Принцип термопары: Термопара — принцип работы | Сиб Контролс

Термопара — принцип работы | Сиб Контролс

Принцип работы термопар

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

 

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

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

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

Мы можем выразить эту связь математически следующим образом:

Vmeter = V_J1 − V_J2

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

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

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

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

J1 − V_J2.

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

Как работает термопара (ТП)? | EPIC® SENSORS

Термопары EPIC® SENSORS выдают измерительный сигнал (мВ), который пропорционален температуре и зависит от типа используемой термопары.

Принцип измерения

Когда два проводника из разных металлов или сплавов (термопровода) соединяются вместе на одном конце (горячий спай), образуется термопара. Свободные концы этих проводов образуют опорный спай. При наличии разности температур между горячим T1 и опорным T2 спаями генерируется термоЭДС (мВ), уровень которой пропорционален разнице температур T1-T2 и зависит от материалов, из которых образована термопара (эффект Зеебека).

По этой причине важно обеспечить стабильность опорного спая, когда он перемещён в точку с известной температурой при помощи удлинительного кабеля или изолированного термопарного кабеля. 

Компенсация холодного спая

Измерительному преобразователю требуется информация о температуре опорного (холодного) спая T2. Изменение температуры опорного спая учитываются при компенсации холодного спая. Во вторичных (измерительных) преобразователях может быть встроена функция компенсации или измерительный резистор встроен в клеммы. Если опорный спай далеко от измерительного преобразователя, используется отдельное измерение температуры этой точки и передаётся на измерительный преобразователь как сигнал компенсации.

Температурные диапазоны и допуски типов термопар:

Тип	Класс точности	Температурный диапазон °C	Постоянное значение °C	Допуски
T	1 2 3	-40. ..+350 -40…+350 -200…+40	± 0,5 ± 1,0 ± 1,0	± 0,004 [t] ± 0,0075 [t] ± 0,015 [t]
E	1 2 3	-40…+800 -40…+900 -200…+40	± 1,5 ± 2,5 ± 2,5	± 0,004 [t] ± 0,0075 [t] ± 0,015 [t]
J	1 2	-40…+750 -40…+750	± 1,5 ± 2,5	± 0,004 [t] ± 0,0075 [t]
K	1 2 3	-40…+1000 -40…+1200 -200…+40	± 1,5 ± 2,5 ± 2,5	± 0,004 [t] ± 0,0075 [t] ± 0,015 [t]
N	1 2 3	-40…+1000 -40…+1200 -200…+40	± 1,5 ± 2,5 ± 2,5	± 0,004 [t] ± 0,0075 [t] ± 0,015 [t]
R и S	1 2	0. ..+1600 0…+1600	± 1,0 ± 1,5	± [1+(t-1100)×0,003] °C ± 0,0025 [t]
L*	-200…+400 +400…+900	± 3,0 °C ± 0,75 %

* Тип L определён по стандарту DIN 43710, остальные по стандарту EN 60584-2.

Материалы и кабели для различных типов термопар

• Материалы кабеля* – те же самые, либо имеющие схожие электрические свойства, что и материалы проводов термопары. Более подробная информация на странице: Компенсационные кабели .
• Цвета кабелей/проводов ** согласно стандарту МЭК 584, исключая типы U и L, соответствующие стандарту DIN 43710.
• Кликните на изображение ниже.

классификация, как работает, особенности применения

Термопа́ра — устройство основанное на преобразовании электрического сигнала в показатель температуры при изменении физических параметров веществ, из которых состоит прибор. Термопары широко распространены в промышленности, коммунальном хозяйстве, используются в массе бытовых приборов и автомобилях. От самых простых приборов (которые можно встретить в обычных утюгах) до сложных и дорогих (жаростойкие термопластины для измерения температуры на газовых турбинах) их можно встретить везде, где стоит задача измерения температуры.

Как работает термопара?

Термопара состоит из пары проводников из отличающихся материалов, соединенных между собой только с одной стороны.

Регистрирующие приборы (аналоговые, цифровые) измеряют разницу термо-ЭДС возникающих в местах спайки и на концах проводников.

Действие прибора построено на эффекте Зеебека(термоэлектрической эффект). Представьте две проволоки соединенные между собой двумя спайками. Если нагревать/охлаждать одну спайку, то по кольцу потечет ток. Его вызывает термо-ЭДС, которая возникает за счет разности потенциалов между спайками.

Интересное видео о термопарах от НИЯУ МИФИ смотрите ниже:

При одинаковой температуре спаек сума токов в цепи равна нулю – ток не течет. При отличающихся температурах возникает разность потенциалов между спайками. От интенсивности нагревания/охлаждения зависит и разность потенциалов.

Термо-ЭДС можно измерить. Она пропорциональна изменению разности температур на спайках. Самый простой способ измерения параметров тока в таких условиях – гальванометр (применяется для демонстрации эффекта Зеебека).

В современных сложных термопарах применяются электронные средства преобразования сигнала.

Особенности работы с термопарами для точных и высокоточных измерений

1. Недостаток большинства термопар – это необходимость градуировки каждого прибора в отдельности.
   

   Для точных измерений на предприятиях-изготовителях каждая термопара проходит отдельные испытания.

2. Необходимо вносить поправку на температуру среды измерительных устройств.
3. Термопара должна находиться в одинаковых условиях по всей длине измерительного участка.
4. Для определения наиболее точного результата можно использовать рядом с основной термопарой контрольные термопары.
5. Для точных измерений используют провода с экранами, для уменьшения наводок: токи, вызываемые термо-ЭДС, незначительны по своей величине.

Ещё одно интересное видео о термопарах смотрите ниже:

Классификация термопар, их свойства и сферы применения

В российском ГОСТе применяется трехбуквенное обозначение кириллицей групп термопар, в международной классификации (МЭК) приняты латинские однобуквенные обозначения.

В большинстве случаев группы термопар соответствуют обеим системам классификации.

В таблице даны обозначения по ГОСТу, в скобках приведены аналоги по МЭК:

Тип термопары	Материал	Свойства
ТХА (К)	Вольфрам + родий	Для работы в нещелочных средах. Измеряет в пределах −250…+2500°С
ТНН (N)	Никросил+ нисил	Диапазон температур — 0…1230°С, относится к группе универсальных термопар
ТЖК (J)	Железо + константан	-200 до +750°С дешевый и надежный вариант для промышленности.
ТМК (Т)	Медь + константан	-250…+ 400°Снедорогие термопары
ТХК (L)	Хромель+ копель	наибольшая чувствительностью, но ограничены по диапазону измерений – до 600 °С и очень хрупкие.
ТПП (R, S)	Платинородий + платина	Для работы в газовых средах, окисленных средах. Недостаток – чувствительны к примесям, нагарам, требуют стерильных условий производства.
ТВР (А-1, А-2, А-3)	Вольфрам + рений	Диапазон измерений -22О0°С в нормальных средах. Сложны в производстве и эксплуатации.

В таблице приведены наиболее часто встречаемые в сети интернет термопары.

Также существуют другие виды термопар для редких условий работы. Как правило, это штучные приборы, разрабатываемые только под заказ.

Термопара – устройство и принцип работы простым языком

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

Общие характеристики

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

Термопары

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

• спайка;
• ручная скрутка;
• сварка.

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

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

Говоря простым языком, термопара, в зависимости от материалов, из которых состоят проводники, позволяет определять температурный режим в разнообразных диапазонах значений. В целом, термопара определяет температуру ориентировочно от -250°С до +2 000°С.

ВИДЕО: Измерение температуры с помощью термопары

Принцип действия термопары

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

Схематическая работа устройства

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

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

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

Конструкция устройства

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

• термопары, не имеющие корпуса;
• с кожухом, служащим в качестве защиты.

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

Термопара для котельного оборудования

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

Разновидности термопары

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

• Группа Е – состоит из комбинированного материала — хромель-константан. Соединительный спай обладает повышенной производительностью – более 69 мкВ/^оС, подходящей для криогенного применения. Помимо всего, система не имеет магнитные свойства, а температурный режим варьируется от – 50°С до + 740°С.
• Группа J – термоэлектроны производятся из положительного железа и отрицательного типа константаны. Разбег функционирования данной серии термопара меньше, чем в прошлой группе -40°С — + 750°С, однако показатель чувствительности более высокий – 50 мкВ/°С.
• Группа К – самый распространенный тип устройств, состоящий из комбинации материалов – алюминий и хромель. Производительность системы равняется 40 мкВ/°С, функционирование происходит в пределах температурных показателей от – 200°С до 1 350°С. Следует помнить, что даже при низком уровне окисления в диапазоне температуры 800-1050°С, элемент из хромеля отсоединяется и приобретает намагниченное состояние, что называется «зеленая гниль». Данный фактор отрицательно сказывается на функционировании регулятора.
• Группа М – применяется в комплектациях печей вакуумного вида. Рабочие силы варьируются от -260 до + 1400°С с максимальной погрешностью в 2 градуса.

Принцип работы термопары

• Группа N – устройство выпускается для использования в устройствах обладающих температурными обозначениями – 270 и 1300°С, что является гарантией хорошей работоспособности и устойчивости перед окислительными процессами. Чувствительность не превышает 40 мкВ/°С.
• Группы В, S, R отличаются стабильной работой с более пониженным ЭДС – 10мкВ/°С. Из-за плохой чувствительности, используется исключительно для определения повышенных температур.
• Группы В, С, S – первый символ обозначает модификацию, подходящую для измерения температуры до 1 800^оС, S – 1 600°С, С – до 1 500.
• Рениево-вольфрамовые термопары применяются для измерения высоких температур 25 000°С и менее. Также устройство предназначено для устранения окислительной атмосферы, разрушающей материал.

Термопары хромель-алюмель

Монтаж

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

1. Откручиваете гайку внутри резьбового соединения к газопроводу.
2. На самой термопаре откручиваете компенсационный винт.
3. В отверстие монтажного кронштейна вставляете термопару.
4. Протрите место соединения ветошью резьбовое соединение и гайку.
5. Закрутите соединение до упора, но не затягивайте слишком сильно. Если есть необходимость, можно использовать прокладку.

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

Термопара для печи

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки применения измерителя

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

Плюсы:

• Широкий диапазон температурных режимов, делающих устройство самым устойчивым контактным датчиком перед высокими показателями.
• В результате нарушения целостности спая можно полностью заменить узел или создать прямой контакт непосредственно через измеряемые системы.
• Простота устройства, прочность и большой эксплуатационный срок.

Термопара «Арбат»

Минусы:

• При установке температурного датчика необходимо регулярно контролировать изменения напряжения холодных спаев. Для облегчения задачи требуется приобрести дополнительный термистор. Также можно заменить устаревший прибор полупроводниковым сенсором, способным автоматически вносить изменения в ТЭДС.
• Подверженность к поражению коррозией, в результате чего происходит термоэлектрическая недостаточность и нарушение градуировочных характеристик.
• Электроды состоят из материалов, которые не считаются химически инертным, поэтому при нарушении герметичности корпуса система становится подверженной агрессивным процессам окружающей среды.
• Длинные термопарные провода образовывают электромагнитное поле.
• Возникают сложности в процессе создания вторичного преобразователя сигналов из-за несущественного взаимодействия ТЭДС и температурных режимов.
• Для стабильной работы с термической инерцией, обязательным условием термопара считается обеспечение качественной электроизоляцией, заземление функционирующих спаев, предостерегающих от возникновения утечки в землю.

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

Как работают термопары? Краткое руководство

Термопары — это надежные датчики температуры, которые используются во многих промышленных приложениях. Узнайте, что такое термопары, как они работают и почему они так популярны.

Термопары — это электрические устройства, используемые для измерения температуры. Их точность, быстрое время реакции и способность выдерживать сильные вибрации, высокое давление и экстремальные температуры делают их идеальными для широкого спектра применений. Но как работает термопара?

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары основан на эффекте Зеебека или термоэлектрическом эффекте, который относится к процессу преобразования тепловой энергии в электрическую.Эффект описывает электрическое напряжение, возникающее при соединении двух разных проводников, и то, как создаваемое напряжение изменяется в зависимости от температуры.

Базовая конструкция термопары состоит из двух разнородных металлических проводов, каждая из которых имеет разные электрические свойства при разных температурах. Два металла находятся в контакте — касаются друг друга, скручены или сварены — на одном конце; это точка измерения . На другом конце находится точка подключения , названная так потому, что она подключается к считывателю напряжения.Когда температура изменяется в точке измерения, изменяется и электронная плотность каждой металлической проволоки. Эта изменяющаяся электронная плотность составляет напряжение , которое измеряется в точке подключения.

Обратите внимание, что термопары фактически не измеряют абсолютную температуру. Вместо этого они измеряют разность температур между точкой измерения и точкой подключения. Вот почему термопарам также необходима компенсация холодного спая , которая гарантирует, что температура окружающей среды на соединительных выводах холодного спая не влияет на результат измерения, что позволяет получать более точные показания.

Металлические пары в термопарах

Для того, чтобы термопара работала хорошо, два ее провода должны обеспечивать как можно больший контраст в индивидуальных электроотрицательностях. Это сделано для того, чтобы устройство считывания напряжения могло обнаружить наибольшую разницу термоэлектрических напряжений.

Термопары из недрагоценных металлов , известные как типы J, T, K, E и N, производят более высокие термоэлектрические напряжения, чем более дорогие благородные металлы, известные как типы R, S и B. выдерживает температуру до 3092 ° F (1700 ° C) или даже выше.Некоторые из обычных пар металлов — это железо и медь-никель (тип J), медь и медь-никель (тип T), а также никель-хром и никель-алюминий (тип K). Термопары из благородных металлов обычно изготавливаются из платины и родия (типы S, R и B).

WIKA USA производит широкий спектр высококачественных термопар с различными температурными диапазонами, конфигурациями и материалами. Для получения дополнительной информации о том, как работает термопара, посмотрите это короткое видео или свяжитесь с нашими специалистами по измерению температуры.

Как работают термопары? Принципы работы термопар

Когда два провода, состоящие из разнородных металлов, соединяются на обоих концах и один из концов нагревается, в термоэлектрической цепи протекает постоянный ток. Если эта цепь разорвана в центре, чистое напряжение холостого хода (напряжение Зеебека) является функцией температуры перехода и состава двух металлов. Это означает, что когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может обратно соотноситься с температурой.

Работа со временем отклика

Постоянная времени была определена как время, необходимое датчику для достижения 63,2% ступенчатого изменения температуры при заданном наборе условий. Чтобы датчик приблизился к 100% значения ступенчатого изменения, требуется пять постоянных времени. Термопара с открытым спаем обеспечивает самый быстрый отклик. Кроме того, чем меньше диаметр оболочки зонда, тем быстрее отклик, но максимальная температура может быть ниже. Однако имейте в виду, что иногда оболочка зонда не может выдерживать полный температурный диапазон типа термопары.Узнайте больше о времени отклика термопар.

В чем разница: термопары, RTD, термисторы и инфракрасные устройства?

Чтобы выбирать между датчиками, указанными выше, вы должны учитывать характеристики и стоимость различных датчиков, а также доступное оборудование. Кроме того, термопары, как правило, могут измерять температуру в широком диапазоне температур, недорого и очень надежны, но они не так точны и стабильны, как термометры сопротивления и термисторы.RTD стабильны и имеют довольно широкий диапазон температур, но не так прочны и недороги, как термопары. Поскольку для проведения измерений требуется использование электрического тока, RTD могут иметь неточности из-за самонагрева. Термисторы имеют тенденцию быть более точными, чем RTD или термопары, но они имеют гораздо более ограниченный диапазон температур. Также они подвержены самонагреву. Инфракрасные датчики можно использовать для измерения температуры выше, чем у других устройств, и делать это без прямого контакта с измеряемыми поверхностями.Однако они, как правило, не так точны и чувствительны к эффективности излучения поверхности (или, точнее, коэффициенту излучения поверхности). Используя оптоволоконные кабели, они могут измерять поверхности, которые находятся вне прямой видимости.

Техническое обучение Техническое обучение Принцип работы термопары

— Inst Tools

ТЕРМОПАРЫ

Термопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце, которые создают напряжение (выраженное в милливольтах) при изменении температуры.Место соединения двух металлов, называемое чувствительным соединением, соединяется с удлинительными проводами. Любые два разнородных металла могут быть использованы для изготовления термопары.

P Принцип работы

• Когда два разнородных металла соединены вместе, на стыке генерируется небольшое напряжение, называемое напряжением термоперехода . Это называется эффектом Пельтье .

• Если температура соединения изменяется, это вызывает изменение напряжения, что может быть измерено входными цепями электронного контроллера.Выходное напряжение — это напряжение, пропорциональное разнице температур между спаем и свободными концами. Это называется эффектом Томпсона .

• Оба этих эффекта можно комбинировать для измерения температуры. Удерживая один спай при известной температуре (эталонный спай) и измеряя напряжение, можно определить температуру чувствительного спая. Генерируемое напряжение прямо пропорционально разнице температур. Комбинированный эффект известен как эффект термоспая или эффект Зеебека .

На рисунке справа показана простая схема термопары.

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

Однако основная проблема при измерении температуры термопарами заключается в том, что провода A и B должны подключаться к выводам вольтметра, которые обычно сделаны из меди.Если ни провод A, ни провод B сами по себе не являются медными, при подключении к DVM образуется еще два термопреобразователя ! (Металлы термопар обычно не такие, как у проводов DVM.) Эти дополнительные термопары также создают напряжение термопары, которое может создать ошибку при попытке измерить напряжение с чувствительного перехода.

Как решить эту проблему?

Одним из простых решений является добавление четвертого термопреобразователя, называемого эталонным спаем , путем вставки дополнительной длины металлического провода A в схему, как показано ниже.Эталонный спай состоит из металлов A и B, как показано на рисунке.

Эта модифицированная схема анализируется следующим образом:

При таком расположении остаются еще два дополнительных спая термопары, где компенсированная термопара подключается к вольтметру (DVM). Два соединения с DVM теперь находятся между металлом A и медью. Эти два перехода расположены близко друг к другу, , и при той же температуре , так что их напряжения термоперехода идентичны и компенсируют друг друга.Между тем, новый эталонный спай помещается в место, где эталонная температура T _R известна точно, обычно в ванне с ледяной водой с фиксированной температурой T _R = 0 ° C. Если чувствительный переход также имеет температуру 0 ° C (T _s = 0 ^o C), напряжение, генерируемое чувствительным переходом, будет равно и противоположно напряжению, генерируемому опорным переходом. Следовательно, V _o = 0, когда T _s = 0 ° C. Однако, если температура чувствительного перехода не равна T _R , V _o будет отличным от нуля.

Таким образом, V _o является уникальной функцией температуры датчика T _s и двух металлов, используемых для термопары . Таким образом, для известной эталонной температуры и известных материалов провода термопары для измерения температуры можно использовать выходное напряжение V _o . Это фундаментальная концепция использования термопар.

Материалы термопары

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

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

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

Характеристики типов термопар

Из бесконечного числа комбинаций термопар Американское общество приборостроения (ISA) признает 12. Большинство этих типов термопар имеют однобуквенные обозначения; наиболее распространены J, K, T и E.Состав термопар соответствует международным стандартам, но цветовая кодировка проводов у них разная. Например, в США отрицательный вывод всегда красный, в то время как остальной мир использует красный цвет для обозначения положительного вывода. Часто стандартные типы термопар упоминаются по их торговым наименованиям. Например,

• A , термопара типа K имеет цвет желтый и использует хромель — алюмель, , которые являются торговыми наименованиями сплавов проволоки Ni-Cr и Ni-Al.

• Термопара типа J имеет цвет черный и использует железо и константан в качестве составляющих металлов. (Константан — это сплав никеля и меди.)

• Термопара типа T имеет цвет синий и использует медь и константан в качестве составляющих металлов.

• A тип S термопара использует Pt / Rh-Pt

• A , термопара типа E использует Ni / Cr-Con

• A , термопара типа N использует Ni / Cr / Si-Ni / Si

Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре.Различия в составе сплава и состоянии стыка между проволоками являются источниками погрешностей в измерениях температуры. Стандартная погрешность провода термопары варьируется от ± 0,8 ° C до ± 4,4 ° C, в зависимости от типа используемой термопары. Термопара типа K рекомендуется для большинства приложений общего назначения. Он предлагает широкий диапазон температур, низкую стандартную ошибку и хорошую коррозионную стойкость. Фактически, многие цифровые мультиметры (DMM) могут измерять температуру, подключив термопару типа K со стандартными соединениями.

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

Выбор типа термопары

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

При выборе термопары используются следующие критерии:

1. Диапазон температур.
2. Химическая стойкость материала термопары или оболочки.
3. Устойчивость к истиранию и вибрации.
4. Требования к установке (может потребоваться совместимость с существующим оборудованием; существующие отверстия могут определять диаметр зонда).

Стандартные технические характеристики

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

Длина: Стандартные термопары имеют длину погружения 12 дюймов. Другая длина изготавливается на заказ.

Оболочки: Нержавеющая сталь 304 и инконель являются стандартными.

Изоляция: Оксид магния входит в стандартную комплектацию. Минимальное сопротивление изоляции провод к проводу или провод к оболочке составляет 1,5 МОм при 500 В постоянного тока для всех диаметров.

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

Гибка: Легко изгибается и деформируется. Радиус изгиба должен быть не менее двух диаметров оболочки.

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

Соединения термопар:

Доступны зонды с термопарами в оболочке с одним из трех типов спая: заземленным, незаземленным или незащищенным.

Заземленное соединение — В этом типе провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей теплопередаче снаружи через стенку зонда к спайу термопары. Заземленный переход рекомендуется для измерения статических или текущих температур агрессивных газов и жидкостей, а также для приложений с высоким давлением.Спай заземленной термопары приварен к защитной оболочке, обеспечивая более быстрый отклик, чем спай незаземленного типа.

Незаземленный спай — В подземном зонде спай термопары отсоединен от стенки зонда. Время отклика уменьшается по сравнению с заземленным типом, но незаземленный обеспечивает электрическую изоляцию 1,5 M1 / ​​2 при 500 В постоянного тока для всех диаметров. Незаземленный спай рекомендуется для измерений в агрессивных средах, где желательно, чтобы термопара была электрически изолирована от оболочки и экранирована ею.Термопара из сварной проволоки физически изолирована от оболочки термопары порошком MgO (мягкий).

Открытый спай — В стиле открытого спая термопара выступает из конца оболочки и подвергается воздействию окружающей среды. Этот тип обеспечивает лучшее время отклика, но его использование ограничено некоррозийными и не находящимися под давлением приложениями. Соединение выходит за пределы защитной металлической оболочки, обеспечивая точный и быстрый отклик.Изоляция оболочки герметизирована в местах соединения, чтобы предотвратить проникновение влаги или газа, которое может вызвать ошибки.

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

T Законы для гермопар

Первые несколько обозначений :

Пусть T ₁ будет температурой ванны 1, а T ₂ будет температурой ванны 2.

Пусть V _1-R определяется как напряжение, создаваемое термопарой при температуре T ₁ , когда используется надлежащий эталонный спай при температуре T _R (T _R = эталонная температура = 0 ^o C ). V _1-R — напряжение, указанное в таблице термопар при температуре T ₁ .

Пусть V _1-2 определяется как разница напряжений между V _1-R и V _2-R ,

V1-2 = V1-R — V2-R

Условные обозначения :

Ошибки отрицательного знака могут быть проблематичными при работе с этими уравнениями, если одно из них не согласовано.

По соглашению, таблицы термопар построены так, что на более высокая температура получается на более высокое напряжение термопары .

Другими словами, всегда предполагается, что два провода термопары (назовем их провод A и провод B) подключены к вольтметру таким образом, что напряжение составляет плюс , когда измеряемая температура на больше чем эталонная температура. Аналогично, напряжение составляет отрицательное значение , когда измеряемая температура на меньше , чем эталонная температура.

Так как стандартная эталонная температура для таблиц термопар составляет 0ºC, положительные температуры в единицах ºC дают положительные термопереходные напряжения, а отрицательные температуры в единицах ^o C дают отрицательные термопереходные напряжения.

Обратите внимание, что если провода подключены к вольтметру стороной , противоположной , то напряжения, конечно, будут иметь противоположный знак.

К термопарам применяются три закона или правила:

• Закон промежуточных металлов

«Третий (промежуточный) металлический провод может быть вставлен последовательно с одним из проводов без изменения показания напряжения (при условии, что два новых спая имеют одинаковую температуру)».

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

Закон промежуточных металлов гласит, что показание напряжения, V _1-2 , не изменится, если добавить третий (промежуточный) провод на одной линии с любым из проводов в цепи, как показано ниже:

На приведенной выше диаграмме предполагается, что оба новых перехода (между металлом B и металлом C) имеют одинаковую температуру, т.е.е. температура окружающей среды, T _a .

Легко видеть, что здесь должен соблюдаться закон промежуточных металлов, поскольку любое напряжение, генерируемое на одном из новых переходов, в точности компенсируется равным и противоположным напряжением, генерируемым на другом новом переходе.

Точно так же металл C может быть вставлен в любое другое место в цепи без какого-либо влияния на выходное напряжение, при условии, что два новых перехода имеют одинаковую температуру. Например, рассмотрим следующую модифицированную схему:

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

• Закон промежуточных температур

«Если идентичные термопары измеряют разницу температур между T ₁ и T ₂ , и разность температур между T ₂ и T ₃ , тогда сумма соответствующих напряжений V _1-2 + V _2-3 должна равняться напряжению V _1-3 , генерируемому идентичной термопарой измерение разницы температур между T ₁ и T ₃ ”.

Математическая формулировка закона промежуточных температур:

V _1-3 = V _1-2 + V _2-3 для любых трех температур, T ₁ , T ₂ и T ₃ .

Рассмотрим схему ниже, где показаны шесть термоспаев, по два в каждой ванне с постоянной температурой. Примечание. Во избежание путаницы на схеме медные выводы цифрового вольтметра больше не показаны. Кроме того, для краткости буквы A и B обозначают металл A и металл B, два разных типа проводов для термопар.

Согласно принятой здесь системе обозначений,

V1-3 = V1-R — V3-R,

, которое можно записать как

V1-3 = (V1-R — V2-R) + (V2-R — V3-R)

Но поскольку (тоже по определению)

V1-2 = V1-R — V2-R и

V2-3 = V2-R — V3-R,

непосредственно следует, что

V1-3 = V1-2 + V2-3.

«Для данного набора из 3 проводов термопары, A, B и C, все измеряют одну и ту же разницу температур T ₁ — T ₂ , напряжение, измеренное проводами A и C должно равняться сумме напряжения, измеренного на проводах A и B, и напряжения, измеренного на проводах B и C ”.

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

Математически закон аддитивных напряжений можно сформулировать как:

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

Или, переставив по напряжению разности ,

V1-2 (провода A и B) = V1-2 (провода A и C) — V1-2 (провода B и C).

Термобатарея

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

По мере увеличения T ₂ выходное напряжение значительно увеличивается. Преимущество термобатареи (по сравнению с одним чувствительным переходом) повышенная чувствительность .

Здесь выходное напряжение в три раза больше, чем вырабатывается только одной термопарой при идентичных условиях, как показано ниже:

При достаточном количестве чувствительных переходов термобатарея действительно может генерировать полезное напряжение.Например, термобатареи часто используются для управления запорной арматурой в печах .

Также читайте: Основы термопар и датчиков RTD

Принцип работы термопары

— ваше руководство по электрике

Привет друзья,

В этой статье я собираюсь обсудить принцип работы термопары , ее типы и свойства.

Термопары — это датчики температуры, которые широко используются для измерения изменений температуры.Они определяют температуру, и после ее измерения температура дополнительно измеряется другими приборами.

Поскольку они преобразуют неэлектрическую величину (температуру) в напряжение (электрическую величину), они также являются преобразователями. Поскольку для работы им не требуется внешний источник питания, они являются активными преобразователями.

Принцип работы термопары основан на эффекте Зеебака. Этот эффект утверждает, что когда замкнутая цепь образуется путем соединения двух разнородных металлов на двух стыках, и стыки поддерживаются при разных температурах, тогда электродвижущая сила (например.м.д.) индуцируется в этой замкнутой цепи.

Величина наведенной э.д.с. различна для разных сочетаний металлов и пропорциональна разности температур спаев. Это основной принцип работы термопары.

Типовая принципиальная схема термопары показана на рисунке. На рисунке два разнородных металла «A» и «B» соединены в двух местах соединения «P» и «Q». Здесь «P» -пай — это измерительный или горячий спай, а «Q» — это опорный спай или холодный спай.И прибор PMMC подключается по этой схеме, как показано на рисунке.

Когда эти спайки поддерживаются при разных температурах, обычно холодный спай поддерживается при 0 ^o ° C, а измерительный спай поддерживается при неизвестной температуре, которую мы хотим измерить (т.е. температура спая повышается за счет его нагрева). Э.д.с. будет генерироваться в этой цепи из-за разницы температур спаев.

Данный э.м.ф. порядка милливольт. И е.м.ф. можно измерить с помощью прибора PMMC, подключив его в схему, как показано на рисунке.

Когда оба спая имеют одинаковую температуру, э.д.с. генерируемые на обоих стыках будут одинаковыми. По цепи не будет протекать ток. И прогиба счетчика не будет.

Когда оба перехода имеют разную температуру, через счетчик будет протекать ток. И измеритель покажет отклонение. Поскольку сгенерированная э.д.с. пропорциональна разнице температур, величина протекающего тока также будет пропорциональна разнице температур.Таким образом, измеритель можно откалибровать непосредственно по температуре.

Эталонный спай, или холодный спай, обычно подключается к измерительному прибору и поддерживается при 0 ^o C. Для точного измерения температуры температура эталонного спая должна оставаться постоянной или должна обеспечиваться соответствующая компенсация, если она должна измениться. Чтобы уменьшить погрешности, большинство термопар теперь оснащены приборами, обеспечивающими автоматическую компенсацию опорного значения.

Таким образом, термопара используется для измерения температуры.Поскольку он преобразует неэлектрическую величину (температуру) в электрическую величину (ЭДС), он также может использоваться в качестве преобразователя. Поскольку для работы не требуется никакого источника питания, это вторичный преобразователь.

Они используются для измерения температуры до 1400 ^o C. Существуют различные комбинации металлов, которые используются в термопарах. Различные комбинации генерируют разные ЭДС.

Металлы для конструкции термопары следует выбирать так, чтобы мы могли получить линейную зависимость между изменением температуры и генерируемой e.м.ф.

Выбор металла также зависит от диапазона измеряемых температур и от характера атмосферы, в которой будет использоваться термопара.

Э.д.с. сгенерированный в термопаре, определяется как:

E = a (∆θ) + b (∆θ) ²

∆θ = разница температур между двумя спаями (в ^o C)
a, b = константы

как правило, «a» очень велико по сравнению с «b», поэтому «b» можно пренебречь. Следовательно, приведенное выше выражение можно приблизительно представить следующим образом:

E = a (∆θ)

∆θ = E / a

Как правило, они не устанавливаются непосредственно в трубопроводы или оборудование.Обычно их устанавливают в защитных колодцах, чтобы их можно было легко заменить или снять без остановки установки.

С введением защитных колодцев срабатывание термопары значительно замедляется. Если быстрое срабатывание является основным требованием, следует использовать термопары в голой или тонкой оболочке.

Типы термопар

T — Тип термопары

Положительный провод — Cu
Отрицательный провод — Constantan

Может использоваться до 350 ^o C.Это очень стабильно и недорого. Обычно он используется для очень низких температур.

E — Термопара типа

Положительный провод — Chromel
Отрицательный провод — Constantan

Может использоваться до 850 ^o C. Это наиболее чувствительная термопара. Он генерирует высокое выходное напряжение.

J — Тип термопары

Положительный провод — железо
Отрицательный провод — Constantan

Может использоваться при температуре до 1000 ^o C. Это очень распространенный тип термопары.Его стабильность высокая.

K — Тип термопары

Положительный провод — Chromel
Отрицательный провод — Alumel

Может использоваться до 1200 ^o C. Это широко используемый тип термопары. Это более дешевый тип по сравнению с другими типами.

S — Тип термопары

Положительный провод — платина 10% родий
Отрицательный провод — платина

Может использоваться до 1400 ^o C. Он имеет очень высокую точность, поэтому используется для очень высоких требований к точности.

Ток будет течь от провода с маркировкой «+ ve» к проводу с маркировкой «ve». В термопарах отрицательный вывод обычно представляет собой красный провод . Цвет положительного вывода будет соответствовать его типу.

Преимущества:

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

Недостатки:

• У них очень низкая точность. Поэтому их нельзя использовать для измерения с очень высокой точностью.
• Они должны защищать от загрязнения, чтобы обеспечить долгий срок службы.
• Они размещены на очень большом расстоянии от измерительного прибора. Это увеличивает погрешности в результате.

Спасибо, что прочитали о «принципе работы термопары».

Приборы | Все сообщения

© www.yourelectricalguide.com/ принцип работы термопары.

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

Определение: Термопара — это устройство для измерения температуры. Он используется для измерения температуры в одной конкретной точке. Другими словами, это тип датчика, который используется для измерения температуры в виде электрического тока или ЭДС.

Термопара состоит из двух проволок из разных металлов, сваренных на концах.Сваренная часть создавала стык, где обычно измеряли температуру. Изменение температуры провода вызывает появление напряжения.

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары зависит от трех эффектов.

Обратный эффект — Обратный эффект возникает между двумя разными металлами. Когда тепло поступает к любому из металлов, электроны начинают переходить от горячего металла к холодному. Таким образом, в цепи возникает постоянный ток.

Короче говоря, — это явление, при котором разница температур между двумя разными металлами вызывает разность потенциалов между ними . Эффект Зее-Бека создает небольшие напряжения на один градус температуры.

Эффект Пельтье — Эффект Пельтье противоположен эффекту Зеебека. Эффект Пельтье утверждает, что разница температур может быть создана между любыми двумя разными проводниками путем приложения разности потенциалов между ними.

Эффект Томпсона — Эффект Томпсона утверждает, что , когда два разнородных металла соединяются вместе, и если они создают два соединения, тогда напряжение индуцирует всю длину проводника из-за температурного градиента . Температурный градиент — это физический термин, который показывает направление и скорость изменения температуры в определенном месте.

Конструкция термопары

Термопара состоит из двух разнородных металлов.Эти металлы свариваются в месте соединения. Это соединение считается точкой измерения. Точки соединения подразделяются на три типа.

1. Незаземленный переход — В незаземленном переходе проводники полностью изолированы от защитной оболочки . Используется для работ с высоким давлением. Основное преимущество использования такого типа перехода заключается в том, что он снижает влияние паразитного магнитного поля.
2. Заземленный переход — В таком переходе металл и защитная оболочка свариваются друг с другом. Заземленный переход используется для измерения температуры в агрессивной среде. Этот переход обеспечивает устойчивость к шуму.
3. Открытое соединение — Такой тип соединения используется там, где требуется быстрое срабатывание. Открытый спай используется для измерения температуры газа.

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

Работа термопары

Схема термопары показана на рисунке ниже.Схема состоит из двух разнородных металлов. Эти металлы соединены вместе таким образом, что образуют два соединения. Металлы прикрепляются к стыку посредством сварки.

Пусть P и Q — два спая термопары. T ₁ и T ₂ — температуры на стыках. Поскольку температуры переходов отличаются друг от друга, в цепи генерируется ЭДС.

Если температура в переходе становится равной, в цепи генерируется равная и противоположная ЭДС, и через нее протекает нулевой ток.Если температуры соединения становятся неравными, в цепи индуцируется разность потенциалов. Величина индукции ЭДС в цепи зависит от типа материала, из которого изготовлена ​​термопара. Полный ток, протекающий по цепи, измеряется измерительными приборами.

ЭДС, наводимая в цепи термопары, определяется уравнением где Δθ — разность температур между горячим спаем термопары и эталонным спаем термопары.
а, б — константы

Измерение выхода термопары

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

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

Преимущества термопары

Ниже приведены преимущества термопар.

1. Термопара дешевле, чем другие приборы для измерения температуры.
2. Термопара имеет быстрое время отклика.
3. Имеет широкий температурный диапазон.

Недостатки термопар

1. Термопара имеет низкую точность.
2. Повторная калибровка термопары затруднена.

Никелевый сплав, сплав платина / родий, сплав вольфрама / рения, хромель-золото, сплав железа — это названия сплавов, используемых для изготовления термопары.

Что такое термопара и как она работает? Принцип работы термопары

Термопара состоит как минимум из двух металлов, соединенных вместе, чтобы образовать два спая.Один связан с телом, температуру которого нужно измерить; это горячий или измерительный спай. Другой переход связан с телом известной температуры; это холодный или опорный спай. Поэтому термопара измеряет неизвестную температуру тела относительно известной температуры другого тела.

Принцип работы

Принцип работы термопары основан на трех эффектах, открытых Зеебеком, Пельтье и Томсоном. Это следующие:

1) Эффект Зеебека: Эффект Зеебека утверждает, что, когда два разных или непохожих металла соединяются вместе на двух стыках, на двух стыках создается электродвижущая сила (ЭДС).Величина генерируемой ЭДС различается для разных комбинаций металлов.

2) Эффект Пельтье: Согласно эффекту Пельтье, когда два разнородных металла соединяются вместе, образуя два перехода, внутри цепи генерируется ЭДС из-за различных температур двух переходов цепи.

3) Эффект Томсона: Согласно эффекту Томсона, когда два разнородных металла соединяются вместе, образуя два перехода, в цепи существует потенциал из-за градиента температуры по всей длине проводников в цепи.

В большинстве случаев ЭДС, предполагаемая эффектом Томсона, очень мала, и ею можно пренебречь, правильно подобрав металлы. Эффект Пельтье играет важную роль в принципе работы термопары.

Диаграммы

Как это работает

Общая схема работы термопары показана на рисунке 1 выше. Он состоит из двух разнородных металлов, A и B. Они соединены вместе, образуя два перехода, p и q, которые поддерживаются при температурах T1 и T2 соответственно.Помните, что термопара не может образоваться, если не будет двух спаев. Поскольку два перехода поддерживаются при разных температурах, в цепи генерируется ЭДС Пельтье, которая является функцией температур двух переходов.

Если температура обоих переходов одинакова, на обоих переходах будет генерироваться равная и противоположная ЭДС, а общий ток, протекающий через переход, равен нулю. Если поддерживать разные температуры в переходах, ЭДС не станет равной нулю, и по цепи будет протекать чистый ток.Полная ЭДС, протекающая через этот контур, зависит от металлов, используемых в контуре, а также от температуры двух переходов. Полная ЭДС или ток, протекающий по цепи, можно легко измерить с помощью подходящего устройства.

Устройство для измерения тока или ЭДС включается в цепь термопары. Он измеряет количество ЭДС, протекающей по цепи из-за двух стыков двух разнородных металлов, поддерживаемых при разных температурах.На рисунке 2 показаны два спая термопары и устройство, используемое для измерения ЭДС (потенциометр).

Теперь температура эталонных спаев уже известна, а температура измерительного спая неизвестна. Выходной сигнал цепи термопары калибруется непосредственно по неизвестной температуре. Таким образом, выходное напряжение или ток, полученные от цепи термопары, напрямую дает значение неизвестной температуры.

Устройства, используемые для измерения ЭДС

Величина ЭДС, развиваемая в цепи термопары, очень мала, обычно в милливольтах, поэтому для измерения ЭДС, генерируемой в цепи термопары, следует использовать высокочувствительные приборы.Обычно используются два устройства: обычный гальванометр и потенциометр для выравнивания напряжения. Из этих двух чаще всего используется балансирующий потенциометр вручную или автоматически.

На рисунке 2 показан потенциометр, подключенный к цепи термопары. Переход p соединен с телом, температуру которого необходимо измерить. Спай q является эталонным спаем, температуру которого можно измерить термометром. В некоторых случаях эталонные спаи также можно поддерживать при температуре льда, подключив их к ледяной бане (см. Рисунок 3).Это устройство может быть откалибровано с точки зрения входной температуры, так что его шкала может давать значение непосредственно с точки зрения температуры.

Ссылка

Книга: Механические измерения Томаса Г. Беквита и Н. Льюиса Бака

Изображения предоставлены

1. Книга: Механические измерения Томаса Г. Беквита и Н. Льюиса Бака

2. https: // www .tpub.com / content / doe / h2013v1 / css / h2013v1_24.htm

Этот пост является частью серии: Что такое термопары? Как работают термопары?

Это серия статей, описывающих, что такое термопары, как работают термопары, материалы, используемые для термопар, а также различные формы и формы термопар.

1. Что такое термопара и как она работает?
2. Материалы, используемые для термопар и их формы

Как работает термопара (датчик TC)? | EPIC® SENSORS

Термопарный датчик EPIC® SENSORS выдает измерительный сигнал в мВ, который пропорционален температуре в зависимости от используемого типа термопары.

Принцип измерения

Когда две проволоки из разных металлов или металлических сплавов (термопроводы) соединяются на одном конце (горячий спай), образуется термопара.Свободные концы этих проводов образуют ориентир. Если существует разница температур между горячим спаем T1 и контрольной точкой T2, в термопаре создается тепловая электродвижущая сила (напряжение мВ), уровень этого напряжения пропорционален только разности температур T1-T2 и материалам, которые термопара формируется из (эффекта Зеебека).

По этой причине важно, чтобы контрольная точка была как можно более стабильной, когда она перемещается в место со стандартной температурой (контрольная температура) с помощью удлинительного провода или изолированного термопровода.

Компенсация холодного спая (CJC)

Преобразователю температуры или измерительным системам требуется информация о температуре контрольной точки (холодного спая) T2. Изменения температуры контрольной точки компенсируются измерением CJC (компенсация холодного спая). Измерительные преобразователи температуры CJC могут быть внутренней функцией или измерять сопротивление, встроенное в разъемы. Если контрольная точка находится далеко от преобразователя, необходимо выполнить отдельное измерение температуры в этой точке и подключить его к преобразователю в качестве сигнала компенсации.

Температурные диапазоны и допуски типов термопар:

Постоянное значение ° C

Тип	Класс точности	Допуски разрешены
T	—			940		940 940		940 940	.. + 350 -40 … + 350 -200 … + 40	± 0,5 ± 1,0 ± 1,0	± 0,004 [т] ± 0 , 0075 [т] ± 0,015 [т]
E	1 2 3	-40 … + 800 -40 … + 900 — 200 … + 40	± 1,5 ± 2,5 ± 2,5	± 0,004 [т] ± 0,0075 [т] ± 0,015 [т]
Дж	1 2	-40… + 750 -40 … + 750	± 1,5 ± 2,5	± 0,004 [т] ± 0,0075 [т]
K	1 2 3	-40 … + 1000 -40 … + 1200 -200 … + 40	± 1,5 ± 2,5 ± 2,5	± 0,004 [т] ± 0,0075 [т] ± 0,015 [т]
N	1 2 3 1	-40… + 1000 -40 … + 1200 -200 … + 40	± 1,5 ± 2,5 ± 2,5	± 0,004 [т] ± 0 , 0075 [т] ± 0,015 [т]
R и S	1 2	0 … + 1600 0 … + 1600	± 1,0 ± 1,5	± [1+ (t-1100) × 0,003] ° C ± 0,0025 [t]
L *		-200… + 400 +400 … + 900		± 3,0 ° C ± 0,75%

* Тип L определен в стандарте DIN 43710, все остальные типы в стандарте МЭК 60584.

Материалы и кабели типов термопар

• Материалы кабелей * такие же или имеют те же электрические характеристики, что и материалы термопар. Подробная информация на страницах: Кабели компенсационные ».
• Цвета кабелей / проводов ** соответствуют стандарту IEC 60584, за исключением типов U и L, которые соответствуют стандарту DIN 43710.