum

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.