Как измерить температуру с помощью термопары: Измерение термопара и градуировка термопар

Содержание

Измерение температуры с помощью термопар.

При измерении температуры с помощью термопар используются два основных метода: непосредственное измерение термоЭДС с помощью милливольтметра и компенсационный метод.

Так как значение термоЭДС, развиваемой термопарой, невелико, для непосредственного измерения ее необходимы высокочувствительные милливольтметры магнитоэлектрического типа. Прибора этого типа работают на основе взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и измеряемого тока, протекающего по подвижной рамке. Для создания достаточного вращающего момента при весьма небольшом токе рамка выполняется из большого числа витков медного провода. Противодействующий момент создается спиральными пружинами, по которым и подводится ток в рамку. Шкала милливольтметра градуируется непосредственно в градусах и на ней указывается тип термопары, для которой предназначен данный милливольтметр.

Обозначим через R_всопротивление милливольтметра,

R_т – сопротивление термопары, R_п – сопротивление соединительных проводов.

Ток, проходящий по рамке милливольтметра под действием термоЭДС Е_тп,

I_в= Е_тп/( R_в+ R_т+ R_п). (1.1)

Из этой формулы видно, что показания прибора зависят не только от термоЭДС Е_тп, но и от сопротивленийR_в, R_т, R_п. Так как шкала прибора уже проградуирована для термопары определенного типа, то сопротивленияR_в и R_туже учтены при градуировке. А сопротивления внешней цепи также указываются на шкале (обычно 0,5; 5; 15 или 25 Ом).

Оценим показания прибора, шкала которого проградуирована в милливольтах. Напряжение на его зажимах

U_в=I_вR_в.

С учетом (1.1)

U_в=E_тпR_в/(R_в+ R_т+R_п) (1.2)

Обозначим внешнее сопротивление цепи R_вн=R_n+R_пи выразим из (1.2.) термоЭДС

E_тп=U_в(R_в+ R_вн)/ R_в= U_в+ U_в(R

вн/ R_в) (1.3)

Из (1.3) видно, что измеряемое милливольтметром напряжение будет всегда меньше, чем ЭДС термопары, на U_в(R_вн/ R_в). Эта величина будет тем меньше, чем больше сопротивление милливольтметраR_в по сравнению с внешним сопротивлениемR_вн.Обычно милливольтметры имеют кроме сопротивления рамки еще добавочное сопротивление из манганина, сто в сумме дает не менее 100 Ом.

Обычно градуировка термопар осуществляется при температуре холодного спая Т₂=0. на практике при измерении температуры Т₁холодный спай имеет Т₂0. Следовательно, по измеренной термоЭДС нельзя точно определить Т₂. необходимо вводить так называемую поправку на температуру холодных спаев. Существует несколько способов поддержания неизменной температуры холодных спаев. Например, можно поместить холодные спаи в ванну с тающим льдом, но это возможно лишь в лабораторных условиях или при наладке. Можно холодные спаи закапывать в землю на глубину нескольких метров, где температура довольно стабильна, или помещать холодные спаи в специальную коробку с тепловой изоляцией.

Если температура холодных спаев известна, то к показаниям измерительного прибора добавляют поправку, соответствующую термоЭДС при Т₂. Эту поправку следует брать из градуировочной кривой.

Поправку на температуру холодных спаев можно ввести и механическим путем: при отключенной термопаре сместить стрелку на шкале прибора на отметку, соответствующую температуре холодных спаев (обычно температуре окружающей среды). Применяют также схемы автоматической коррекции температурных погрешностей, в которых используются свойства терморезисторов изменять сопротивление в зависимости от температуры.

Рассмотрим принципиальную схему включения термопары и милливольтметра (рис 10.3). Измерительный прибор может находиться на довольно значительном удалении от термопары. Длина соединительных проводов может составлять несколько метров. В местах присоединения этих проводов также возникают термоЭДС. Для точной компенсации этих термоЭДС необходим определенный подбор материалов проводов и термопар. Для присоединения термопар служат специальные, так называемые компенсационные провода. Каждой паре материалов компенсационных проводов присваивают буквенное обозначение, а каждому материалу придают определенную расцветку, для чего используют оплетку из цветной пряжи или цветные опознавательные нити, проложенные в проводе.

Для термопар типа ТПП применяются компенсационные провода с обозначением П в красной и зеленой оплетке с зелено-белыми нитями внутри. Материал провода – медь в паре с медно-никелевым сплавом. Для термопар типа ТХА применяются провода с обозначением М в красной и коричневой оплетке с красно-белыми нитями из меди в паре с констаном. Для термопар ТХК применяют провода с обозначением ХК в фиолетово-желтой оплетке с нитями такого же цвета и материалом хромель-копель, т.е. компенсационными проводами могут быть и основные термоэлектроды.

Рассмотрим измерение температуры компенсационным методом с помощью термопары и автоматического потенциометра. На рис.10.4 показаны термопара ТП, вырабатывающая термоЭДС Е

д, и мостовая схема, вырабатывающая компенсирующее напряжениеU_к, снимаемое между точками А и Б. Разность этих напряжений подается на вход усилителя (У), который питает управляющую обмотку исполнительного электродвигателя (ЭД). Обмотка возбуждения ЭД постоянно подключена к источнику переменного напряжения, а скорость вращения ЭД зависит (примерно пропорционально) от напряжения на его управляющей обмотке. Электродвигатель (ЭД) через редуктор (Р) перемещает движок калиброванного реохорда (потенциометрического датчика)R_пдо тех пор, пока напряжениеU_кне сравняется с Е_д. Одновременно перемещается указатель на шкале прибора и перо самописца. ПриU_к=Е_днапряжение на входе усилителя равно нулю (U_к-Е_д=0) и электродвигатель (ЭД) остановится. Каждому значению выходного сигнала датчика Е_д=f(ТС) соответствует определенное положение указателя на шкале.

Шкала проградуирована вС и на ней указан тип термопары, для которой выполнена градуировка.

Мостовая схема в данном случае служит не для измерения, а для выработки компенсирующего напряжения U_ки автоматической коррекции из-за изменения температуры холодного спая. Плечи моста состоят из проволочных резисторовR₁–R₄, выполненных из материала с малым температурным коэффициентом сопротивления (например, из манганина), и терморезистораR_к, изготовленного из материала с большим температурным коэффициентом сопротивления (например, из меди или никеля). Резистор располагается вблизи холодных спаев термопары. Мост питается от источника постоянного тока Е – обычно это батарейка (например, сухой элемент типа ЭСЛ-30). При всяком изменении температуры холодных спаев термопары изменяется Е_ди одновременно меняется сопротивлениеR_к

, что приводит к изменению компенсирующего напряженияU_кна туже величину, на какую изменилось Е_д.

Следовательно, колебания окружающей температуры не изменяют показаний на шкале прибора. Регулировочное сопротивлениеR_рслужит для установки тока питания моста при разряде батареи (уменьшении Е).

Обычно на панели автоматического потенциометра имеется кнопка с самовозвратом, обозначенная словами «Установка рабочего тока». При нажатии этой кнопки, не показанной на рис.10.4, рабочая цепь прибора размыкается, а усилитель включается на разность ЭДС батарейки и специального, стабильного нормального элемента. Если батарейка разрядилась, то под действием разности этих ЭДС, усиленной усилителем, электродвигатель ЭД перемещает движок регулировочного резистора R_р, автоматически устанавливая требуемое значение тока питания моста.

Ответственной деталью в измерительной схеме является реохорд. Он выполнен из манганиновой проволоки, намотанной на медной изолированной основе. Движок реохорда выполнен в виде контактного ролика.

Бесконтактное измерение температуры.

О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называются пирометрами.Они позволяют измерять температуру в диапазоне от 100 до 6000С и выше.

Физические тела характеризуются либо непрерывным спектром излучения (твердые и жидкие вещества), либо избирательным (газы). Участок спектра в интервале длин волн 0,02…0,4 мкм соответствует ультрафиолетовому излучению, участок 0,4…0,76 мкм – видимому излучению, участок 0,76…400 мкм – инфракрасному излучению. Интегральное излучение – это суммарное излучение, испускаемое телом во всем спектре длин волн.

Монохроматическим называют излучение, испускаемое при определенной длине волны.

На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов:

суммарного (полного) излучения, в которых измеряется полная энергия излучения;
частичного излучения (квазимонохроматические), в которых измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участке спектра;
спектрального распределения, в которых измеряется интенсивность излучения фиксированных участков спектра.

В пирометрах полного излучения оценивается не менее 90% суммарного потока излучения источника. При измерении температуры реального тела пирометры этого типа показывают не действительную температуру, а так называемую радиационную температуру тела. Поэтому эти пирометры называют радиационными. При известном суммарном коэффициенте черноты тела возможен пересчет с радиационной температуры тела на его действительную температуру. Исходя из этого, пирометры полного излучения удобно использовать при измерении разностей температур в неизменных условиях наблюдения в диапазоне от 100…3500С. Основная допустимая погрешность в технических пирометрах возрастает с увеличением верхнего предела измерения температуры. Так, для 1000С – 12%, для 2000С – 20%.

В радиационном пирометре (рис 2.84) лучи нагретого тела поступают на линзу 1, которая направляет их через диафрагму 2 на приемник излучения 3. приемник излучения состоит из большого числа термопар (термобатарея), горячие спаи которых выполнены в виде секторных тонких пластинок. Сигнал с термопар, соединенных последовательно, подается на отсчетное устройство ОУ. Через окуляр 4 с фильтром 5 производится наведение пирометра на объект измерения. Приемники полного излучения подразделяются на электрические (термобатареи, болометры, тепловые индикаторы, пироэлектрические кристаллы), пневматические (детектор Голея) и оптические (жидкие кристаллы). Наибольшая чувствительность (10⁵В Вт^-1) у пневматических приемников. У электрических она составляет от 10^–4до10^–3В* Вт^-1.

Приемники полного излучения отличаются тем, что их спектральная чувствительность постоянна в широком диапазоне длин волн от дальней инфракрасной области до ближней ультрафиолетовой. Для увеличения поглощательной способности чувствительные поверхности приемников окрашивают в черный цвет. Для уменьшения теплоотвода в среду приемник помещают в вакуумированные или газонепроницаемые корпуса.

Термобатареи выполняются на основе термопар, соединенных последовательно (до 20 термопар). Их горячие спаи располагаются на узком участке поверхности, на который фиксируется излучение.

Болометры – это термометры сопротивления, изготовленные либо из фольги проводящих металлов, либо из полупроводников (термисторов).

Тепловые быстродействующие индикаторы выполняются в виде тонкослойной термопары или болометра, в которых активный слой имеет хороший тепловой контакт с основанием. Они применяются для идентификации мощных сигналов, например лазерного излучения.

Пироэлектрические приемники –это кристаллы с определенным видом симметрии, в которых в зависимости от изменения температуры проявляется эффект спонтанной поляризации.

Пирометры полного излучения подразделяются на пирометры с преломляющей оптической системой (рис. 2.85, а) и пирометры с отражающей оптической системой (рис. 2.85,б).

В первом случае излучение от объекта измерения 1 через линзовый объектив 2 и диафрагму 3 поступает на приемник полного излучения 4. для наводки на объект измерения служит окуляр 6 с дымчатым фильтром 5 и диафрагмой 7. Отсчетным устройством является милливольтметр 9.

В пирометрах с отражающей оптической системой (рис.2.85 б) излучение от объекта измерения 1 попадает на приемник излучения 3 после прохождения через защитную полиэтиленовую пленку 2, диафрагму 4 и зеркальный объектив 5. Для наводки на объект излучения служит зрительная труба 6. Отсчет показаний производится по шкале милливольтметра 8. Полиэтиленовая пленка прозрачно для инфракрасного излучения и служит для защиты оптической системы пирометра от загрязнения потоков воздуха.

Пирометры частичного излучения работают в узком диапазоне волн, они называются квазимонохроматическими пирометрами. К данному типу относятся оптические и фотоэлектрические пирометры. Разновидностями оптических пирометров являются пирометр «с исчезающей нитью», пирометр «с оптическим круговым клином», фотоэлектрические монохроматические пирометры.

На рис. 2.86, а изображена схема оптического пирометра «с исчезающей нитью», принцип действия которого основан на сравнении яркости объекта измерения и яркости градуированного источника излучения в определенной длине волны.

Изображение излучателя 1 с линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется в плоскости нити накаливания 5. Оператор через диафрагму 6, линзу окуляра 8, красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркостей нити и излучателя. Момент «исчезания» нити на фоне объекта соответствует равенству яркостей нити и объекта излучения. Регистрирующий прибор 9 фиксирует силу тока, соответствующую этому моменту, и позволяет произвести считывание результата измерения температуры объекта излучения. Красный светофильтр 7 пропускает область излучения с шириной около 0,1 мкм и с эффективной длиной волны 0,65 мкм.

Данный тип пирометров позволяет измерять температуры в интервале 700…8000С. Основная допустимая погрешность измерения для интервала температур 1200…2000С составляет20С.

Пирометр с оптическим круговым клином является модификацией описанного выше. В нем яркостную температуру нити лампы накаливания поддерживают постоянной, а уравнивание яркостей осуществляется перемещением оптического клина, пропускающего больше или меньше света от объекта. По положению клина судят о яркостной температуре объекта излучения.

Фотоэлектрические пирометры основаны на использовании зависимости интенсивности излучения от температуры в узком интервале длин волн спектра. В качестве приемников в данных пирометрах используются фотодиоды, фотосопротивления, фотоэлементы и фотоумножители.

На рис. 2.86, б приведена схема фотоэлектрического монохроматического пирометра, в котором в качестве приемника применяется фотоэлемент. Поток от излучателя 1 с линзой 2 и диафрагмой 3 объектива фокусируется на отверстии 7 в держателе светофильтра 5 таким образом, чтобы изображение визируемого участка поверхности излучателя перекрывало данное отверстие. В этом случае величина светового потока, падающего на катод фотоэлемента 6, расположенного за светофильтром 5, определяется яркостью излучателя, т.е. его температурой. В держателе светофильтра 5 расположено еще одно отверстие 8, через которое на фотоэлемент попадает поток от лампы 17 обратной связи. Световые потоки от излучателя 1 и лампы 17 подаются на катод попеременно через отверстия 7 и 8 с частотой 50 Гц, что обеспечивается с помощью вибрирующей заслонки 9.

При различии световых потоков излучателя 1 и лампы 17 в токе фотоэлемента появится переменная составляющая, имеющая частоту 50 Гц и амплитуду, пропорциональную разности данных потоков. Усилитель 13 обеспечивает усиление переменной составляющей, а фазовый детектор 14 – последующее ее выпрямление. Полученный выходной сигнал подается на лампу 17, что вызывает изменение тока накаливания. Это будет происходить до тех пор, пока на катоде фотоэлемента световые потоки от двух источников не уравняются. Следовательно, ток лампы обратной связи однозначно связан с яркостной температурой объекта измерения.

В цепь лампы 17 включено калибровочное сопротивление 16, падение напряжения на котором пропорционально силе тока и измеряется быстродействующим потенциометром 15, снабженным температурной шкалой.

В фотоэлектрических пирометрах с пределами измерения 500…1100С применяется кислородно-цезиевый фотоэлемент, а в приборах со шкалой 800…4000С – вакуумный сурьмяно-цезиевый. Пределы допускаемой погрешности до 2000С не превышают1%.

Фотоэлектрические пирометры характеризуются малой инерционностью (до 10^-3с), поэтому их используют для регистрации быстропротекающих температурных процессов, а также для измерений температуры малых объектов.

Пирометры спектрального распределенияизмеряют цветовую температуру объекта по отношению интенсивностей излучения в двух определенных участках спектра. Основное преимущество таких пирометров заключается в независимости их показаний от излучательной способности объекта, а также от наличия дыма, пыли и испарений в пространстве между объектом и пирометром.

В пирометрах сравнения (рис. 2.87,а) отношение спектральных интенсивностей оценивается субъективно по цветовому ощущению, создаваемому смесью двух монохроматических пучков. Излучение от объекта измерения 1 чрез объектив 2, нейтральный оптический клин 3 и двойной светофильтр 4 направляется к фотометрическому кубику 5. Двойной светофильтр 4 выполнен в виде двух клиньев (красного и зеленого), относительным перемещением которых можно изменять соотношение между интенсивностями красного и зеленого цветов. На фотометрический кубик поступает также излучение от лампы 9 через матовое стекло 10, красный и зеленый светофильтр 11 и объектив 12. Через окуляр 6 глаз оператора 8 видит два участка, соответствующих излучению от объекта измерения 1 и лампы 9, окрашенных смесью зеленого и красного цветов с различным соотношением их интенсивности. Взаимным смещением оптических клиньев двойного светофильтра 4 уравнивают соотношение излучения объекта измерения 1 и излучения лампы 9. Для уравновешивания соотношения цветов необходимо равенство яркостей излучения объекта и лампы. Этого добиваются изменением положения нейтрального оптического клина 3. После уравновешивания положения нейтрального клина определяют яркостную температуру, а положение одного из клиньев двойного светофильтра определяет цветовую температуру объекта.

Оператор, работающий с пирометром сравнения, должен обладать хорошим цветоощущением.

В пирометрах спектрального отношения (рис.2.87,б) вводится модуляция светового потока. Световой поток от объекта измерения 1 прерывается обтюратором 4 с двумя светофильтрами, пропускающими излучение на двух длинах волн₁и₂к фотоэлементу 5. Переменная составляющая выходного сигнала фотоэлемента усиливается в усилителе 6 и подается на реверсивный двигатель 7, который перемещает уравновешивающий фильтр 3 до тех пор, пока не уравняются интенсивности излучения на обеих длинах волн. В положении равновесия перемещение фильтра 3 является мерой измеряемой температуры.

Как измерить температуру в муфельной печи

Очень часто керамисты, у которых есть самодельная муфельная печь задаются вопросом, как измерить температуру в этой самой печи. Для этого есть несколько проверенных способов.

1. Определение температуры по цвету черепка

Это самый малозатратный способ. Но вместе с тем и довольно сложный, т.к. температуру нужно определять по цвету раскаленной керамики в печи. При определенной сноровке это можно делать довольно точно. Примерное соответствие цвета и температуры в печи показано на рисунке ниже.

2. Пирометрические конусы (пироскопы)

Пирометрический конус — это керамическая пирамидка, которая под воздействием определенной температуры начинает размягчаться и падать. Каждый конус имеет свой номер, и рассчитан на свой температурный диапазон (см. картинку выше).

Пирамидки устанавливаются на подставки из материала более тугоплавкого, чем сами пирометры, например из шамота, на глубину 3-4 мм.

Обычно ставят несколько конусов разных номеров — один посередине на рабочую температуру, другие на более низкую и более высокую. Рабочий пироскоп должен при обжиге наклониться и достать основания. При этом конус номером ниже ложится практически полностью, а номером выше слегка наклоняется. За состоянием конусов обычно наблюдают во время обжига через смотровое окошко и, как только рабочий конус коснулся поверхности, печь выключают.

фото с сайта blog.omy.sg

Это традиционный способ измерения температуры в печи. Правда, с его помощью измеряется не только и не столько температура в конкретной точке печи, а колличество тепла, которое пироскоп смог принять. Например, можно быстро нагреть печь до 1050°С, при этом конус №105 может не упасть, если же довести температуру до 1030°С и сделать длительную выдержку, то конус начнет плавиться и падать. Это свойство пирометрических конусов очень близко к свойствам обжигаемой керамики, поэтому «обжиг на конус» очень распространен в наше время, т.к. он позволяет добиваться схожих результатах в печах с разными характеристиками и разными программами для обжига.

3. Температурные кольца

Температурные кольца — это новое поколение пироскопов. Также, как и конусы кольца позволяют узнать количество поглощенного тепла, при этом полученные показатели будут более точными. При нагреве температурные кольца сокращаются в размере, и измерив их диаметр после обжига с помощью микрометра, получим определенную величину, которую можно затем перевести в температуру.

Правда, этот способ не подходит, если мы хотим наблюдать за температурой в печи непосредственно во время обжига, т.к. кольца сокращаются на очень малую величину, которую невозможно заметить невооруженным взглядом.

4. Пирометр

Пирометр — это прибор, который измеряет температуру в печи дистанционно. При направлении пирометра на объект на экране высвечивается его температура.

Высокотемпературный пирометр — вещь довольно дорогостоящая, поэтому используют его, как правило, на крупных производствах.

5. Термопара

Пожалуй, самый распространенный способ измерения температуры в муфельной печи — с помощью термопары. Термопара в основе своей — это два куска проволоки из специальных сплавов, сваренных между собой.

Каким-то непостижимым образом на кончике термопары вырабатывается электричество, причем, чем температура выше, тем больше милливольт мы получим на выходе. Эти милливольты можно замерить соответствующим прибором и перевести их в температуру.

Наибольшее распространение получила термопара ТХА — хромель-алюмель, или К-типа по международной классификации. Эта термопара позволяет измерять температуру вплоть до 1300°С. Причем, чем проволока толще, тем дольше будет служить термопара на высоких температурах.В настоящее время существуют различные приборы, которые могут измерять температуру с помощью термопары ТХА. Вот, один из самых простых.

Еще один доступный вариант — Мультиметр М838 (DT-838) — в него заложена функция измерения температуры с помощью ТХА, и часто термопара идет в комплекте. Правда, она очень тонкая и на высоких температурах прослужит недолго.

Второй распространенный тип термопар, который устанавливается в современных муфельных печах, — это термопара ТПП — платинародий-платина или S-типа. Эта термопара намного дороже хромель-алюмели, но зато она может долго служить на высоких температурах вплоть до 1600°С. Как правило она идет в защищенном кожухе.

Термопару ТПП, также как и ТХА, можно подключить к электронному измерителю-регулятору температуры, например, к терморегулятору Байт ТРП-09 ТП.

Этот прибор позволяет измерять текущую температуру, а также может управлять печью по программе, заданной пользователем.

Термопару ТХА можно подключать непосредственно к контроллеру, если хватает длины проводов. Если же нет, то необходимо использовать термокомпенсационный провод. Как правило, этот провод состоит из той же пары металлов — хромель-алюмели, только меньшего диаметра. Для подключения платиновой термопары используется свой компенсационный провод, но можно взять и простой медный.

Если просто подключить термопару к контроллеру и подать на него питание, то он будет показывать текущую температуру в печи. Если же добавить к этой системе какой-нибудь управляющий элемент — симистор или твердотельное реле, то мы сможем проводить обжиг по программе и высвободить немного времени для более творческих задач. О том, как это все подключить и получить при этом блок управления муфельной печью, мы поговорим как-нибудь в следующий раз.

А пока я прощаюсь с вами. До новых встреч и успехов вам в гончарном деле!

Что такое термопара? Как они работают?

Что такое термопара? Как они работают?
Термопара – это устройство для измерения температуры. Он состоит из двух разнородных металлических проводов, соединенных вместе, образуя соединение. Когда спай нагревается или охлаждается, в электрической цепи термопары возникает небольшое напряжение, которое можно измерить и которое соответствует температуре.
Теоретически для изготовления термопары можно использовать любые два металла, но на практике обычно используется фиксированное число типов. Они были разработаны для улучшения линейности и точности и состоят из специально разработанных сплавов.
Термопары могут быть изготовлены практически для любого применения. Они могут быть надежными, быстродействующими и измерять очень широкий диапазон температур.
Посмотрите наш ассортимент термопар
A title
Image Box text
Вам нужны термопары
для вашего приложения?
проверить диапазон
Наш ассортимент термопар
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Быстрый просмотр
Что делает термопара?
Термопара — это просто датчик, который используется для измерения температуры. Эта конструкция датчика состоит из двух разнородных металлических проводов, которые соединены вместе на одном конце и подключены к прибору, способному принимать входной сигнал термопары и измерять показания. Термопары могут обеспечивать измерение температуры в широком диапазоне температур в зависимости от того, какой тип термопары вы используете.
Откройте для себя наш ассортимент термопар
Пример термопары, изготовленной по параметрам процесса
Схема термопары
Что делает термопара?
Термопара — это просто датчик, который используется для измерения температуры. Эта конструкция датчика состоит из двух разнородных металлических проводов, которые соединены вместе на одном конце и подключены к прибору, способному принимать входной сигнал термопары и измерять показания. Термопары могут обеспечивать измерение температуры в широком диапазоне температур в зависимости от того, какой тип термопары вы используете.
Типы термопар
Датчик термопары
Что такое датчик термопары?
Что понимается под термопарой? Теперь у нас есть понимание того, как работает термопара и что такое термопары, один из популярных вопросов — что такое зонд термопары?
Зонд термопары представляет собой конструкцию датчика, в которой он изготовлен. Независимо от того, является ли датчик термопарой типов K, J, T, N, все эти типы термопар могут быть изготовлены в трубке, корпусе или конструкции одинакового размера. Чтобы получить представление о типовых доступных конструкциях, ознакомьтесь с некоторыми из наших датчиков термопар.
Как выглядит термопара? Термопары выглядят по-разному из-за конструкции, в которой они изготовлены. Хотя сама термопара представляет собой два оголенных провода, соединенных вместе, эти два провода можно поместить в различные конструкции, чтобы защитить их и продлить срок службы.
Термопара типа K
Что такое термопара типа K?
Популярный вопрос: что такое термопара типа K?
Термопара типа K изготовлена из двух разнородных металлов: никель-хром / никель-алюмель. Термопара типа K является наиболее популярным типом термопары, поскольку она недорогая, точная, надежная (в зависимости от конструкции, используемой для вашего приложения) и охватывает широкий диапазон температур.
Термопары типа K могут найти широкое применение благодаря своим возможностям в широком диапазоне температур. Максимальная постоянная температура составляет около 1100 °C.
Термопары с вилкой или кабелем можно идентифицировать по цветовой маркировке. В этом случае тип K зеленый. Если у вас есть кабель, зеленая ножка — плюс, а белая — минус.
Термопара типа K
Термопара типа J
Что такое термопара типа J?
Так что же такое термопара типа J? Термопары типа J также очень распространены. Он имеет меньший диапазон температур, чем термопары типа K, с диапазоном от 0 до 600 ° C. Тип J состоит из двух разнородных металлов: железа / медно-никелевого сплава (также известного как константан). С точки зрения стоимости они очень похожи на тип K.
Одно из самых популярных применений типа J – в производстве пластмасс.
Термопары с вилкой или кабелем можно определить по цветовой маркировке. В данном случае тип J — черный. Если у вас есть кабель, черная ножка будет положительной, а белая — отрицательной.
Термопара типа J
Подробнее о термопарах
Что такое термопара?
Как работает термопара?
Цветовой код термопары
Типы термопар
Ведущие производители термопар
Выбор датчика температуры: основы измерения температуры с помощью термопар
Вероятно, вы немного знакомы с термопарой, иначе вы бы не читали эту статью. Но есть важные моменты, касающиеся термопар, которые необходимо понимать и которые помогут вам сделать осознанный выбор между типами датчиков и избежать потенциальных проблем в вашем приложении.
Во-первых, нам нужно развеять распространенное заблуждение о том, как работают термопары. Возможно, вам говорили что-то вроде «термопара создает небольшое напряжение, создаваемое соединением двух разнородных металлов». Это упрощение термопары в лучшем случае верно только наполовину и вводит в заблуждение. Реальность такова, что именно разница температур между одним концом проводника и другим концом создает небольшую электродвижущую силу (ЭДС) или дисбаланс заряда, который приводит нас к разнице температур на проводнике.
Хорошо, достаточно просто, но как на самом деле измерить эту ЭДС, чтобы определить ее связь с температурой?
«ЭДС» или электродвижущая сила относится к уровню склонности или потенциалу для протекания тока в результате разделения зарядов в проводнике. Мы называем эту склонность к протеканию тока между двумя точками разностью потенциалов и измеряем эту разность потенциалов в вольтах. Но для того, чтобы на самом деле измерить ЭДС или разность напряжений, нам нужны две точки соприкосновения. То есть мы должны завершить схему, добавив обратный электрический путь. Если мы просто решим использовать тот же металл в качестве обратного пути, разница температур между концами вашего исходного проводника просто создаст равную и противоположную ЭДС на обратном пути, что приведет к нулевой чистой ЭДС, что не очень полезно для измерение температуры. Это отношение выражается «Законом однородного материала» следующим образом (см. Wikipedia.org):
Термоэлектрический ток не может поддерживаться в цепи, состоящей из одного однородного материала, только за счет приложения тепла и независимо от того, как материал может изменяться в поперечном сечении. То есть температурные изменения проводки между входом и выходом не повлияют на выходное напряжение при условии, что все провода сделаны из того же материала, что и термопара. В цепи, состоящей из одного металла, ток не протекает только за счет приложения тепла.
Различные проводящие металлы будут создавать разные уровни ЭДС или разделения зарядов в зависимости от температурного градиента в металле. Томас Зеебек открыл этот принцип в 1822 году, и сегодня он известен как «эффект Зеебека». Таким образом, мы можем применить «эффект Зеебека» и сделать его полезным для измерения температуры, используя другой металл для нашего обратного пути, а затем связав разницу в разделении зарядов между двумя металлами с температурой между концами. Мы соединяем эти металлы в начале нашего обратного пути, образуя между ними соединение, то есть соединение просто соединяется с нашей цепью, а не является источником ЭДС, как это часто следует из традиционного определения термопары.
Теперь на другом конце нашей замкнутой цепи термопары мы можем измерить напряжение между двумя проводами, которое будет пропорционально температуре между концами. В соответствии с Законом однородных материалов, сформулированным ранее, провода термопары могут каждый проходить в холодные области и выходить из них на своем пути без измерительного прибора, обнаруживающего изменения температуры на пути, потому что ЭДС, создаваемая при входе и выходе непрерывного провода из области, будет суммироваться до нуля и не оказывают чистого влияния на наше окончательное измерение.
У нас все еще есть концептуальная проблема — как мы можем измерить напряжение на открытом конце нашей термопары, не вводя в нашу измерительную систему дополнительные «термопарные» напряжения? То есть точки подключения термопары к измерительной системе (обычно медной) сами по себе будут действовать как термопара. Оказывается, влияние этих дополнительных термопар на нашу измерительную систему можно свести к минимуму, просто убедившись, что соединения имеют одинаковую температуру. Этот принцип выражен в «Законе промежуточных материалов» следующим образом (см. Wikipedia.org):
Алгебраическая сумма термоэлектрических ЭДС в цепи, состоящей из любого количества разнородных материалов, равна нулю, если все спаи (обычно холодный спай) поддерживаются при одинаковой температуре. Таким образом, если в один из проводов или в оба провода будет вставлен третий металл при выполнении наших соединений с холодным спаем, то, пока два новых соединения имеют одинаковую температуру, в нашей измерительной системе не будет вклада в суммарное напряжение, генерируемое новым металлом. .
Таким образом, наша способность игнорировать эти непреднамеренные термопары в наших измерениях будет зависеть от того, насколько хорошо мы сможем поддерживать одинаковые температуры обоих соединений холодного спая. Часто это легче сказать, чем сделать, и обычно возникают небольшие температурные градиенты, часто в результате самонагрева компонентов на печатной плате. Другие температурные градиенты могут быть вызваны теплом, генерируемым соседними цепями, близлежащими источниками питания или переменными потоками ветра или охлаждающими вентиляторами в системе. Для любого преобразователя с термопарой необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы свести к минимуму эти источники ошибок.
Третьим законом для термопар, который помогает нам алгебраически комбинировать ЭДС, является «Закон последовательных или промежуточных температур», изложенный следующим образом (см. Wikipedia.org):
T2, и производят термо-ЭДС2, когда переходы находятся в точках T2 и T3, тогда ЭДС, генерируемая, когда контакты находятся в точках T1 и T3, будет равна ЭДС1 + ЭДС2 при условии, что T1
Тем не менее, наше измерение напряжения открытого конца на нашей термопаре связывает термоэлектрическое напряжение только с разницей температур между обоими концами. То есть нам нужно знать температуру холодного спая на одном конце, чтобы извлечь измеренную температуру с другого конца (горячего спая). В идеале, если бы оба соединения, выполненные на измерительном конце, находились при 0°C, вклад их термоэлектрического эквивалентного напряжения в наше измерение был бы 0 мВ, и мы могли бы легко определить измеренную температуру непосредственно из нашего измеренного напряжения. Поскольку это не может быть легко обеспечено, фактическая температура в точке подключения холодного спая обычно измеряется отдельно. Затем измеренный сигнал T/C может быть скомпенсирован термоэлектрическим вкладом точки соединения или «холодного спая», и мы можем извлечь реальную температуру удаленного конца нашей термопары путем математической комбинации либо измеренной температуры, либо ее термоэлектрической эквивалентное напряжение. См. рис. 1.
Рис. 1: Упрощенная измерительная схема с термопарой.
Хотя мы могли бы сформировать термопару, соединив любые два разнородных проводника, существует ряд стандартных типов термопар, в которых используются определенные металлы, объединенные для получения более высоких предсказуемых выходных напряжений по отношению к их тепловым градиентам. Наиболее распространенные типы перечислены в Таблице 1.
Таблица 1: Распространенные типы термопар и их применение.
Примечания (Таблица 1)
• 1. В таблице 1 обозначение «I» относится к применению в инертной атмосфере, «R» относится к восстановительной атмосфере, «O» относится к окислительной атмосфере, а «V» относится к к работе в вакууме.
• 2. В термопарах типа K используется магнитный никель. Магнитные материалы будут демонстрировать ступенчатое изменение своего выхода, как только они достигнут точки Кюри, которая для типа K происходит примерно при 354°C. Точка Кюри относится к температуре, при которой ферромагнитный материал становится парамагнитным при нагревании. Например, магнит потеряет свой магнетизм, если его нагреть выше температуры Кюри. Это обратимое изменение при охлаждении никеля. Некоторые точки Кюри для различных материалов следующие: железо (Fe) выше 770°C, кобальт (Co) выше 1130°C, никель (Ni) выше 358°C и оксид железа (Fe2O3) выше 622°C.
Из Таблицы 1 видно, что выбор конкретного типа термопары будет определяться полезным диапазоном измерения датчика, его чувствительностью, материалом и условиями эксплуатации. Стоимость датчика также может сыграть роль в этом решении, поскольку некоторые типы датчиков дороже других — например, типы датчиков на основе платины, как правило, дороже из-за содержания в них платины.
Поскольку материалы, используемые при экстремальных температурах, могут постоянно изменяться в зависимости от условий их применения, необходимо также учитывать атмосферные условия их применения, как указано в таблице 1.
«Инертная атмосфера» относится к среде газовой смеси, которая содержит мало кислорода или совсем не содержит кислорода и в основном состоит из нереакционноспособных газов или газов, которые имеют высокий порог до того, как они вступят в реакцию. Азот, аргон, гелий и углекислый газ являются обычными компонентами смесей инертных газов.
Восстановительная или «восстановительная атмосфера» относится к среде, в которой окисление предотвращается путем удаления кислорода и других окисляющих газов или паров. Обычно это относится к средам, содержащим газообразный азот или водород. Например, его часто накладывают в печах отжига, чтобы ослабить напряжения металла и предотвратить коррозию металла.
Азот также используется в некоторых электронных паяльных печах для улучшения характеристик и/или внешнего вида паяного соединения.
«Окислительная атмосфера» представляет собой газовую среду, в которой легко происходит окисление твердых веществ из-за присутствия избытка кислорода. Сравните это с восстановительной атмосферой, описанной ранее, в которой доступный кислород восстанавливается или удаляется. Во многих процессах сжигания используется окислительная атмосфера. Многие вещества быстро окисляются при достаточном нагревании в присутствии свободного кислорода. Окисление, которое происходит в результате, относится к трансформации, которая происходит, когда части соединений и молекул отрываются от материала, позволяя свободному кислороду прикрепляться к оставшемуся материалу и образовывать оксиды. Например, он обычно используется внутри печей для обжига керамики, чтобы заставить материалы преобразовываться в их оксидные формы или контролировать цвет материала. Когда карбонат меди обжигают, углерод отделяется и сгорает, поскольку связь между медью и углеродом разрывается, доступный кислород устремляется, чтобы присоединиться к меди, образуя оксид меди.
«Вакуумная атмосфера» относится к окружающей среде или объему пространства, из которого удалены свободные вещества, так что его газовое давление намного меньше окружающего атмосферного давления. Обратите внимание, что идеальный вакуум практически недостижим, поскольку атомы и частицы всегда присутствуют в атмосфере, но качество вакуумной среды будет относиться к тому, насколько хорошо она приближается к идеальному вакууму, о чем свидетельствует то, насколько низко ее давление окружающей среды по сравнению с атмосферным. давление.
Максимальные температуры термопар любого типа обычно ограничиваются типом используемой изоляции.
Важные моменты при использовании термопар для измерения температуры
Поскольку точность в конечном итоге будет играть важную роль при выборе типа датчика, мы должны быть знакомы с потенциальными источниками ошибок при измерении температуры с помощью термопар. Некоторые из этих соображений могут привести нас от одного типа термопары к другому или, возможно, к другому типу датчика, например, к RTD.
Неточность термопарного датчика
Некоторые производители термопарных датчиков могут иметь свои собственные обозначения точности, отличные от стандартных обозначений, описанных в Таблице 2, и всегда следует обращаться к ним в первую очередь, поскольку иногда они обеспечивают более высокие характеристики, чем стандартные. Но по стандарту IEC 584-2 датчики термопар подразделяются на три класса точности: класс 1, класс 2 и класс 3. По этому стандарту для заданной температуры и типа термопары применяются два значения допуска: фиксированное значение и расчетное значение. значение в зависимости от температуры датчика. Большее из этих двух значений обычно принимается за допуск датчика (обратите внимание, что тип C был исключен ниже, поскольку он не является обозначением типа ANSI).
Таблица 2: Стандартные допуски термопар IEC 584-2.
Нелинейность термопарного датчика
Нелинейность самого выхода термопары может варьироваться в пределах нескольких процентов и более во всем диапазоне температур термопарного типа. Математическая зависимость между температурой датчика и выходным напряжением моделируется комплексным полиномом от 5-го до 9-го порядка в зависимости от типа термопары. Некоторые передатчики предпримут специальные меры для настройки своих выходных характеристик на эти нелинейности и сделают их линейными выходы в зависимости от диапазона входной температуры. Другие приложения не связаны с линеаризацией выходного отклика датчика относительно температуры датчика, и вместо этого их отклик будет линейным с сигналом термоэлектрического напряжения датчика. Во многих случаях данная термопара будет почти линейной в меньшем диапазоне температур ее применения, и некоторая нелинейность будет приемлема без применения специальных методов линеаризации.
Аналогичным образом, некоторые недорогие передатчики будут использовать аналоговые методы для смещения выходного сигнала, чтобы скорректировать эту нелинейность, и это обычно работает лучше всего на меньших или усеченных участках диапазона датчика. Некоторые современные цифровые приборы фактически хранят в памяти таблицы термоэлектрических точек останова, чтобы выполнять многосегментную линеаризацию диапазона T/C и возвращать соответствующую температуру для заданного измерения напряжения.
В зависимости от вашего приложения отсутствие линеаризации может быть значительным источником ошибок, если вы не учтете его.
Чувствительность датчика T/C
Как упоминалось ранее, мы отметили, что любой проводник, подверженный температурному градиенту по измерению, будет генерировать разность потенциалов на том же пути, и это известно как эффект Зеебека. Различные материалы будут демонстрировать разные величины термоэдс, связанные с разницей температур. Объединение двух разных материалов и соединение их на одном конце позволяет нам замкнуть цепь, построить термопару и фактически измерить относительное напряжение. Относительная чувствительность термопары относится к ее коэффициенту Зеебека, который является просто мерой постепенного изменения напряжения термопары, соответствующего возрастающему изменению температуры (т. е. dV/dT в мВ/°C или мкВ/°C). По сути, это наклон функции термопары (напряжение в зависимости от температуры) при выбранной температуре. Важно отметить, что точно так же, как термопара меняет свою линейность в зависимости от температуры, ее относительная чувствительность также зависит от температуры. То есть некоторые термопары будут более или менее чувствительными в меньших частях диапазона температур их применения. В Таблице 1 приведены значения номинальной чувствительности термопар во всем диапазоне их применения, чтобы помочь различать термопары по чувствительности, но в меньших диапазонах этот показатель может значительно варьироваться. Термопары с более низкой чувствительностью будут иметь более низкое разрешение. Обычно они используются при более высоких температурах, когда не требуется разрешение заданной температуры с высокой степенью точности. Аналогичным образом, если вам нужно разрешить температуру до долей градуса, вы должны выбрать термопару с более высокой чувствительностью и соответствующим более высоким разрешением.
Дрейф датчика, старение и декалибровка
Дрейф или декалибровка сенсора термопары относится к процессу, в котором металлургия провода термопары была изменена в результате воздействия на него экстремальных температур, обычно в течение длительного времени. периоды времени. Это также может произойти непреднамеренно из-за того, что не был учтен «весь» рабочий диапазон сенсорного приложения, включая его превышение и занижение диапазона или неисправности. Дрейф обычно возникает в результате диффузии атмосферных частиц в металл при экстремальных температурах. Но это также может произойти из-за диффузии примесей и химических веществ из изоляции или защитной оболочки термопары в провод Т/Т при экстремальных температурах. Всегда полезно проверить характеристики изоляции термопары или зонда, так как это обычно ограничивает эффективную рабочую среду самой термопары.
Выбор удлинительного провода
Для термопар, которые должны проходить на большие расстояния, часто используется удлинительный кабель термопары. Удлинительные кабели обычно используются для снижения общей стоимости датчика, и в них используются материалы, аналогичные самой термопаре, или материалы, более подходящие для промежуточной среды. При использовании удлинительного кабеля важно помнить, что его термоэлектрические характеристики иногда лишь приблизительно соответствуют характеристикам термопары, и обычно ограничивают применимый диапазон термопары благодаря своей изоляции. Помните об удлинительном проводе, используемом в приложении, и его ограничениях, так как он может стать источником ошибок при неправильном применении с учетом температуры и окружающей среды. Обратите внимание, что для термопар из недрагоценных металлов (J, K, N, E и T) удлинительный проводник имеет тот же состав, что и соответствующая термопара, и будет демонстрировать те же термоэлектрические свойства, что и сама термопара. Однако для термопар из благородных металлов (R, S и B) проволока обычно представляет собой другой сплав, который только приближается к термоэлектрическим свойствам благородного металла, но в более ограниченном диапазоне.
Материал проводника отличается, поскольку благородные металлы содержат платину, использование которой в качестве удлинительного провода было бы очень дорогим. Использование другого материала часто не является проблемой, так как эти типы термопар обычно используются при более высоких температурах и имеют более низкое разрешение, так что небольшой вклад в ошибку использования другого, но похожего удлинительного провода менее значителен. Во всех случаях максимальная температура применения будет ограничена типом изоляции, используемой удлинительным проводом, и это является важным фактором при выборе правильного удлинительного провода для данного применения.
Время отклика
Время отклика относится к интервалу времени между приложением внезапного изменения температуры к датчику и соответствующим изменением выходного сигнала. Это изменение часто определяется как время, необходимое датчику для достижения 63,2 процента от его конечного значения. Быстрое время отклика или более короткая постоянная времени помогают уменьшить ошибку в системах, которые сталкиваются с быстрыми изменениями температуры. Это зависит от нескольких параметров, таких как размеры термопары (размер провода), конструкция, конфигурация наконечника и среда, с которой он контактирует. Например, если термопара проникает в среду с высокой теплоемкостью и быстрой теплопередачей, эффективное время отклика будет приближаться к времени отклика самой термопары (ее собственному времени отклика). Но если тепловые свойства среды плохие, например неподвижный воздух, время отклика может быть в 100 раз больше. Для изолированной или незаземленной термопары время отклика может варьироваться от долей секунды (малый диаметр) до нескольких секунд (большой диаметр). Для неизолированных или заземленных термопар типичное время варьируется от небольшой доли секунды (малый диаметр) до нескольких секунд (большой диаметр). Как правило, датчики температуры с термопарами имеют самое быстрое время отклика, особенно по сравнению с датчиками RTD. Как правило, их небольшая точка контакта и низкая тепловая масса обеспечивают более быстрое время отклика. Но, как и в случае с RTD, время отклика термопары также зависит от ее изоляции. То есть вы можете указать заземленную (неизолированную) или незаземленную (изолированную) термопару. Заземленный спай термопары обеспечивает непосредственный контакт материала спая с окружающим металлом корпуса, что обеспечивает более быстрое время отклика. Но заземленный наконечник также более подвержен шуму и может увеличить погрешность измерения, особенно при подключении к неизолированным измерительным приборам. Вы должны стремиться использовать незаземленный (изолированный) датчик, чтобы избежать этих проблем, но только в том случае, если изоляция датчика и время отклика не являются решающими проблемами для вашего приложения. Если ваше приложение абсолютно требует быстрого времени отклика, вам, вероятно, понадобится заземленный наконечник, и вам придется принять другие меры для борьбы с шумами или изоляции вашего сигнала, например, выбрать совместимый изолированный передатчик.
Компенсация холодного спая
При температуре, близкой к комнатной, основным источником ошибок для любого датчика термопары является компенсация холодного спая (CJC). Поскольку термопары измеряют только разницу температур между двумя точками, а не абсолютную температуру датчика, мы должны применить компенсацию холодного спая (также компенсацию холодного спая), чтобы напрямую связать измеренное напряжение с температурой датчика. На самом деле, наше измерение температуры может быть таким же точным, как и наш метод компенсации холодного спая. Эта компенсация вносит существенную погрешность в наши измерения, и, чтобы свести к минимуму ошибку холодного спая, измерительная схема холодного спая должна очень хорошо выполнять две вещи:
Точки подключения к термопаре должны иметь одинаковую температуру или быть «изотермическими». Любой градиент температуры от одной точки к другой будет источником ошибки (вспомните закон промежуточных материалов, рассмотренный ранее).
Фактическая температура точек подключения должна быть точно измерена или, по крайней мере, так же точно, как и сама термопара. Время отклика датчика CJC также может быть фактором поддержания точности, в частности, для систем, которые требуют быстрого времени отклика, но могут иметь нестабильную окружающую среду с холодным спаем.
Хотя наша термопара позволяет нам проводить точные дифференциальные измерения температуры, мы должны убедиться, что пара клемм, которые подключаются к термопаре и составляют наш холодный спай, имеют одинаковую температуру или «изотермические» друг с другом. Если этого не сделать, в наши измерения будет внесено ошибочное напряжение T/C. Мы также должны убедиться, что холодный спай имеет достаточную тепловую массу, чтобы он не менял температуру за время, необходимое для выполнения двух измерений, необходимых для преобразования сигнала T/C в реальную температуру на удаленном конце.
Проблемы с подключением
Потенциальная ошибка измерения часто возникает из-за плохого соединения, которое приводит к непреднамеренным вкладам термоэлектрического напряжения в наше измеряемое напряжение. Если вам нужно увеличить длину проводов термопары, вы должны использовать правильный тип удлинительного кабеля термопары для термопары. Замена любого другого типа добавит ошибочные соединения термопары в нашу измерительную систему. Если для соединения проводов используются клеммы, то необходимо дополнительно выбрать соединители из того же типа материала, если только вы не можете обеспечить, чтобы соединения сохранялись при одинаковой температуре. Также необходимо соблюдать правильную полярность при подключении.
Другие проблемы с подключением возникают, когда используется несовместимый тип материала для данной среды или когда удлинительный провод не соответствует датчику или окружающей среде. Например, термопары, в которых в качестве материала используется железо, будут подвержены коррозии, что может нарушить непрерывность, особенно во влажной среде.
Ошибка теплового шунтирования и погружения
Все термопары имеют некоторую массу, и нагрев этой массы будет поглощать некоторую энергию, которая в конечном итоге повлияет на температуру, которую вы пытаетесь измерить. В некоторых приложениях провод термопары действует как радиатор в точке измерения, что может привести к значительной ошибке измерения. Использование тонких проводов термопары помогает свести к минимуму этот эффект во многих приложениях. Например, рассмотрим термопару, погруженную в небольшой пузырек с жидкостью для контроля ее температуры. Тепловая энергия может проходить вверх по проводу термопары и рассеиваться в атмосферу, снижая температуру жидкости вокруг проводов. Или, если термопара недостаточно погружена в жидкость, более холодный воздух, окружающий провода, может фактически проходить вдоль провода и охлаждать соединение до температуры, отличной от температуры самой жидкости. Использование более тонких проводов вызовет более крутой температурный градиент вдоль провода на стыке между окружающим воздухом и самой жидкостью. Однако тонкие провода имеют более высокое сопротивление, и это может привести к другим ошибкам. Возможно, лучше использовать более короткие тонкие провода термопары, соединенные с гораздо более толстыми удлинительными проводами термопары, чтобы смягчить эффект сопротивления в некоторых приложениях.
Сопротивление выводов
Чтобы свести к минимуму влияние теплового шунтирования и улучшить время отклика, обычно используется тонкий провод Т/Т. Использование тонкой проволоки также, по крайней мере, частично обусловлено более дорогим типом проволоки, в частности, для платиновых благородных металлов типов R, S и B. Но недостатком использования тонкой проволоки в некоторых системах является что это увеличивает сопротивление датчика, делая его более чувствительным к шуму и потенциальным ИК-ошибкам, вызванным измерительным прибором. Следует позаботиться о том, чтобы сопротивление контура проводной термопары оставалось низким, и общее эмпирическое правило заключается в том, чтобы поддерживать его ниже 350 Ом, чтобы избежать избыточной ошибки, а ниже 100 Ом было бы лучше.
Шум
Выходное напряжение термопары представляет собой слабый сигнал, который подвержен случайным помехам. Точно так же тонкие выводы сделаны не из меди, а из других материалов и имеют более высокое сопротивление, что делает их более чувствительными к шуму, в частности к шуму, связанному с переменным током. Кроме того, высокий коэффициент усиления, который обычно работает с этими слабыми сигналами, дополнительно усиливает этот шум. Другие источники теплового шума возникают из-за нестабильной температуры окружающей среды на холодном спае. Обычно быстрое время отклика термопары демонстрирует этот шум на выходе, поскольку холодный спай обычно отслеживает температуру спая намного медленнее, чем сам термопарный датчик, обычно из-за его большей тепловой массы и датчика, используемого для измерения его температуры. . Шум обычно можно свести к минимуму, скрутив провода вместе, чтобы убедиться, что оба провода улавливают один и тот же сигнал (т. Е. Синфазный шум подавляется).
Аналогичным образом уменьшите длину или площадь петли, где кабели разъединяются для подключения к прибору. Прокладывайте провода T/C с защитой, не допуская их соединения с проводами питания. Использование экранированного удлинительного кабеля может помочь при работе в шумной среде или рядом с электродвигателями. Если есть подозрение на шум, просто выключите подозрительное оборудование и посмотрите, изменятся ли показания.
Синфазное напряжение
Несмотря на то, что сигналы термопары малы, в самом приборе могут существовать гораздо большие напряжения из-за наличия синфазных напряжений, создаваемых индуктивным датчиком вдоль провода датчика или через несколько соединений «земля-земля» в система. Индуктивный датчик обычно является проблемой при использовании термопары для измерения температуры обмотки двигателя или силового трансформатора. Множественное заземление может быть непреднамеренным, например, при использовании неизолированной или заземленной термопары для измерения температуры трубы с горячей водой. В этом случае любое плохое соединение с заземлением может привести к разнице в несколько вольт между трубой и измерительным прибором. Использование высококачественных дифференциальных инструментальных усилителей с высоким коэффициентом усиления, как правило, подавляет этот шум, поскольку он является общим для обоих входных проводов, но только до тех пор, пока напряжения остаются в пределах синфазного входного диапазона инструментального усилителя (обычно ограниченного).