Материалы для термопар: Apache Tomcat/7.0.14 – Error report

Материалы для термопар – Энциклопедия по машиностроению XXL

Малые добавки переходных металлов повышают т. э. д. с. золота при очень низких температурах [1]. В последние годы сплавы золота с разным содержанием железа использовались в ряде лабораторий в качестве отрицательного спая термопар. Эти сплавы превосходят применявшиеся ранее сплавы золота с кобальтом они обладают большей т. э. д. с. при низких температурах и в отличие от сплавов золота с кобальтом представляют собой стабильный твердый раствор поэтому их показания не меняются во времени и после нагрева при 100 °С. В качестве положительного спая используют медь, серебро или хромель. Как правило, рекомендуют хромель ввиду его высокой положительной т. э. д. с. в верхнем температурном интервале, где отрицательная т. э. д. с. сплава Аи—Fe уже не столь велика. Такая комбинация обеспечивает достаточно высокую чувствительность, термопара пригодна для использования в температурном интервале 4—300 К. Дополнительным преимуществом хромеля по сравнению с медью и серебром [2] является сравнительно низкая теплопроводность. Теплопроводность материалов для термопар, Вт/(м-К) [2], приведена ниже  [c.393]
Изготовление термопар. Горячий спай термопары получают при помощи электродуговой или кислородно-водородной сварки. Электроизолирующие материалы для термопар выбирают в зависимости от температуры  [c.186]

Наиболее употребительными материалами для термопар являются  [c.389]

К материалам для термопар, применяемым в радиационных пирометрах, предъявляются следующие основные требования  [c.331]

Тронов, дает график рие. 6.13. Схема устройства термопары, все шире применяемой в ядерных установках, приведена на рис. 6.14 [29, 42]. Выбор окиси бериллия для изоляции и молибдена для чехла был обусловлен в основном соображениями совместимости материалов. Термопары этого типа не обжимаются, как это принято обычно для термопар типа М1.

Изоляция  [c.296]

Калориметром называют металлическую оболочку с исследуемым материалом и термопарами для измерения температуры (рис. 4.5). В настоящей работе применяются калориметры цилиндрической формы. Калориметры № 1 и 2 заполняются исследуемым материалом. Калориметр № 1 (больших размеров) используется для определения температуропроводности.  [c.142]

И 10 % Rh), константан (60 % Си и 40 % Сг). Материалы, образующие термопару, подбираются таким образом, чтобы в диапазоне измеряемых температур они обладали максимальным значением термоЭДС. При этом погрешность в определении температуры существенно снижается. Согласно этому условию, для измерения температур могут применяться следующие термопары медь — константан и медь—копель (до 350 °С) железо—константан, железо— копель и хромель—копель (до 600 °С) хромель—алюмель (до 900— 1000 °С) платинородий—платина (до 1600 °С).  

[c.129]

Описаны тонкослойные покрытия из органосиликатных материалов для изоляции термоэлектродных проводов малого диаметра из хромоникелевых сплавов, платины и ее сплавов [2 3, с. 16—18, 54—64]. Из-за низких механических свойств эта изоляция не получила широкого распространения. Такие провода могут работать только в сборке, например при помещении в капилляры термопар.  [c.237]

В металлургии используются композиционные огнеупорные материалы для футеровки печей, для кожухов, арматуры печей, наконечников термопар, погружаемых в жидкий металл, и др. В данном случае эффективность применения заключается в увеличении срока службы металлургического оборудования. В горнорудной промышленности из композиционных материалов на основе тугоплавких соединений изготовляют буровой инструмент, коробки буровых машин, детали буровых комбайнов, транспортеров и др. Эффективность применения заключается в высокой абразивной стойкости п износостойкости композиций.  

[c.240]

Требования к материалам для проводников термопар  [c.8]

По характеру применяемых материалов для изготовления термопар последние могут быть разбиты на следующие три группы  [c. 8]

Материалы для изоляции термопар  [c.110]

Калориметром здесь называется металлическая оболочка, наполненная исследуемым материалом с термопарой для измерения температуры,  [c.68]

Для каждой термопары должны быть свои термоэлектродные провода. Каждой паре материалов проводов присваивают буквенное обозначение и придают определенную расцветку оплетке из цветной пряжи или изоляции жил (табл. 3-7). Конструкция одного типа термоэлектродных проводов показана на рис. 3-11. Для термопар типа ТПР термоэлектродные провода не нужны, так как при температурах около 100° С развиваемая ими термо-э. д. с. практически равна нулю.  

[c.219]

Бикалориметр (рис. 5-16) состоит из полой металлической оболочки (плоской, цилиндрической или шаровой формы), внутри которой с небольшим зазором размещается сплошное металлическое ядро (такой же формы). Зазор заполняется исследуемым материалом. Для измерения температуры в ядре бикалориметра закладывается термопара.  [c.310]

Материалы для термоэлектродов термопар и удлиняющих проводов. Основные требования к материалам для термоэлектродов термопар  [c.532]

Микроплазменную сварку применяют для соединения особо тонких материалов, для исправления микродефектов (микротрещин, царапин, раковин) миниатюрных деталей, для резки металлов и неметаллов, для прецизионной наплавки. Малая площадь нагрева и незначительная ширина зоны термического влияния обеспечивают высокое качество соединений миниатюрных и высокоточных деталей гофрированных трубок (сильфонов) и мембран с арматурой, миниатюрных трубопроводов, полупроводниковых приборов, конденсаторов, термопар и т.п.  

[c.233]

Материалы для термопар характеризуются наибольшей допустимой-величиной температуры спая Тсп, коэффициентом термо-э. д. с. а и удельным сопротивлением р. Коэффицйент термо-э. д. с. не является постоянной величиной, а зависит от температуры. Поэтому значение коэффициента термо -э. д. с. относят к определенному интервалу температур, где он может считаться неизменным. Для каждой термопары устанавливается предельно допустимая температура, при которой возможно проведение достаточно точных и длительных измерений.  

[c.291]

Кроме традиционных сплавов, для термопар (хромель, медь, платина, серебро, константан и алюмель) изучен ряд специальных материалов. Для термопар ASA, ASTM и JSA приняты следующие обозначения  [c.393]

Среди полупроводниковых материалов известны материалы, обладающие высокой термо-э. д. с. К таким материалам, например, относится ТЮг. Однако указанные материалы для термопар применять не рекомендуется, так как они в сравненпи с другими материалами  [c.383]

Интерметаллические соединения висмута с теллуром или селеном являются ценными термоэлектрическими материапами, позволяющими использовать эффект Пельтье в целях охлаждения Г25]. Материалы для термопар должны обладать высокой термоэ.

д. с., низкой теплопроводностью и небольшим электрическим сопротивлением. Все эти свойства пре красно сочетаются, например, в соединениях В1гРез и В123ез, применяемых для изготовления полупроводников  [c.134]

Как отмечалось в гл. 2, ККТ давно рассматривает планы замены платинородиевой термопары платиновым терм ометром сопротивления в качестве интерполяционного прибора в МПТШ-68 вплоть до точки затвердевания золота. Нет сомнений, что платина сама по себе является прекрасным материалом для изготовления термометров сопротивления, работающих по крайней мере до 1100°С. Сложность создания практической конструкции термометра заключается лишь в том, чтобы найти способ закрепить проволоку таким образом, чтобы она не испытывала механических напряжений при нагревании и охлаждении, и обеспечить высокое сопротивление изоляции. Удельное электрическое сопротивление, как и термо-э. д. с., является характеристикой самого металла, однако электрическое сопротивление термометра в отличие от термо-э.

д. с. является макроскопической характеристикой проволоки, из которой изготовлен термометр, и поэтому зависит от изменения ее размеров и даже от царапин на ней. При высоких температурах  [c.214]

Проблемы способа монтажа и выбора огнеупорной изоляции для термопар из благородных металлов тесно связаны с вопросами загрязнения, вызываемого материалами изоляции и чехла. В области температур до точки затвердевания золота и в окислительной атмосфере рекристаллизованная окись алюминия (АЬОз) дает очень хорошие результаты. Это вещество ожет быть очень чистым, имеет высокие электросопротивление и ме-  [c.282]

Удлинительные провода для термопар из неблагородных металлов изготовляются из тех же материалов, которые применены для самой термопары для термопар из благородных металлов — из более дешевых металлов и сплавов, которые, однако, должны удовлетворять определенному требованию термоидентичности. Это требование состоит в том, чтобы удлинительные провода в диапазоне возможных температур свободных концов термопары обладали той же зависимостью термо-э. д. с. от разности температур, как и основная термопара. При этом условии включение удлинительных проводов не скажется на результатах измерения температуры.  [c.135]

Для ряда изделий характерно образование термотоков. Так например, при обработке металлов резанием, а также при штамповочных операциях в зонах контакта инструмента и обрабатываемого материала возникают температуры в несколько сот градусов. Вследствие этого в случае разнородных инструментального и обрабатываемого материалов в термопаре инструмент — материал возникают термоэлектродвижущие силы (т. э. д. с.), а в замкнутых контурах станок — инструмент — изделие — станок или пресс — инструмент — изделие — пресс протекает результирующий термоэлектрический ток (термоток). Такие термотоки приводят к ускорению износа режущего инструмента, кромок пуансона и матрицы.  

[c.36]

Созданы беэвольфрамовые керметы систем. карбид титана — железо и карбид титана — сталь. Керметы системы окись алюминия — вольфрам — хром применяют в качестве высокотемпературных эрозионностойких материалов, для изготовления специальных огнеупоров, защитных чехлов термопар, матриц для горячей экструзии труднодеформируемых металлов и сплавов и т. п. Изделия из этих керметов получают методом горячего прессования. Для снижения пористости в кермет добавляют до 1 процента Никеля.  [c.84]

Чтобы было удобнее наполнять акало-риметр исследуемым материалом, вводная трубка D для термопары не наглухо приделана к крышке, как в большей части акалориметров, а ввинчивается в пробку Р, которая в свою очередь снабжена нарезкой для ввинчивания в верхнее основание А акалориметра (рис. 83). Для наполнения акалориметра пробка Р вывинчивается, благодаря чему образуется широкое отверстие в верхнем основании, в которое свободно входят крупные зерна материала.  [c.247]

По области применения резистганнв материалы раэделяют на три основные группы. Первая группа — материалы для резисторов (медные, мед-но-нит елевые, никелевые, иикель-хро-чловие пленочные, проволочные, углеродистые) вторая групна — материалы для термоэлектродов термопар -и удлиняющих проводов (сплавы на ос- нове Ni, Си—Ni, Pt, Pt—Rh, W—Re неметаллические порошковые материалы) третья группа — материалы для нагревателей (сплавы на основе N4— Q, Fe—Сг—А1, порошковые керамические материалы).  [c.526]

Учитывая большую зависимость выхода по току от температуры расплава, казалось бы, что ее и следует принять за регулируемый параметр. Однако организация постоянного измерения температуры расплава наталкивается на ряд непреодолимых трудностей, главной из которых является растворение в электролите практически всех материалов, идущих на изготовление чехлов для термопар. Практически температура электролита контролируется эпизодически переносными термопарами и с соблюдением особых мер, повышающих точность измерений [8], и поэтому использовать температуру как параметр для регулирования, к сожалению, не представляется возможным.  [c.359]

Различные авторы приводят данные о ходе кривой э. Д. с., отличающиеся на несколько сот градусов. Однако недавнее исследование Мак Киллана [55] показало, что для вольфрамо-мо-либденовой термопары может быть получена воспроизводимая зависимость э. д. с. от температуры. Для термопары, изготовленной из чистых материалов — вольфрамовой проволоки диаметром 1 мм и молибденовой— 1,25 мм при работе в водороде была получена воспроизводимая кривая э. д. с. в температурном интервале от 800 до 2200°. При нагреве такой термопары до высоких температур в контакте с окисью бериллия проволоки загрязнялись окись алюминия загрязнений не создавала. Градуировка отожженной термопары при повторных нагревах до 2200° остается неизменной, и воспроизводимость градуировочной кривой составляет 3° ниже 1700° и 5° выше этой температуры.  [c.100]

В случае приварки змеевиков из труб перлитной стали к кол лектору, изготовленному из этой же или другой стали перлитного класса, проводят OTiny K газовыми горелками. Например, при приварке электродуговой сваркой к камере из стали 15Х1М1Ф трубок из стали 12Х1МФ сварные соединения подвергают отпуску при 740—760° С в течение 4 ч. Нагрев осуществляют линейными (рис. 126, б) или кольцевыми (рис. 126, в) газовыми горелками в зависимости от того, какую удобнее расположить около стыков. Горелки имеют трубки для подвода природного газа и камеры, в которых имеются отверстия. Газ выходит из отверстий, смешивается с воздухом и сгорает. Кольцевая горелка для удобства использования сделана составной из двух полуколец. К полукольцевым камерам приварены дистанционирующие планки, которые упираются в поверхность коллектора. Полу-кольцевая камера горелки сразу устанавливается на требуемом расстоянии от коллектора благодаря дистанционирующим планкам. Материалом для изготовления горелок служит углеродистая сталь Ст. 3. При работе горелки практически не нагреваются. Во время термической обработки температуру контролируют при помощи термопары, вводимой в приваренный змеевик из камеры, и гальванометра или при помощи оптического пирометра.  [c.263]

---

Сплавы для термопар

Термопара термоэлемент для измерения температуры, состоящий из двух разных металлов и образующих замкнутую цепь

(рис. 11).

Рис. 11. Схема термопары

Из-за разной энергии Ферми при контакте двух разных металлов возникает контактная разность потенциалов (от долей вольта до нескольких вольт). Это явление открыл в 1797 г. итальянский физик А.Вольта.

При различной температуре контактов (спаев) на концах разомкнутой цепи появляется разность потенциалов термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС). Величина термо-ЭДС пропорциональна разности температур горячего и холодного спаев

U ≈ αт (T2 − T1),

где αт  удельная термо-ЭДС термопары, мкВ/К, зависящая от природы проводников термопары и диапазона измеряемых температур.

Подавляющее большинство термопар изготовляют из металлических компонентов. Наиболее часто применяют следующие сплавы: копель (56%Cu+44%Ni), алюмель (95%Ni+Al+Si+Mn), хромель (90%Ni+10%Cr), платинородий (90%Pt+10%Ph) (табл. 9).

Сплавы для термопар

Таблица 9

Измеряемая температура Tmax,°С	Термопара	Измеряемая температура Tmax,°С	Термопара
350	медь-копель медь-константан	1000	хромель-алюмель
1600	платинородий Pt
600	Fe-константан Fe-копель хромель-копель	2000* 2100* 2800*	W-Mo W-Ir W-Re

* работают в вакууме или в инертной среде.

Большинство термопар устойчиво работают лишь в окислительной среде. В процессе длительной эксплуатации удельная термо-ЭДС термопары может постепенно уменьшаться в результате загрязнения примесями из окружающей среды, летучести компонентов, окисления проводов и деформации. Наиболее высокой точностью, стабильностью и воспроизводимостью характеристик обладают платинородиевые термопары. Эти качества объясняются химической инертностью материала и возможностью получать его с высокой степенью чистоты.

Материал взят из книги Электротехнические материалы (Л.Г. Петрова)

404 – Документ не найден

Документ не найден.
Пожалуйста, воспользуйтесь поиском или нижним меню.

Обжимные фитинги муфты, штуцера, адаптеры, уголки, кресты, тройники Резьбовые фитинги ниппели, муфты, тройники.. Приварные фитинги VCR, VCO, БРС

Фитинги для труб

Баллонные
Общепромышленные
Высокоточные
До себя
Для чистых сред
Двухступенчатые

Регуляторы давления

Запорная арматура Игольчатые вентили Шаровые краны Мембранные клапаны Сильфонные вентили Манометрические вентили

Клапаны

Фильтры и фильтрующие элементы
фильтры финишной очистки
Промышленные фильтры
Микронные фильтры

Фильтры

Калиброванные бесшовные трубки
Инструмент для труб
полимерные трубки
зажимы и крепления для труб
гибкие рукава

Зажимы, трубы, рукава и аксессуары

Изделия собственного производства газоразрядные рампы атмосферные испарители газовые шкафы устройства отбора пробы

Изделия

Поточные нагреватели жидкостей и газов

Нагреватели

Расходомеры Ротаметры

Средства контроля расхода

Уровнемеры Смотровые стёкла

Средства измерения уровня

Манометры
Преобразователи давления
Реле давления
Разделительные мембраны

Средства измерения давления

Средства измерения температуры

Анализаторы газов

Алюминиевые газовые баллоны:
– Одногорловые
– Двугорловые

Баллоны и Сосуды

Кабельные вводы

Компенсационные кабели и Термопарные кабели

Обозначение термопарных и компенсационных кабелей

Кодирование термопарных и компенсационных кабелей подробно определено в норме DIN EN 60584-3.

Норма позволяет ограничить риск ошибки и смены полярности.

Максимальная температура применения зависит также от материала, из которого изготовлена изоляция, и поэтому необходимо соблюдать спецификации, указанные в каталожных картах продуктов.

Материал изоляции	Максимальная температура
PVC	105°C
TPE- 0	130°C
ECTFE	135°C
ETFE	155°C
Silikon	180°C
FEP	205°C
MFA	235°C
PFA	260°C
E-Glasseide	400°C
R-Glasseide	700°C
Silica	1000°C
Nextel	1400°C

Таб. Устойчивость к температуре различных изоляционных материалов термопарных и компенсационных кабелей

 

В случае применения неправильно подобранных или имеющих неправильную полярность компенсационных кабелей может дойти до ошибок в измерениях порядка 300 °C.

В таблице ниже приведены примеры возможных ошибок измерения, которые могут возникнуть в случае замены термопары, кабеля или смены полярности (в случае указанных здесь ошибок предполагается разница температур между точкой измерения и точкой отнесения на уровне 50 °C)

Термопара	Компенсационный кабель	Полярность	Ошибка измерения в °C
Fe-CuNi (тип J)	Ni-CrNi (тип K)	Правильная	-10
Ni-CrNi (тип K)	Fe-CuNi (тип J)	Правильная	+20
Fe-CuNi (тип J)	Ni-CrNi (тип K)	Неправильная	-80
Ni-CrNi (тип K)	Fe-CuNi (тип J)	Неправильная	-110

Допуск и отклонения

Провода термопарных и компенсационных кабелей подробно определены в норме DIN 43713. Термоэлектрические напряжения с соблюдением указанных диапазонов температуры отвечают термоэлектрическим напряжениям, соответствующим термопарам, согласно норме DIN EN 60584-1.

Предельные отклонения для термопарных и компенсационных кабелей подробно определены в норме DIN 43722. Выделяют два класса точности.

• Класс точности 1 существует только для термопарных кабелей, поскольку это провода, изготовленные из маточных материалов.
• Класс точности 2 является действительным как для компенсационных, так и для термопарных кабелей.

Термопарные и компенсационные кабели фирмы «Guenther» соответствуют цветовым обозначениям согласно норме DIN 43 722, за исключением термопарных кабелей типа U и типа L, которые соответствуют норме DIN 43 714.

Предельные отклонения соответствуют классу точности 2 согласно норме DIN 43722.

В случае термопар типа U и типа L действительными являются предельные отклонения согласно DIN 43710 на уровне ±3 °C.

 

Сплавы для термопар, жаростойкость – Справочник химика 21

    Жаростойкую проволоку для некоторых термопар тоже изготавливают из сплавов никеля. Сплавы 10 % Сг—N1 хромель Р) и 2 % А1, 2 % Мп, 1 % 51, остальное N1 алюмель) могут быть использованы на воздухе при температурах до 1100°С. [c.208]

    Основная масса выплавляемого никеля (около 80%) используется для получения никелевых сплавов и легированных сталей (нержавеющих, бронебойных, жаростойких и др.). Из никеля изготавливают специальную аппаратуру химических производств. Он применяется также для декоративно-защитных покрытий на других металлах. Палладий и платина используются для изготовления коррозионностойкой лабораторной посуды, аппаратов и приборов химических производств, для термометров сопротивления и термопар а также электрических контактов. Из платины изготавливают нерастворимые аноды, например, для электролитического производства надсерной кислоты и перборатов. Палладий и платина применяются в ювелирном деле. [c.646]

    Сплавы рения с платиной или вольфрамом используют для изготовления термопар, электрических ламп, электроконтактов. Вместе с танталом, молибденом и вольфрамом рений входит в состав жаростойких сплавов, коррозийно-устойчивых покрытий. [c.421]

    АЛЮМЕЛЬ, сплав на основе Ni, содержащий А1 (1,8— 2,5%), Мп (1,8—2,2%), Si (0,85—2,0%), Со (0,6—1,0%). Обладает высокой жаростойкостью (на воздухе — до 1000 °С). Термоэлементы, в состав к-рых входит А., имеют большую термоэдс, к-рая изменяется практически линейно в широком интервале т-р. Примен. для изготовления термопар (в паре с хромелем). [c.28]

    Применение. Основная часть (75—80%) производимого молибдена используется в черной металлургии для легированных сталей. Молибден находит применение для получения жаростойких и кислотостойких сплавов. Благодаря высокой температуре плавления (2620 10° С), прочности при высоких температурах, хорошей электропроводности молибден используют в производстве электроламп и электронных приборов. Из молибденовой проволоки в паре с вольфрамовой делают термопары для измерения температур в интервале 1200—2000 С. Молибден и его сплавы используют для изготовления лопаток турбин и других деталей реактивных двигателей. [c.164]

    Эти сплавы широко применяют для нагревательных элементов электропечей, реостатов, термопар. Нихромы, как правило, используют в качестве жаростойкого и жаропрочного материала для клапанов мощных авиационных моторов. [c.230]

    Благодаря огнеупорным свойствам ковалентные и металлоподобные нитриды используются для создания футеровки электролизных ванн, для изготовления защитных чехлов термопар, сопел для распыления расплавленных металлов, тиглей для плавки редких металлов. Высокая жаропрочность и жаростойкость ковалентных нитридов (нитриды алюминия, бора, кремния), а также некоторых металлоподобных нитридов (нитриды титана, циркония, гафния) в сочетании с умеренными коэффициентами термического расширения, высокой термостойкостью позволяют использовать их для создания сплавов, характеризующихся высокой жаропрочностью. [c. 42]

    Около 80% выплавляемого никеля используется для получения никелевых сплавов и легированных сталей (нержавеющих, бронебойных, жаростойких и др.). Из никеля изготавливают специальную аппаратуру химических производств. Он применяется также в виде декоративно-защитных покрытий на других металлах. Палладий и платина используются для изготовления коррозионностойкой лабораторной посуды, аппаратов и приборов химических производств, для термометров сопротивления и термопар (сплавы Р1 — Р(1, Р1 — КЬ, — 1г, Р1 — Ри, Р1 — Оз), а также [c.619]

    В некоторых случаях никелевые сплавы используют для изготовления жаростойкой проволоки для термопар. Сплавы 10% Сг—N1 и 2% А1, 2% Мп, 1% 51, остальное N1 стойки в воздухе до температуры порядка 1100°С. [c.162]

    Необходимо также отметить, что ряд никелевых сплавов, например, никелемедные сплавы (45% Ni + 55% u), никельхромовые сплавы — нихромы, а также эти сплавы в сочетании с железом, алюминиевые (алюмель) и др. , обладают высокой жаростойкостью и применяются для изготовления термопар, электронагревателей и др. Сплавы Ni—Сг ограниченно применяются как антикоррозионные материалы при обычных температурах, так как не обладают особыми преимуществами по сравнению со сплавами Ni— u. [c.231]

    Области применения Н. весьма разнообразны. Наиб, развито использование огнеупорных св-в нек-рых ковалентных H.-BN, SiN, AIN, а также ях сложных соед. и разл. материалов на их основе. Н. используют для футеровки, изготовления огнеупорных тиглей, муфелей, чехлов термопар, крепления транзисторов. Цоколей электронных ламп, устройств ядерной техники, высокоТемпературйой смазки, в произ-ве твердосплавного и абразивного инструмента и др. Металлоподобные Н. переходных металлов – компоненты твердых сплавов, их используют при произ-ве огнеупорных тиглей, лодочек для испарения А1, в качестве износостойких покрытий на твердосплавном режущем инструменте, для поверхностного упрочнения деталей мащин и механизмов. Н. входят в состав жаропрочных и жаростойких композиц. материалов, в т. ч. керметов. [c.259]

    Т.к.-компонент жаропрочных, жаростойких и твердых сплавов, абразивный материал его используют для нанесения износостойких покрытий, для изготовления тиглей и чехлов термопар, стойких к расплавл. металлам, для футеровки вакуумных высокотемпературных печей. [c.592]

    КОПЁЛЬ от англ. сор(рег) — медь и (ник)ель] — медноникелевый сплав с особыми термоэлектрическими свойствами. Хим. состав К. (марки МНМц43-0,5) 42,5-44,0% N1 0,1—1,0% Ми не более 0,1% С 0,1% 31 0,15% Ке остальное — медь. По хим. составу и св-вам (табл.) К. близок к константану. Значительно превосходит алю.чель по величине отрицательной термоэдс. С хромелем образует пару, обладающую большей термоэдс (при т-ре до 100° С она равна +6,95 мв). Однако К. значительно уступает алюмелю и хромелю в отношении жаростойкости, поэтому термопара хромель — копель в эксплуатации надежна лишь до т-ры 600° С (крат- [c. 620]

    На этом участке платину с большим успехом заменили жаростойкими хромоникелевыми сплавами или сплавами Fe— Сг—А1. До настояшего времени платину и ряд сплавов па ее основе довольно часто применяют для изготовления термопар, пирометров и неокисляющихся электроконтактов. Сплавы с платиной часто используют в медицинской технике и химической промышленности для фильер при производстве искусственного волокна. [c.321]

    Многие /-элементы ГУ-УП групп используются как легирующие добавки для улучшения качества сталей. В состав сталей их обычно вводят в виде ферросплавов (сплавов с железом), например, феррохрома, ферромарганца, ферротитана, феррованадия и др. Легирование ими придает сталям ценные качества, например коррозионную стойкость (хром, марганец, титан), твердость и ударная вязкость (цирконий), твердость и пластичность (титан), прочность, ударная вязкость и износостойкость (ванадий), твердость и износостойкость (вольфрам), твердость и ударная вязкость (марганец), жаропрочность и коррозионную стойкость (молибден, ниобий). Марганец используется как раскислитель стали. Все более широкое применение получают эти металлы и их сплавы, как конструкционные, инструментальные и другие материалы. Так, титан и его сплавы, характеризуемые легкостью, коррозионной устойчивостью и жаропрочностью, применяются в авиастроении, космической технике, судостроении, химической промышленности и медицине. В атомных реакторах используются цирконий (конструкционный материал, отражающий нейтроны), гафний (поглотитель нейтронов), ванадий, ниобий и тантал. Вследствие высокой химической стойкости тантал, ниобий, вольфрам и молибден служат конструкционными материалами аппаратов химической промышленности. Вольфрам, молибден и рений, как тугоплавкие металлы, используются для изготовления катодов электровакуумных приборов и нитей накаливания термопар и в плазмотронах. Вместе с тем при высоких температурах вольфрам и молибден окисляются кислородом, причем образующиеся при высокой температуре оксиды не защищают эти металлы от коррозии, поэтому на воздухе они не жаростойки. Вольфрам служит основой сверхтвердых сплавов. Хромовое покрьггие придает изделиям декоративный вид, повышает твердость и износостойкость. [c.373]

    Наряду с платинородий-платиновой термопарой наиболее часто применяют для измерения температур химических процессов хромель-алюмелевую (ХА). Положительным электродом является кромель, — жаростойкий сплав никеля и хрома, — а отрицатель-ым — сплав алюмель (табл. 21). [c.76]

    Однако при всех этих условиях можно сказать, что идеальной термопары вообще не существует так, термопары из неблагородных металлов часто обладают высокой ТЭДС, дешевы, но не н ароупорны, некоторые же из них, наоборот, жароустойчивы, но обладают способностью к перекристаллизации и хрупки или очень легко окисляются термопары из благородных металлов обладают многими очень ценными свойствами, в особенности химической устойчивостью и жаростойкостью, но они дороги, зависимость их ТЭДС от температуры невелика и часто не прямолинейна. Наконец, некоторые благородные металлы при высоких температурах довольно значительно распыляются, что объясняется образованием нестойких кислородных летучих соединений (иридий, рутений). Поэтому, например, термопара из сплава платины с иридием, предложенная в свое время Брау-сом, уже более не применяется из-за летучести иридия и вызванной ею нестабильности ТЭДС. [c.33]

    Одпп термоэлектрод термопары- ТПП (платинородий —платина) выполнен из сплава (10% КЬ и 90% К1), второй электрод—из чистой платины. Такая термопара обладает повышенной жаростойкостью и стабильной характеристикой. Она применяется для измерения температур от 200до 1300°С при длительном использовании в промышленных условиях и до 1600 °С при кратковременных измерениях. Диаметр термоэлектродов 0,5 мм. [c.168]

    Эти сплавы имеют чисто аустенитную структуру и отличаются большой жаростойкостью и жаропрочностью. Х15Н60 хорошо работает до температуры 1000°, а Х20Н80 — до 1100°. Они обладают также высоким омическим сопротивлением первый порядка 1,1 oM MM Im, второй 1,5 ом мм м, и находят широкое применение для изготовления нагревательных элементов электропечей, для реостатов, а также термопар. Нихромы нашли применение также в качестве жаростойкого и жаропрочного материала для клапанов мощных авиационных моторов. [c.540]

    До настоящего времени в ходу лабораторная посуда, электрохимические электроды и нерастворимые аноды из платины. Еще не так давно большое количество электрических печей сопротивления изготовлялось с платиновой обмоткой (ныне платиновая обмотка с большим успехом заменяется жаростойкими сплавами на железной основе с хромом и алюминием). До настоящего времени платина довольно часто применяется для термопар и неокисляющихся электроконтактов. В виде сплавО В платина применяется для фильер при производстве искусственного волокна. Используе 1ся платина также в качестве контакта и катализатора при окислении аммиака в азотную кислоту. В некоторых химических производствах применяют обкладку платиновыми листами (толщиной не менее 0,1 мм) аппаратов и отдельных деталей приборов, работающих в наиболее агрессивных средах. Плагина стойка во многих минеральных и во всех органических кислотах и едких щелочах. Однако смесь соляной и азотной кислот, а также смесь соляной кислоты с другими сильными окислителями разрушают платину, хотя и заметно медленнее, чем золото. Чистые галогено-водородные кислоты при нормальных температурах почти не действуют на платину, однако при нагреве начинают воздействовать (причем более сильно бромисто-водородная и иодисто-водород-ная). Свободные галогены при высоких температурах также воздейст вуют на платину. Платина не окисляется ори нагреве на воздухе и з кислороде до температуры плавления, однако подвергается разрушению даже при гораздо более низких температурах в атмосферах, содержащих СО, или в контакте с углем, при одновременном наличии хлора или хлористых солей, следствие способности образовывать летучие карбонил-хлориды платины.  [c.577]

---

Термопары. Типы термопар, рекомендации по выбору

10.03.2018 

Эта статья содержит обзор существующих типов термопар, диапазоны измеряемых температур, условия эксплуатации. Рассматриваются различные материалы для их изготовления: никелевые и медно-никелевые сплавы – алюмель, хромель, копель, константан; медь, железо, вольфраморениевые сплавы – ВР5/ВР20; платина, платинородий.

Типы термопар из неблагородных металлов и их особенности

1. Тип °К (хромель-алюмель)

• Используется для измерения температур в диапазоне от –200 °С до +1200 °С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектродной проволоки).
• В диапазоне температур от 200 до 500 °С может возникнуть эффект гистерезиса, когда показания при нагревании и охлаждении могут различаться.
• В некоторых случаях разница достигает 5 °С.
• Работает в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода.
• После термического старения показания снижаются.
• Может произойти изменение термо-ЭДС при использовании в разряженной атмосфере, т.к. хром может выделяться из Ni-Cr вывода (так называемая миграция). При этом термопара показывает заниженную температуру.
• Атмосфера серы вредна для термопары, т.к. воздействует на оба электрода.

2. Тип °L (хромель-копель)

• Используется для измерения температур в диапазоне от –200 °С до +800 °С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектродной проволоки).

3. Тип °Е (хромель-константан)

• Используется для измерения температур в диапазоне от –40 °С до +900 °С.
• Обладает высокой чувствительностью, что является плюсом.
• Материалы электродов обладают термоэлектрической однородностью.

4. Тип °Т (медь-константан)

• Используется для измерения температур в диапазоне от –250 °С до +300 °С.
• Может работать в атмосфере с небольшим избытком или недостатком кислорода.
• Не рекомендуется использование термопар данного типа при температурах выше 400 °С.
• Не чувствительна к повышенной влажности.
• Оба вывода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.

5. Тип °J (железо-константан)

• На железном выводе может образоваться ржавчина из-за конденсации влаги.
• Хорошо работает в разряженной атмосфере.
• Максимальная температура применения –500 °С, т.к выше этой температуры происходит быстрое окисление выводов. Оба вывода быстро разрушаются в атмосфере серы.
• Показания повышаются после термического старения.
• Невысокая стоимость, т.к. в состав термопары входит железо.

6. Железо-копель

• Используется для измерения температур в диапазоне от 0 до 760 °C.

7. Тип °А (вольфраморениевый сплав ВР – вольфраморениевый сплав ВР)

• Используется для измерения высоких температур от 0 до 2500 °C в инертной среде.

8. Тип °N (нихросил-нисил)

• Это относительно новый тип термопары, разработанный на основе термопары типа К. Термопара типа К может легко загрязняться примесями при высоких температурах. Сплавляя оба электрода с кремнием, можно тем самым загрязнить термопару заранее, и таким образом снизить риск дальнейшего загрязнения во время работы.
• Рекомендуемая рабочая температура до 1200 °С (зависит от диаметра проволоки), возможна кратковременная работа при 1250 °С.
• Высокая стабильность при температурах от 200 до 500 °С (значительно меньший гистерезис, чем для термопары типа К).
• Считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.

Типы термопар из благородных металлов и их особенности

1. Тип °В (платинородий-платинородиевая)

• Максимальная температура, при которой может работать термопара, составляет 1500 °С (зависит от диаметра проволоки).
• Кратковременное использование возможно до 1750 °С.
• Присутствует эффект загрязнения водородом, кремнием, парами меди и железа при температурах выше 900 °С. Но данный эффект меньше, чем для термопар типа S и R.
• При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.
• Может работать в окислительной среде.
• Не рекомендуется применение при температуре ниже 600 °С, где термо-ЭДС очень мала и нелинейна.

2. Тип °S (платинородий-платиновая)

• Максимальная температура, при которой может работать термопара, составляет 1350 °С.
• Кратковременное использование возможно до 1600 °С.
• Присутствует эффект загрязнения водородом, углеродом, парами меди и железа при температурах выше 900 °С. При содержании в платиновом электроде 0,1% железа, тером-ЭДС изменяется более, чем на 1 °мВ (100 °С) при 1200 °С и 1,5 °мВ (160 °С) при 1600 °С. Такая же картина наблюдается при загрязнении медью. Вывод: термопары данного типа нельзя армировать стальной трубкой или следует изолировать электроды от трубки газонепроницаемой керамикой.
• Может работать в окислительной атмосфере. При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.
• Не рекомендуется применение ниже 400 °С, т.к термо-ЭДС в этой области мала и крайне нелинейна.

3. Тип °R (платинородий-платиновая)

• Обладает такими же свойствами, что и термопары типа S.

Источник: http://www.metotech.ru/

10. Термоэлектрические датчики – СтудИзба

         Глава 10 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

§ 10.1. Принцип действия

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

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

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

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

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

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

Рекомендуемые файлы

Способ изготовления спая (сваркой, спайкой и т. п.) на термо-ЭДС не влияет, если только размеры спая таковы, что температура его во всех точках одинакова.

ТермоЭДС, вырабатываемая термопарой, составленной из элек­тродов А и В, является разностью двух термоЭДС:  —тер-моЭДС горячего спая при температуре  —термоЭДС хо­лодного спая при температуре 02, т. е.

Значения термоЭДС и ее направление зависят от материалов электродов А и В.

В табл. 10.1 приведены термоЭДС для разных материалов в па­ре с платиной при температуре горячего спая 100°С (373 К) и тем­пературе холодного спая 0°С (273К). Знак плюс перед термоЭДС означает, что в холодном спае ток идет по направлению к платино­вому электроду.

Если составить термопару из материалов, которые по отношению к платине имеют термоЭДС разных знаков, то термоЭДС такой термопары будет равна сумме термоЭДС материалов по отноше­нию к платине. Например, из табл. 10.1 берем данные для термо­ЭДС меди в паре с платиной +0,76 мВ и термоЭДС сплава копель в паре с платиной — 4,0 мВ. Термопара медь-копель на основании уравнения (10.1) будет иметь термоЭДС Е_АВ — 0,76— (—4) = = +4,76 мВ. Материалы для термопар следует подбирать таким образом, чтобы термоЭДС имели достаточно большие значения, обеспечивающие высокую чувствительность измерения.

§ 10.2. Материалы, применяемые для термопар

К материалам для термоэлектродов термопар кроме тре­бования получения большого значения термоЭДС предъявляются и другие требования. Пожалуй, наиболее важным из них является обеспечение взаимозаменяемости.   Это означает,  что  термопары

одного и того же типа должны иметь при одинаковых температу­рах одну и ту же термоЭДС. В этом случае замена термопары не должна привести к перенастройке или переградуировке измери­тельного прибора. Поскольку термопары часто используются в очень тяжелых условиях (высокие температуры, агрессивная среда и т. п.), порой их необходимо менять уже через 1—2 тыс. ч. А изме­рительные приборы способны работать годами, их менять при заме­не термопары нецелесообразно. К тому же в промышленности полу­чили большое распространение так называемые обегающие системы автоматического контроля, когда на один и тот же измерительный прибор последовательно подаются сигналы от нескольких десятков термопар, контролирующих температуру в разных местах. Поэто­му необходима стабильность и повторяемость свойств термопар. В табл. 10.2 приведены основные типы термопар, выпускаемых серийно, и их характеристики. В паре материалов первым указан положительный электрод

В зависимости от материала электродов термопары, получившие практическое применение, разделяются на две основные группы: из благородных и неблагородных металлов.

Наибольшее распространение из первой группы получила термо­пара типа ТПП. Один электрод ее изготовлен из платинородия (90% платины и 10% родия), другой — из чистой платины. Эта термопара может использоваться как образцовая. Достоинствами ее являются химическая стойкость к окислительной среде, взаимо­заменяемость термоэлектродов, повторяемость характеристик. Не достаток—малое значение термоЭДС. Термопара типа lllll мо­жет длительно работать при температуре 1300°С, термоЭДС ее при этой температуре составляет 13,152 мВ.

Для более высоких температур (длительно — до 1600°С, крат­ковременно—до 1800°С) применяется термопара ТПР. Один элек­трод—платинородий (70% платины и 30% родия), другой  элек-

трод также платинородий (94% плати­ны и 6% родия). При температуре 1800°С термоЭДС составляет 13,927 мВ.

Существенно большие значения тер­моЭДС имеют термопары из неблаго­родных металлов, материалом для эле­ктродов которых служат специально раз­работанные сплавы: хромель (89% ни­келя, 9,8% хрома, 1% железа, 0,2% мар­ганца), алюмель (94% никеля, 2,5% марганца, 2% алюминия, 1% кремния, 0,5% железа), копель (55% меди, 45% никеля).

Наибольшее распространение получи­ли термопары типа ТХА (хромель-алю-мель) и типа ТХК (хромель-копель). За­висимость термоЭДС этих термопар от температуры показана на рис. 10.2. Хро-

мель-алюмелевые термопары применяют дли измерении icmncpa-тур в пределах от —50 до 1000^СС. Они способны работать в окис­лительной среде, поскольку образуемая при нагреве тонкая за­щитная пленка препятствует проникновению кислорода внутрь металла. Зависимость термоЭДС от температуры для термопар ТХА близка к линейной. Хромель-копелевые термопары имеют самую высокую чувствительность: 6,95 мВ на 100°С. Однако диа­пазон измеряемых температур (от —50 до 600°С) несколько ниже, чем у термопар типа ТХА. Несколько хуже у термопар типа ТХК и линейность характеристики. Их достоинством является более высокая влагостойкость.

Термопара типа ТНС (электроды выполнены из сплавов НС-СА) применяется в диапазоне температур от 300 до 1000°С. ТермоЭДС ее невелика — всего 13,39 мВ при 1000°С. Но характер­ной особенностью этой термопары является то, что на точность ее работы почти не влияет температура холодного спая. Объясняется это тем, что термоЭДС термопары типа ТНС в диапазоне низких температур (до +200°С) практически близка к нулю. Следователь­но, изменения температуры холодного спая, вызванные обычными погодными колебаниями в помещении и даже на улице, почти не влияют на результаты измерения.

Кроме перечисленных материалов для термопар используются и другие, менее распространенные, но имеющие    свои достоинства.

Для измерения высоких температур применяют термопару из туго­плавких металлов — вольфрама и молибдена. Достоинством тер­мопар медь-копель и железо-копель является низкая стоимость.

Конструктивно термопары выполняются в специальной армату­ре, обеспечивающей защиту электродов от действия горячих хими­чески агрессивных газов и паров, электрическую изоляцию выво­дов. Для защиты термопар из неблагородных металлов применя­ют стальные трубки диаметром 21 мм и с максимальной глубиной погружения до 2 м.

Для защиты термопар из благородных металлов применяются кварцевые и фарфоровые трубки диаметром 8 и 20 мм. Для изоля­ции используют асбест (до 300°С), кварц (до 1000°С), фарфор (до 1400°С).

Так как термопары являются датчиками генераторного типа, то их в принципе можно использовать и для получения электроэнергии. Измерительные термопары для этой цели практически непригодны, поскольку их термоЭДС невелика. Но термопары с электродами из полупроводниковых материалов имеют термоЭДС, на порядок боль­шую (до 65 мВ на 100°С). С помощью таких термопар может осу­ществляться, например, и преобразование солнечной энергии в элек­трическую. Нашли применение они в быту: термогенераторы используются для -питания радиоприемников. КПД полупроводни­ковых термоэлементов достигает 10%. Для целен измерения полу­проводниковые термопары пока не применяются из-за нелинейно­сти характеристики, малой механической прочности и сравнитель­но малого (до 500°С) температурного диапазона.

§ 10.3. Измерение температуры с помощью термопар

При автоматическом измерении температуры с помощью термопар используются два основных метода: непосредственное измерение термоЭДС с помощью милливольтметра и компенсаци­онный метод, рассмотренный в § 2.С

Так как значение термоЭДС, развиваемой термопарой, невели­ко, для непосредственного измерения ее необходимы высокочув­ствительные милливольтметры, магнитоэлектрического типа. При­боры 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 тонкого 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_в сопротивление милливольтметра, R_T— со­противление термопары, R_a— сопротивление соединительных про водов. Ток, проходящий по рамке милливольтметра под действием термоЭДС Е_ти,

Из этой формулы видно, что показания прибора зависят не только от термоЭДС Е_ти, но и от сопротивлений R_B, R_t, R_n. Так как шкала прибора уже проградуирована для термопары определенного типа, то сопротивления R_t, и R_B уже учтены при градуировке. А со­противления внешней цепи также указываются на шкале (обычно 0,6; 5; 15 или 25 Ом).

Оценим показания прибора, шкала  которого  проградуирована

в милливольтах. Напряжение на его зажимах С учетом (10.2)

Обозначим внешнее сопротивление цепи из (10.3) термоЭДС

 

Из (10.4) видно, что измеряемое милливольтметром напряжение будет всегда меньше, чем ЭДС термопары, на U_B(R_вн/R_н). Эта ве­личина будет тем меньше, чем больше сопротивление милливольт­метра R_Bпо сравнению с внешним сопротивлением R_вн. Обычно милливольтметры имеют кроме сопротивления рамки еще добавоч­ное сопротивление из манганина, что в сумме дает не менее 100 Ом.

Обычно градуировка термопар осуществляется при температуре холодного спая . На практике при измерении температуры 0i холодный спай имеет . Следовательно, по измеренной термо-ЭДС нельзя точно определить 8i. 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 . 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 цвет­ном’ пряжи или цветные опознавательные нити, проложенные в проводе.

Для термопар типа ТПП применяют компенсационные прово­да с обозначением П в красной и зеленой оплетке с зелено-белы­ми нитями внутри. Материал провода — медь в паре с медно-нике-лгным сплавом. Для термопар типа ТХА применяют провода с обозначением М в красной и коричневой оплетке с красно-белыми нитями из меди в паре с константаном. 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.

Информация в лекции “3.1. Общие сведения об Интернет” поможет Вам.

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 напряжение U_K, 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_п до тех пор, пока напряжение U_кне сравняется с Е_Д. Одновременно перемещаются указатель на шкале прибора и перо самописца. При U_к=Е_Д напряжение на входе усилителя равно нулю (U_к— Е_Л =0) и электродвигатель (ЭД) оста­новится. Каждому значению выходного сигнала датчика Е_Л = [(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 резисторов R₁—R₃, выполненных из материала с малым температурным коэффициентом сопротивле­ния (например, из манганина), и терморезнстора R_K, 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 сопро­тивление Rк, что приводит к изменению компенсирующего напря­жения U_Kна ту же величину, на какую изменилось Е_Д. Следова­тельно, колебания окружающей температуры не изменяют показа­ний на шкале прибора. Регулировочное сопротивление R_Pслужит 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 перемеща ет движок регулировочного резистора R_p, 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.

Автоматические потенциометры могут иметь переключатели для поочередного подключения до 24 термопар.

Материал термопары – обзор

Поскольку этот результат достаточно сложен для получения, может быть проще решить проблему методом проб и ошибок, используя электронную таблицу.

Пример 5.2

Нам нужен холодильник, способный отводить 10 Вт из холодильной камеры при -5 C, отводя тепло в окружающую среду при 30 C.

Из-за перепадов температуры в теплообменниках, холодный спай должен быть при –15 C и горячем при 40 C.

Материалы термопары имеют следующие характеристики:

1.

α = 0,0006 В / К,

2.

λA = 0,015 Вт см-1K-1,

3.

ρA = 0,002 Ом см,

4.

λB = 0,010 Вт · см-1K-1,

5.

ρB = 0,003 Ом · см.

Температуры:

1.

TH = 313K (40 C),

2.

TC = 258K (-15C).

Для оптимальной геометрии

(5,99) ΛR≡β = 0.015 × 0,002 + 0,010 × 0,0032 = 120 × 10-6V2 / K.

Применение уравнений 5.96, 5.97 и

(5.100) TA = 55 + 2 × 258 = 571 кельвинов

(5.101) B = 4 × 120 × 10-6 + 2 × 0,00062 × 571 = 0,02985V / K-1 / 2

(5,102) R = -2 × 552 × 120 × 10-62 × 120 × 10-6 + 0,00062 × 571 + 0,029850,00062 × (120 × 10-6) 1/2 × 55 × 258 × 571 -2 × (120 × 10-6) 3/2 × 552 / 0,00062 × 5712PC = 0,00335PC

Для этого приложения одна термопара потребляет слишком большой ток и требует слишком низкого напряжения. Лучшей стратегией было бы использование 100 термопар, соединенных последовательно электрически и параллельно термически.Следовательно, мы хотим накачать 0,1 Вт на термопару. (PC = 0,1 Вт),

(5,103) R = 0,0335 Ом.

Соответствующая теплопроводность равна по уравнению 5.99

(5.104) Λ = βR = 120 × 10-60,0335 = 0,00358 Вт / K

Требуемый ток можно найти из уравнения 5.94

(5.105) I = 0,0006 × 258 -0,00062 × 2582-2 × 120 × 10-6 × 55-2 × 0,1 × 0,03350,0335 = 2,72 А.

Входная электрическая мощность составляет

(5,106) PE = αΔTI + RI2 = 0,0006 × 55 × 2,72 + 0,00335 × 2,722 = 0,337 Вт

А коэффициент полезного действия

(5.107) ϕC = 0,10,337 = 0,296.

Мы можем получить это же значение, используя уравнение 5.95

Теперь у нас есть требуемые значения R и Λ. Мы должны определить геометрию двух рук. Это облегчает сборку термопары, если оба плеча имеют одинаковую длину,, то есть, если ℓA = ℓB≡ℓ.

(5,108) R = ρAℓAA + ρBℓAB

Используя значения в нашем примере,

(5,109) ℓ = 0,03350,002AA + 0,003AB

(5,110) Λ = λAAAℓ + λBABℓ

и

(5,111) ℓ 0,015AA + 0,01AB0,003580

Составление уравнения 5.109, равное уравнению 5. 111, получаем

(5.112) AA = 32AB

Затем нам нужно определить максимально допустимую плотность тока, Jmax. Можно предположить, что Jmax = 300 А / см2 и что максимально допустимый ток через термопару составляет 4 А (предполагается, что он работает при 2,7 А.). Это устанавливает приблизительную площадь для AA = 4/300 = 0,013 см2. Значение AB составляет 0,02 см2, а длина каждого плеча из уравнения 5.109 составляет 0,11 см.

Требуемое напряжение для накачки 10 Вт составляет

(5.113) V = 100PEI = 100 × 0,3372,72 = 12,4 В.

Часто используемые типы материалов термопар

Пригодность типов материалов термопар

Большинство проводящих материалов могут давать термоэлектрический выход . Однако, когда принимаются во внимание такие соображения, как ширина температурного диапазона, фактический полезный выходной сигнал, линейность и повторяемость (однозначная зависимость выходной мощности от температуры), существует несколько ограниченный разумный выбор. Выбор материалов был предметом значительной работы на протяжении нескольких десятилетий со стороны поставщиков, основных калибровочных и квалификационных лабораторий и научных кругов.Таким образом, диапазон температур, охватываемых применимыми металлами и сплавами, как в виде проволоки, так и в виде законченного датчика, теперь составляет от -270 ° C до 2600 ° C.

Естественно, полный диапазон не может быть покрыт только одной комбинацией спая термопары. Существуют международно признанные обозначения типов, каждое из которых заявляет о своих достоинствах. Международный стандарт IEC 60584 относится к стандартизированным термопарам (они обозначаются буквенными обозначениями – система, первоначально предложенная Американским приборостроительным обществом .

Термопары из редких и недрагоценных металлов

В целом, они делятся на две основные категории: типы редких металлов (обычно платина против платины и родия) и типы неблагородных металлов (такие как никель, хром и никель-алюминий и железо против медно-никелевого (константан)). Термопары на основе платины, как правило, самые стабильные, но они также и самые дорогие. Они имеют полезный диапазон температур от окружающей среды до примерно 2000 ° C, а кратковременный – намного больше (от -270 ° C до 3000 ° C).Диапазон для типов основного металла более ограничен, обычно от 0 до 1200 ° C, хотя опять же шире для непостоянного воздействия. Однако выходные сигналы для типов из редких металлов малы по сравнению с выходными сигналами для типов из недрагоценных металлов.

Практическая информация по термопарам Техническая информация для термопар

Температурная нестабильность

Другой проблемой здесь является термоэлектрическая нестабильность термопары из основного металла, тип K, как во времени, так и при температуре (хотя типы E, J и T также подвергаются некоторой критике).Отсюда интерес к термопарам типа N (Nicrosil против Nisil) с лучшими характеристиками для редких металлов по ценам на цветные металлы, с уровнями сигналов для цветных металлов и слегка расширенным диапазоном температур для цветных металлов.

Термопара типа N

Неустойчивость и длительный дрейф

Неустойчивость бывает разных форм. Во-первых, существует длительный дрейф при воздействии высоких температур, в основном из-за изменений состава, вызванных окислением или нейтронной бомбардировкой в ​​ядерных приложениях.В первом случае воздействие окисления при температуре выше 800 ° C на термопары типа K в воздухе, например, может вызвать изменения однородности проводника, что приведет к погрешности в несколько процентов. С другой стороны, когда устройства устанавливаются в кожухах с ограниченным объемом воздуха, может возникнуть явление «зеленой гнили» из-за преимущественного окисления содержания хрома. Между тем, с ядерной бомбардировкой возникает проблема трансмутации, приводящая к аналогичным эффектам.

Гистерис

Во-вторых, есть кратковременные циклические изменения термоэдс (гистерезис), возникающие при нагревании и охлаждении термопар из основного металла, опять же, особенно типа K в диапазоне от 250 ° C до 600 ° C, что вызывает как магнитные, так и структурные неоднородности. В этом температурном диапазоне обычно возникают ошибки около 5 ° C и более, достигая максимума около 400 ° C. В-третьих, в сборках термопар с минеральной изоляцией могут возникать временные изменения ЭДС из-за зависящих от состава и магнитных эффектов в температурных диапазонах, зависящих от самих материалов. В основном это происходит из-за трансмутации элементов с высоким давлением пара (в основном марганца и алюминия) из отрицательного провода K через изолятор из оксида магния в положительный провод K. Опять же, изменение состава приводит к сдвигу термоэдс.

Материал типа N

Материалы типа N устраняют или значительно снижают эту нестабильность благодаря детальной структуре сплавов, разработанных для этой новой термопары. Это касается времени, гистерезиса температурных циклов, магнитных и ядерных эффектов. По сути, стойкость к окислению выше из-за комбинации более высокого уровня хрома и кремния в проводнике NP (Nicrosil) и более высокого уровня кремния и магния в проводнике NN (Nisil), образуя диффузионный барьер. Следовательно, есть намного лучшее долгосрочное сопротивление сносу.

Опять же, отсутствие марганца, алюминия и меди в проводнике NN увеличивает устойчивость типа N по сравнению с его конкурентами из недрагоценных металлов в ядерных приложениях. Что касается проблемы трансмутации в сборках с минеральной изоляцией, она также практически устранена, поскольку оба проводника типа N содержат только следы марганца и алюминия.

Циклическое изменение температуры

Если посмотреть на гистерезисные нестабильности из-за температурного цикла, то они также резко снижаются из-за высокого уровня хрома в проводнике NP и кремния в проводнике NN.Фактически, диапазон цикличности составляет от 200 ° C до 1000 ° C с пиком около 750 ° C – и приведены цифры от 2 ° C до 3 ° C максимального отклонения.

Выбор термопары

Что касается выбора конкретного типа термопары для измерительного приложения, необходимо учитывать физические условия, продолжительность воздействия, срок службы датчика и точность. Кроме того, в случае типов основного металла существуют дополнительные критерии чувствительности и совместимости с существующим измерительным оборудованием.

Типы и конструкционные материалы термопар

Датчики температуры бывают разных форм, поэтому выбор датчика температуры для конкретного применения требует некоторого размышления. Однако при этом для большинства промышленных приложений выбор обычно делается между использованием RTD или термопары.

Что такое термопара?

Термопара – это датчик, используемый для измерения температуры. Термопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных одним концом, которые создают небольшое напряжение при нагревании (или охлаждении).Это напряжение измеряется и используется для определения температуры нагретых металлов. Напряжение для любой одной температуры уникально для комбинации используемых металлов.

Термопары

обычно выбирают из-за их низкой стоимости, высоких температурных ограничений, широких диапазонов температур и долговечности.

Существуют ли стандарты, регулирующие типы термопар?

Спецификация британских стандартов

, BS 1041, Измерение температуры, содержит руководство по выбору и использованию устройств для измерения температуры.

BS EN 60584-1: Термопары BS EN 60584-1 – это международный стандарт, который связывает электродвижущую силу (ЭДС), создаваемую термопарами определенных типов, с температурой на основе Международной температурной шкалы 1990 года (ITS-90).

Стандарт ASTM E230 содержит спецификации для общепромышленных марок, включая буквенные обозначения, используемые для каждого типа термопары.

Почему существуют разные типы термопар?

Термопары

доступны в различных комбинациях металлов, обычно обозначаемых буквой e.г. J, K и т. Д., Что приводит к появлению терминов термопара типа J, термопара типа K и т. Д. Каждая комбинация имеет различный температурный диапазон и, следовательно, больше подходит для определенных применений, чем другие. Хотя стоит отметить, что максимальная температура зависит от диаметра проволоки, используемой в термопаре. Различные типы подробно описаны в таблице ниже.

Таблица типов термопар

Термопары типа B

Термопары

типа B могут использоваться при температуре до 1600 ° C с кратковременными отклонениями до 1800 ° C.Они имеют низкую электрическую мощность, поэтому редко используются при температуре ниже 600 ° C. Фактически, выходная мощность практически незначительна до 50 ° C, поэтому компенсация холодного спая обычно не требуется для этого типа.

Термопары типа E

Термопары

типа E часто называют термопарами хромель-константан. Они считаются более стабильными, чем тип K, поэтому часто используются там, где требуется более высокая степень точности.
Примечание. Константан – это медно-никелевый сплав.

Термопары типа J

Термопары

типа J быстро разлагаются в окислительной атмосфере выше 550 ° C. Их максимальная непрерывная рабочая температура составляет около 750 ° C, хотя они могут выдерживать кратковременные экскурсии до 1000 ° C. Обычно они не используются при температуре ниже окружающей среды из-за образования конденсата на проволоке, приводящего к коррозии железа.
Примечание. Константан – это медно-никелевый сплав.

Термопары типа K

Термопары

типа K являются наиболее широко используемыми термопарами в нефтегазовой и нефтеперерабатывающей промышленности из-за их широкого ассортимента и низкой стоимости. Иногда их называют термопарами хромель-алюмель.Обратите внимание, что окисление выше примерно 750 ° C приводит к дрейфу и необходимости повторной калибровки.

Термопары типа N

Термопары

типа N могут работать при более высоких температурах, чем термопары типа K, и обеспечивают лучшую воспроизводимость в диапазоне от 300 до 500 ° C. Они предлагают множество преимуществ по сравнению с типом R&S при одной десятой стоимости, поэтому оказались популярными альтернативами.

Термопары типа R

Термопары

типа R подходят для таких же областей применения, как и тип S, но обеспечивают улучшенную стабильность и незначительное увеличение диапазона.Следовательно, тип R, как правило, используется вместо типа S.

Термопары типа S

Термопары

типа S могут непрерывно использоваться при температурах до 1450 ° C. Они могут выдерживать кратковременные экскурсии при температуре до 1650 ° C. Им необходима защита от высокотемпературной атмосферы, чтобы предотвратить попадание металлических паров на наконечник, что приведет к снижению генерируемой ЭДС. Обычно предлагаемая защита представляет собой оболочку из перекристаллизованного оксида алюминия высокой чистоты. Для большинства промышленных применений термопары размещаются в защитной гильзе.

Термопары типа T

Термопары

типа T редко используются в промышленности и больше подходят для использования в лабораторных условиях.

Техническая библиотека

Следующие страницы сайта Control and Instrumentation. com содержат более подробную информацию о методах измерения температуры:

материалов, используемых для термопар. Формы термопар

Материалы, используемые для термопар

Для формирования термопары по крайней мере два металла должны быть соединены вместе, чтобы образовать два спая.Термопара не может быть сформирована, если не сформированы два спая. Оба перехода выдерживаются при разных температурах. Один находится при известной температуре, а другой – при неизвестной температуре. Есть несколько комбинаций металлов, которые можно использовать для формирования термопары. Однако есть определенные металлы и их комбинации, которые работают лучше, чем другие комбинации, и они стали стандартными для определенных диапазонов температур и для конкретных применений.

Некоторые из элементов, обычно используемых для термопары:

1. Медь как независимый элемент

2. Железо как независимый элемент

3. Платина как независимый элемент

4. Родий как независимый элемент

Иридий как независимый элемент

5. Константан: комбинация 60% меди и 40% никеля

6. Хромель: комбинация 10% хрома, 90% никеля

7. Алюмель: комбинация 2% алюминия, 90% никель и остальное кремний и марганец

Свойства некоторых комбинаций материалов, используемых для термопар

Вот некоторые из свойств обычно используемых комбинаций элементов для термопар.

1) Медь – константан: используется для диапазона от -300 до 650 F. Недорогой, высокий выход ЭДС

2) Хромель-константан: используется для диапазона от 0 до 1000 F. Самый высокий выход ЭДС, хорошая стабильность

3 ) Железо – константан: используется при температуре от 0 до 1500 F. Недорогое, с высоким выходом ЭДС, железо окисляется после 1500F

4) Хромель-алюмель: используется при температуре от 600 до 2000 F. Стойкость к температуре в пределах указанного диапазона

5) Платина – 10% родия: используется для температур от 1300 до 2850 F.Дорогой и дает низкую производительность, устойчив к окислению, стабилен, используется только при высоких температурах.

Как выбрать элементы термопары

Вот некоторые из факторов, которые следует учитывать при выборе комбинаций материалов для термопар.

1. Комбинация материалов должна создавать достаточно высокую электродвижущую силу (ЭДС) при их соединении. Это гарантирует, что ЭДС может быть легко измерена, а значение температуры может быть получено правильно.

2. Комбинация материалов должна иметь высокое разрешение или быстрое время отклика: это означает, что на каждый градус изменения температуры переходов в цепи генерируется достаточная ЭДС, чтобы ее можно было легко обнаружить и измерить.

3. Более высокая стабильность: свойства комбинации должны оставаться стабильными в указанном диапазоне температур.

4. Устойчивость к окислению: материалы, используемые для термопары, должны быть стойкими к окислению, это особенно важно для материалов, которые используются при высоких температурах, поскольку они склонны к окислению при этих температурах.

Для всех комбинаций материалов очень важен размер проволоки. Если необходимо измерить более высокие температуры, диаметр проволоки должен быть больше, но в этом случае время реакции на изменение температуры увеличивается. Следовательно, необходимо найти некоторый компромисс между характеристикой термопары и ее сроком службы.

Формы термопар

Формы термопар

Термопары доступны в различных формах и формах.Они бывают разного диаметра, длины, материала оболочки, комбинаций упомянутых выше материалов, длины выводных проводов и т. Д. Чаще всего используются бусинки и зонды. Термопары в форме бусинок очень недорогие и имеют очень быстрое время отклика. На рынке доступны датчики для измерения температуры в различных приложениях, таких как промышленные, медицинские, научные, пищевые и т. Д. Разъемы, используемые с датчиками, поставляются с круглыми штырями, называемыми стандартными разъемами, или плоскими штырями, называемыми миниатюрными разъемами.

При выборе термопары для любого применения следует учитывать диапазон измеряемой температуры, требуемое время отклика, точность и окружающую среду. В соответствии с существующими условиями можно выбрать правильные комбинации материалов и правильную форму термопары.

Ссылка

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

Изображения предоставлены

1. Вайшешика
2. Приборы

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

Это серия статей, в которых описывается, 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

Типы термопар Различия и их применение

Термопары бывают разных форм, размеров и материалов. Отличные свойства разных металлов являются ключом к работе термопар. Поскольку мы действительно измеряем, как два разных провода реагируют в одной и той же среде, и вычисляем эти различия для стандартного эталона температуры.Мы исследуем различные металлы, содержащиеся в некоторых распространенных термопарах, и немного углубимся в то, почему этот прибор делится на разные типы. Прочтите наш учебник по «Что такое термопара?» , чтобы дать вам представление об основах. В противном случае возьмите свою Периодическую таблицу элементов и приступим.

Рисунок 1: Термопара типа K с фиксируемой проушиной вместо зонда
Из каких металлов состоит термопара?

Все металлы обладают разными свойствами; характеристики, которые отличают их друг от друга.В случае термопары мы используем эти врожденные различия, чтобы определить разницу температур, которую мы пытаемся измерить. Важно помнить, что в термопарах всегда есть два разных металла; это неотъемлемо от того, как они работают.

Некоторые распространенные металлы, используемые в термопарах: , железо, (Fe), , медь, (Cu), , никель, (Ni) и , платина, (Pt). Металлические сплавы или комбинации металлов также используются в термопарах. Нихром – это сплав, состоящий из никеля и хрома (Cr). Константан , смесь меди и никеля, также широко распространен. Существует даже алюмель , который представляет собой сплав с товарным знаком, состоящий в основном из никеля с небольшим процентным содержанием алюминия, марганца и кремния.

Каждый тип металла дает определенные преимущества при измерении температуры термопарами. Некоторые комбинации металлов могут хорошо работать при относительно высоких температурах, но не при низких.Другие комбинации могут дать очень точные показания температуры, но только в пределах определенного и узкого диапазона измерений. Еще одна комбинация может быть устойчивой к коррозионной среде, в которой она используется; следовательно, увеличивает срок службы термопары до того, как она потребует замены.

Различные типы термопар

Когда обнаруживается, что определенная пара металлов совместно создает надежный сигнал напряжения, они стандартизируются и получают собственную классификацию.Таким образом, определенный «тип» термопары имеет регулируемые свойства. Это означает, что эти измерения напряжения одинаково воспроизводятся от одной термопары к другой. Давайте рассмотрим некоторые распространенные типы термопар, металлы, из которых они состоят, и области, в которых они лучше всего подходят.

Рисунок 2: Поперечное сечение двух разных металлических проводов термопары
Тип J:

J – самая распространенная термопара.Термопара типа J, изготовленная из обычных металлов, железа и константана (Fe-Con), является недорогим вариантом. Диапазон температур от 0ºC до + 750ºC с точностью до нескольких градусов. Этот тип наиболее точен в среднем и низком диапазонах, поскольку железо быстро окисляется до более высоких измеряемых температур, и стандартные показания напряжения могут постоянно изменяться. Вы найдете термопары типа J в самых разных производственных процессах.

Тип K:

Также обычная термопара типа K может измерять от -270ºC до + 1200ºC и имеет наиболее высокую точность с точностью до нескольких градусов в сторону увеличения.Он состоит из нихрома-никеля (NiCr-Ni) или нихрома-алюмеля (NiCr-Alumel). Эти металлы распространены, относительно недороги и обычно используются при температуре выше 600 ° C. По цене он сопоставим с типом J, но с меньшим соотношением напряжения к температуре. Термопары типа K, вероятно, являются наиболее широко используемым типом и используются во многих различных отраслях промышленности.

Рисунок 3: Термопара типа K (NiCr-Ni) со стандартным разъемом на конце
Тип T:

Термопара, которая часто используется для измерения более низких температур , тип T состоит из меди и константана (Cu-Con).Эта комбинация металлов дает надежно измеряемое напряжение от -270 ° C до + 350 ° C, что идеально подходит для использования в пищевых продуктах и ​​научных исследований, таких как криогеника. Ниже -200ºC даже термопара типа T начинает терять точность. Вы можете вспомнить урок естествознания в средней школе; что самая низкая из известных температур -273ºC; иначе известный как 0 Кельвина или абсолютный ноль. Довольно впечатляет то, что наша простая термопара может измерить такую ​​глубину температуры.

Тип B:

Давайте пойти другим путем и измерить что-то очень горячее.Термопара типа B может измерять от 200 ° C до 1700 ° C. Для сравнения, сталь и чугун плавятся при температуре около 1400–1500 ° C, соответственно, поэтому термопары этого типа идеально подходят для специализированного промышленного использования. В отличие от материалов типа J или K, температура плавления которых достигается при такой высокой температуре. Два очень редких элемента – родий (Rh) и платина (Pt) – используются в типе B, и эти металлы недешевы. Кроме того, в зависимости от спотовой цены платина примерно равна цене золота.С другой стороны, родий в настоящее время стоит вдвое дороже золота. Благодаря этому, наряду со специализированным использованием, вы не увидите слишком много термопар типа B.

Рисунок 4: Диаграмма, показывающая некоторые общие диапазоны типов термопар

И это лишь некоторые из множества различных типов термопар, используемых во всех видах процессов. Имейте в виду, что перечисленные нами температуры и диапазоны являются лишь приблизительным ориентиром; точность термопары может быть лучше в пределах определенного участка ее диапазона по сравнению со всем ее температурным диапазоном.Для более практического обсуждения использования различных типов термопар; проверьте: «Для чего используются термопары?» , где мы исследуем некоторые способы использования этого датчика.

Как видите, не все термопары одинаковы; они основаны на одних и тех же научных принципах, но разные материалы приводят к специализации в этой области измерения температуры. Именно такая настраиваемость делает термопары такими универсальными. Благодаря такому множеству различных опций этот инструмент обладает большой гибкостью.Это делает его идеальным выбором для бесконечного списка возможных применений. Независимо от того, является ли ваш решающий фактор: температурный диапазон; Стоимость; или долголетие; для каждой работы есть термопара. Хотите больше обсудить термопары, или мы упустили то, о чем вы хотели бы подробнее? Прочтите «Руководство по вопросам и ответам: термопары» , чтобы узнать больше об этом удивительном датчике.

Термопары-Термопары-Что такое термопара-Типы термопар

Добро пожаловать в ThermocoupleInfo.ком!

Что такое термопара?
Термопара – это датчик, используемый для измерения температуры. Термопары состоят из двух проводов из разных металлов. Ноги проволоки свариваются на одном конце, образуя стык. Это место, где измеряется температура. Когда соединение испытывает изменение температуры, создается напряжение. Затем напряжение можно интерпретировать с помощью справочных таблиц термопар для расчета температуры.

Существует много типов термопар, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики с точки зрения температурного диапазона, долговечности, вибростойкости, химической стойкости и совместимости с областями применения. Типы J, K, T и E – это термопары из «недрагоценных металлов», наиболее распространенные типы термопар. Термопары типов R, S и B – это термопары из благородных металлов, которые используются в высокотемпературных приложениях (подробные сведения см. В разделе диапазоны температур термопар. ).

Термопары используются во многих промышленных, научных и OEM-приложениях.Их можно найти практически на всех промышленных рынках: электроэнергетика, нефть / газ, Фармацевтика, биотехнологии, цемент, бумага и целлюлоза и т. Д. Термопары также используется в бытовых приборах, таких как плиты, печи и тостеры.

Термопары обычно выбираются из-за их низкой стоимости и высокой температуры. ограничения, широкий диапазон температур и прочный характер.



Прежде чем обсуждать различные типы термопар, следует отметить, что термопары часто заключают в защитную оболочку, чтобы изолировать ее от окружающей атмосферы.Эта защитная оболочка значительно снижает воздействие коррозии. Термопара типа K (никель-хром / никель-алюмель): тип K является наиболее распространенным типом термопар. Он недорогой, точный, надежный и имеет широкий температурный диапазон.

Диапазон температур:


• Провод для термопар, от –454 до 2300F (от –270 до 1260 ° C)
• Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)

Точность (в зависимости от того, что больше):

• Стандарт: +/- 2.2C или +/- 0,75%
• Специальные пределы погрешности: +/- 1,1 ° C или 0,4%

Термопара типа J (железо / константан): Тип J также очень распространен. Он имеет меньший температурный диапазон и более короткий срок службы при более высоких температурах, чем тип K. Он эквивалентен типу K с точки зрения затрат и надежности.

Диапазон температур:


• Проволока для термопар, от -346 до 1400F (от -210 до 760 ° C)
• Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)

Точность (в зависимости от того, что больше):

• Стандарт: +/- 2.2C или +/- 0,75%
• Специальные пределы погрешности: +/- 1,1 ° C или 0,4%

Термопара типа T (медь / константан): термопара типа T является очень стабильной и часто используется в приложениях с очень низкими температурами, таких как криогенная техника или морозильники со сверхнизкой температурой.

Диапазон температур:


• Провод для термопар, от -454 до 700F (от -270 до 370 ° C)
• Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)

Точность (в зависимости от того, что больше):

• Стандарт: +/- 1.0C или +/- 0,75%
• Специальные пределы погрешности: +/- 0,5 ° C или 0,4%

Термопара типа E (никель-хром / константан): тип E имеет более сильный сигнал и более высокую точность, чем тип K или тип J, в умеренных диапазонах температур от 1000F и ниже. См. Диаграмму температуры (ссылка) для получения подробной информации.

Диапазон температур:


• Провод для термопар, от -454 до 1600F (от -270 до 870 ° C)
• Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)

Точность (в зависимости от того, что больше):

• Стандарт: +/- 1.7C или +/- 0,5%
• Специальные пределы погрешности: +/- 1,0 ° C или 0,4%

Термопара типа N (Nicrosil / Nisil): Тип N имеет те же пределы точности и температуры, что и Тип K. Тип N немного дороже.

Диапазон температур:


• Провод для термопар, от -454 до 2300F (от -270 до 392 ° C)
• Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)

Точность (в зависимости от того, что больше):

• Стандарт: +/- 2.2C или +/- 0,75%
• Специальные пределы погрешности: +/- 1,1 ° C или 0,4%

ТЕРМОПАРЫ NOBLE METAL (Тип S, R и B):
Термопары из благородных металлов выбраны за их способность выдерживать чрезвычайно высокие температуры, сохраняя при этом свою точность и срок службы. Они значительно дороже термопар из недрагоценных металлов.
Термопара типа S (платина родий – 10% / платина): Тип S используется в приложениях с очень высокими температурами.Обычно он используется в биотехнологической и фармацевтической отраслях. Иногда он используется в приложениях с более низкими температурами из-за его высокой точности и стабильности.

Диапазон температур:


• Провод для термопар, от -58 до 2700F (от -50 до 1480C)
• Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)

Точность (в зависимости от того, что больше):

• Стандарт: +/- 1,5 ° C или +/- 0,25%
• Специальные пределы погрешности: +/- 0.6C или 0,1%


Термопара типа R (платина-родий -13% / платина): Тип R используется при очень высоких температурах. Он имеет более высокий процент родия, чем тип S, что делает его более дорогим. Type R очень похож на Type S с точки зрения производительности. Иногда он используется в приложениях с более низкими температурами из-за его высокой точности и стабильности.

Диапазон температур:


• Провод для термопар, от -58 до 2700F (от -50 до 1480C)
• Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)

Точность (в зависимости от того, что больше):

• Стандарт: +/- 1.5C или +/- 0,25%
• Специальные пределы погрешности: +/- 0,6 ° C или 0,1%

Термопара типа B (платина родий – 30% / платина родий – 6%): термопара типа B используется в приложениях с очень высокими температурами. У него самый высокий температурный предел из всех перечисленных выше термопар. Он поддерживает высокий уровень точности и стабильности при очень высоких температурах.

Температурный диапазон:


• Провод для термопар, от 32 до 3100F (от 0 до 1700C)
• Удлинительный провод, от 32 до 212F (от 0 до 100C)

Точность (в зависимости от того, что больше):

• Стандарт: +/- 0.5%
• Специальные пределы погрешности: +/- 0,25%



Заземленные термопары: это наиболее распространенный тип спая. Термопара заземляется, когда оба провода термопары и оболочка свариваются вместе, образуя одно соединение на конце зонда. Заземленные термопары имеют очень хорошее время отклика, потому что термопара находится в прямом контакте с оболочкой, что позволяет легко передавать тепло. Недостатком заземленной термопары является то, что термопара более восприимчива к электрическим помехам.Это связано с тем, что оболочка часто контактирует с окружающей областью, создавая путь для помех.

Незаземленные термопары (или незаземленные обычные термопары): термопара не заземлена, когда провода термопары свариваются вместе, но они изолированы от оболочки. Провода часто разделены минеральной изоляцией.

Открытые термопары (или «термопары с неизолированной проволокой»): термопара становится оголенной, когда провода термопары свариваются вместе и непосредственно вставляются в технологический процесс.Время отклика очень быстрое, но оголенные провода термопары более подвержены коррозии и разрушению. Если ваше приложение не требует открытых соединений, этот стиль не рекомендуется.

Незаземленная Необычная: Незаземленная нестандартная термопара состоит из двойной термопары, изолированной от оболочки, и каждый из элементов изолирован друг от друга.




Сравнение оболочки термопары:

316SS (нержавеющая сталь): это наиболее распространенный материал оболочки.Он относительно устойчив к коррозии и экономичен.
304SS: Эта оболочка не так устойчива к коррозии, как 316SS. Разница в стоимости между 316SS и 304SS является номинальной.
Inconel (зарегистрированная торговая марка) 600: Этот материал рекомендуется для работы в высококоррозионных средах.





Каковы специальные пределы ошибок (SLE)?

Особые пределы погрешности: эти термопары изготовлены из термопарного провода более высокого качества, что увеличивает их точность.Они дороже стандартных термопар.

Стандартные пределы погрешности: в этих термопарах используется стандартный провод «класса термопар». Они менее дорогие и более распространенные.


М.И. Кабель (с минеральной изоляцией) используется для изоляции проводов термопар друг от друга и от металлической оболочки, которая их окружает. Кабель MI имеет два (или четыре в дуплексном режиме) провода термопары, идущие по середине трубки. Затем трубка заполняется порошком оксида магния и уплотняется, чтобы обеспечить надлежащую изоляцию и разделение проводов.Кабель MI помогает защитить провод термопары от коррозии и электрических помех.

Системная ошибка вычисляется путем сложения точности датчика температуры (термопары) и точности измерителя, используемого для считывания сигнала напряжения. Например, термопара типа K имеет точность +/- 2,2 ° C выше 0 ° C. Допустим, счетчик имеет точность +/- 1С. Это означает, что общая погрешность системы составляет +/- 3,3 ° C выше 0 ° C.




Диапазон температур:
Во-первых, учтите разницу в диапазонах температур.Термопары из благородных металлов могут достигать 3100 F, в то время как стандартные RTD имеют предел 600 F, а RTD с расширенным диапазоном имеют предел 1100 F.

Стоимость:
Термопара с простым штоком в 2–3 раза дешевле, чем RTD с простым штоком. Узел головки термопары примерно на 50% дешевле, чем узел эквивалентной головки RTD.

Точность, линейность и стабильность:
Как правило, RTD более точны, чем термопары.Особенно это актуально в более низких диапазонах температур. RTD также более стабильны и имеют лучшую линейность, чем термопары. Если точность, линейность и стабильность являются вашими первоочередными задачами и ваше приложение находится в пределах температурных пределов RTD, выберите RTD.

Прочность:
В сенсорной индустрии RTD считаются менее прочным сенсором по сравнению с термопарами. Однако REOTEMP разработал производственные технологии, которые значительно повысили долговечность наших датчиков RTD.Эти методы делают RTD REOTEMP почти эквивалентными термопарам с точки зрения долговечности.


Время отклика:
RTD не могут быть заземлены. По этой причине у них более медленное время отклика, чем у заземленных термопар. Кроме того, термопары могут быть размещены внутри оболочки меньшего диаметра, чем RTD. Меньший диаметр оболочки увеличивает время отклика. Например, заземленная термопара внутри диаметром 1/16 дюйма. оболочка будет иметь более быстрое время отклика, чем RTD диаметром ¼ ”.ножны.

Термопары – Разработка LibreTexts

На этой странице представлено фундаментальное обсуждение того, что такое термопара и как она работает. Термопара – это устройство для измерения температуры, которое может работать в широком диапазоне температур. Он создается путем соединения двух разнородных металлических и / или полупроводниковых проводов. Изготовление термопар стоит недорого. Однако у них ограниченная точность.

Введение

Термопара – это устройство, состоящее из двух разнородных металлических и / или полупроводниковых проводов, используемое для измерения температуры.Термопара не является устройством для измерения абсолютной температуры. Вместо этого это устройство, которое реагирует на разницу температур между испытательной средой и контрольной точкой, что создает разность потенциалов на выходе. Между прочим, разность потенциалов пропорциональна разнице температур между испытательной средой и контрольной точкой и основана на материалах термопары. Выходное напряжение позволяет нам отследить и определить разницу температур и, в конечном итоге, температуру в тестовой среде.

Преимущество измерения температуры с помощью термопар заключается в том, что термопары могут использоваться в экстремальных условиях, где обычные термометры не подходят для использования. Например, термопара типа K (хромель-алюмель) работает от -269 до 1260 градусов C в неокислительной атмосфере.

Эффект Зеебека

Чтобы понять, как работают термопары, сначала мы должны взглянуть на эффект Зеебека. Эффект Зеебека – это явление, когда температурный градиент вдоль материала вызывает снижение напряжения от более горячей области к более холодной.Чтобы представить себе это явление, рассмотрим алюминиевый провод на рисунке \ (\ PageIndex {1} \) ниже.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Эффект Зеебека – электронная диффузия. {2} \ right] \ label {1} ​​\]

где

• \ (E_ {F} \) – энергия Ферми конкретного материала,
• \ (k_ {B} \) – постоянная Больцмана, а
• \ (T \) – абсолютная температура.

Из приведенного выше уравнения энергии мы видим, что для данного материала более высокая температура приводит к более высокой средней энергии электрона. Это приводит к тому, что энергичные электроны в горячей области имеют более высокие скорости и диффундируют в холодную область. Диффузия продолжается до тех пор, пока электрическое поле, создаваемое дисбалансом зарядов, не станет достаточно сильным, чтобы остановить дальнейшую диффузию. См. Рисунок \ (\ PageIndex {2} \) для иллюстрации.

Рисунок \ (\ PageIndex {} \): \ (\ PageIndex {2} \) Эффект Зеебека – разность потенциалов.По мере накопления электронов в холодной области будет достигнута точка, в которой электрическое поле станет достаточно сильным, чтобы предотвратить дальнейшую диффузию. Алюмелевый провод теперь заряжен положительно в горячей области и отрицательно заряжен в холодной. {2} T} {2eE_ {F}} \ label {4} \]

\ (k_ {B} \) – постоянная Больцмана, e – заряд электрона, \ (E_ {F} \) – энергия Ферми конкретного материала, а \ (T \) – абсолютная температура.Отрицательный знак отменяется отрицательным зарядом электрона.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \) Коэффициенты Зеебека для некоторых стандартных типов термопар при 298K.

Материал	Коэффициент Зеебека, 298К (мкВ / К)
Тип К: хромель-алюмель	40
J-тип: железо-константан	51
T-образный: медно-константановый	40
E-тип: хромель-константан	62
Тип N: никросил-нисил	27

Концепция термопар

Термопара состоит из двух разнородных металлических и / или полупроводниковых проводов, соединенных вместе.Чтобы использовать термопару, мы помещаем спай в тестовую среду и держим оба конца вне тестовой среды при эталонной температуре. Рисунок \ (\ PageIndex {3} \) демонстрирует правильную настройку для использования термопары.

Рисунок \ (\ PageIndex {} \): \ (\ PageIndex {3} \) Установка с использованием хромель-алюмелевой термопары для измерения температуры в тестовой среде. Спай термопары помещается в испытательную среду. Вольтметр измеряет напряжение на двух концах термопары.

В приведенной выше схеме, когда \ (T_ {H} \) увеличивается, электроны диффундируют прочь от испытательной среды по хромелевым и алюмелевым проводам.Это создает положительный потенциал в переходе хромель-алюмель и отрицательные потенциалы в двух контрольных точках. Поскольку хромель и алюмель представляют собой разные материалы и имеют разные коэффициенты Зеебека, напряжение в двух контрольных точках также различается. Измеряя напряжение на этих двух концах, мы могли бы определить разницу температур \ (\ Delta T \) между контрольной точкой и испытательной средой. Чрезвычайно важно поддерживать на обоих концах термопары одинаковую известную температуру.Это можно сделать, погрузив две контрольные точки, например, в ванну со смесью льда и воды (273 K). Поскольку термопары дают нам только значение \ (\ Delta T \) между эталонной температурой и \ (T_ {H} \), если мы не знаем эталонную температуру, мы не сможем определить \ (T_ {H} \). Кроме того, если эталонные температуры на двух концах различаются, мы будем измерять либо слишком высокое, либо слишком низкое напряжение на одной стороне. Если предположить, что \ (T_ {0} \) отличается от \ (T_ {v} \), эффект Зеебека также существует в медных проводах, соединяющих термопару с вольтметром.Однако оба медных провода имеют одинаковые значения коэффициента Зеебека и \ (\ Delta T \). Следовательно, они не вызывают изменения напряжения на двух концах термопары.

Недостатки и опасения по поводу измерения температуры с помощью термопары

Термопары

недороги, долговечны и подходят для работы в широком диапазоне температур. Однако у них ограниченная точность.

Измерение температуры с помощью термопары основывается на использовании предварительно определенных коэффициентов Зеебека для термопары и на измеренном выходном напряжении.Однако примеси и дефекты, появившиеся во время производства, могут привести к тому, что термопары, произведенные из одной партии, будут иметь различные коэффициенты Зеебека. По термодинамическим причинам материалы с высокой степенью чистоты очень восприимчивы к загрязнению. Поэтому некоторые производители термопар намеренно вводят контролируемые количества примесей в термопары, чтобы они были более защищены от дальнейшего загрязнения во время использования. Поскольку выходные напряжения на термопарах обычно порядка микровольт, также возникает проблема с большой погрешностью при преобразовании измеренного напряжения в температуру.Поэтому в экспериментах, где требуются точные и точные показания, было бы хорошо рассмотреть другие устройства для измерения температуры, такие как кремниевый датчик температуры запрещенной зоны и термометр сопротивления, которые имеют более высокую точность. Еще одна проблема с термопарой – эффект старения. Термопары обычно помещаются в печь на стыке термопар и с двух сторон находятся в условиях окружающей среды. Внутри печи высокая температура и окружающая среда может быть весьма реактивной.Такие условия могут привести к старению детали внутри печи и сделать провода термопары неоднородными. Неоднородность вызывает изменение коэффициентов Зеебека, которые влияют на показания выходного напряжения. Чтобы свести к минимуму этот источник ошибок при использовании термопары, важно проверять провода термопары на протяжении всего эксперимента. Это можно сделать, просто посмотрев на макроскопические оптические свойства образца. Если вы видите, что часть термопары внутри печи выглядит иначе, чем область вне печи, попробуйте протолкнуть термопару глубже в печь.Это помещает закаленный от старения участок глубже в печь, устраняя температурный градиент вдоль состаренного участка, так что он не вызывает эффекта Зеебека.

Вопросы

1. Почему мы используем термопары вместо обычных термометров?
2. Почему термопары должны быть сделаны из двух разных материалов?
3. Каков наиболее вероятный источник ошибки при измерении температуры с помощью термопары?

ответы

1. Обычные термометры не выдерживают очень низких или очень высоких температур.Обычно они измеряются от -30 до 200 градусов по Цельсию. Хотя существуют термометры, которые измеряют значения, значительно превышающие этот диапазон, обычно они довольно дороги. Термопары – недорогие устройства, которые позволяют нам измерять температуру системы в экстремальных условиях. Зонд термопары типа K, который измеряет от -100 до 1250 градусов C, можно купить всего за 10 долларов.
2. Когда термопара, сделанная из двух одинаковых материалов, нагревается для создания температурного градиента вдоль каждого провода, согласно эффекту Зеебека, напряжение на каждом проводе будет одинаковым.Эти напряжения компенсируют друг друга, и мы будем измерять нулевое напряжение на двух проводах при всех температурах. Это также означает, что мы не сможем измерить ΔT или температуру на стыке.
3. Наиболее вероятный источник ошибки – касание двух проводов термопар друг друга или другого электропроводящего объекта. Во время использования термопары заряжаются положительно в горячей области и отрицательно заряжаются в холодной. Напряжение измеряется на двух концах термопары, что позволяет нам определять температуру в тестовой среде.Если какой-либо из проводов термопары соприкоснется с другим проводящим материалом, электроны вырвутся из термопары и дадут нам неточные показания напряжения. Прикосновение проводов друг к другу также приведет к разрыву цепи, что нарушит выходной сигнал. Поэтому крайне важно убедиться, что термопары не соприкасаются друг с другом или с другим электропроводящим материалом.

Список литературы

1. Р. Э. Хаммель, Электронные свойства материалов, 4-е изд.Нью-Йорк: Springer, 2012.
.
2. J.W. Дэвиссон. Термоэлектричество. Fe. Belvoir: Defense Technical Information Center, 1962.
.
3. S. Kasap. Термоэлектрические эффекты в металлах: Термопары. Кафедра электротехники. Университет Саскачевана, Канада. Электронный буклет. 2001.
4. Интернет. 16 декабря 2014 г. .

Авторы и авторство

• Квонг, Мартин (Калифорнийский университет в Дэвисе.