Принцип работы термопары: Термопара, датчик температуры: тип и принцип работы. – РОСНАГРЕВ – промышленные нагреватели и регулировка

Термопара – устройство и принцип работы простым языком

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

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

Термопары

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

• спайка;
• ручная скрутка;
• сварка.

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

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

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

ВИДЕО: Измерение температуры с помощью термопары

Принцип действия термопары

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

Схематическая работа устройства

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

Чтобы измерить значение микро или милливольт электрической движущей силы, следует разъединить кольцо и соединить его при помощи микровольтметра. Количество милливольт полностью зависит от интенсивности нагрева соединений и температурного режима холодного узла.

Принцип работы простым языком базируется на разности значений температуры двух соединительных спаев, между холодным и горячим обозначением.

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

Конструкция устройства

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

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

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

Термопара для котельного оборудования

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

Разновидности термопары

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

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

Принцип работы термопары

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

Термопары хромель-алюмель

Монтаж

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

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

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

Термопара для печи

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки применения измерителя

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

Плюсы:

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

Термопара “Арбат”

Минусы:

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

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

Термопары: устройство и принцип работы

Современное производство представляет собой автоматические системы,  в которых каждый процесс отслеживается и корректируется в заданном диапазоне. Использование термопары необходимо в тех процессах, где нужно чётко отслеживать показатели. Применяются особые датчики под названием «термопары».   Их применяют в широком диапазоне температур для трансформации энергии выделяемого тепла в электрическую.

Для создания устройства выбирают 2 проволоки из неодинаковых металлов (сплавов). Два конца соединяют сваркой или путём скручивания. Они образуют горячий спай. Оставшиеся два конца, используя компенсационные провода, соединяют с измерительным прибором или с управляющим устройством. С этой стороны получается холодный спай.

Чтобы исключить быструю порчу электродов, их облачают в капсулу, заполненную газом, жидким веществом. В защитных целях могут надевать на термоэлементы керамические бусы.

Как функционирует термопара

В основу схемы заложен принцип действия появления тока в электрической цепи замкнутого типа при наличии двух различных проводников и разницы температур между двумя противоположными спаями.

Когда  в цепи подключён вольтметр, то она замкнута. Однако ЭДС в точках равно температурных спаек уравновешивается, поэтому ток отсутствует. Если же на горячую спайку добавить тепла, то сформируется разница потенциалов, после чего появится электрический ток.

Какие термопары часто встречаются

Применяемые для изготовления материалы имеют разную температуру плавления, по-разному реагируют на окисляющую среду и смену температур.

Неблагородные металлы пригодятся для температурных показателей до +1400˚С, а благородные – до +1900˚С.

Неблагородные металлы

• J – железо и константан. Имеет низкую цену, рекомендована для разряженной атмосферы. Не допускается применение ниже 0˚С и выше +500˚С. Опасным элементом является сера, контактирование с которой приводит к мгновенному разрушению выводов.
• Т – медь и константан. Допускается применение при минусовых температурах, однако +400˚яс является критичным показателем. Не боится влажности, хорошо реагирует на кислородную составляющую. Выводы прошли стадию отжига для нормализации однородности состава.
• K – хромель и алюмель. Широкий диапазон (-100…+1000˚С). Используется в воздушной среде, где имеется средняя или повышенная концентрация кислорода.   В среде, приближенной к вакуумной, хром мигрирует из соединения, вследствие чего показания температуры показываются неточно. Аналогично нежелательно применять тип К в режиме +200…+500˚С.
• Е – хромель и константан. Участвует в замере низких температур. Отличается однородность каждого электрода, поэтому удаётся замерять точные значения температур. 

• N – нихросил и нисил. Прототипом стала термопара K. Здесь реализована идея по добавлению кремния, который снижает последующее загрязнение термопары в процессе эксплуатации. Граничной температурой является +1200˚С, однако точный показатель определяется диаметром электродов. При этом ошибка в замере значений при t= +200…+500˚С значительно меньше, чем в типе К. Это – доработанный тип термопары, который считается одним из лучших среди неблагородных металлов.

Благородные металлы

• S – платина с родием и платина. Способна работать в обычной и окисляющей среде. Рекомендуемый рабочий диапазон: +400…+1350˚С, кратковременный период допускает подъём температуры до +1750˚С. После достижения +900˚С загрязняется углеродом, кремнием, водородом. Электроды помещают в трубки из оксида алюминия, без примесей. 
• R – термопара, аналогичная предыдущей, с максимальной температурой эксплуатации до +1700˚С, а средней +1200…1400˚С.
• B – платина с родием и платина с родием. Даёт неточные показания при t < +600˚C. Самый «чистый» диапазон: +600…+900˚С. Дальше происходит загрязнение кремнием, водородом, железом и медью.

Типы спаев

Существует 6 вариантов спаев, которые состоят из 1 или 2 элементов.

• Один спай, не касающийся корпуса, обозначен буквой И.
• Если он имеет касание с корпусом, то маркируется, как Н.
• Пара спаев, не касающихся друг друга и внутренней поверхности корпуса, именуется ИИ.
• Спай сдвоенный, имеет одну общую верхушку, не касается корпуса – это 2И.
• Два отдельных спая, один касается корпуса и заземлён – ИН.
• Оба спая без изоляции, соединены с корпусом – НН.

Чтобы снизить инерционность, в ряде преобразователей выводят горячий спай за границу защитной колбы.   В решении этой проблемы помогает заземление на корпус: в итоге датчик быстрее и точнее замеряет показатели.

Виды термопар по рабочим показателям

1. Контактирование со средой: стандартные, закрытые от попадания влаги, работающие в агрессивной среде, способные выполнять замеры во взрывоопасных составах.
2. Месторасположение: монтируются по поверхности, погружаются в среду.
3. Место установки: рассчитанные на стационарное положение без перемещения и устойчивые к вибрации.
4. Показатель инерции: от 10 с до ненормируемого значения.
5. Количество зон: на одну среду и многозонные.
6. Особенности применения:

– для крепежа и переносные;

– для кратковременной установки и постоянного применения. 

7. Тип термопар на одном объекте: одинарные, двойные и тройные.
8. Вид спая: изолированный от металла, неизолированный.
9. Контакт со средой: герметичный вариант, негерметичный.

Что такое многоточечные термопары

Когда возникает потребность одновременно выполнять замеры в разных локациях одной среды, пригодятся многоточечные термопары. Их задача состоит в определении термических показателей вдоль оси преобразователя.

Нет процесса, где бы при нагреве отсутствовали температурные колебания. Замер показателей в одном месте не гарантирует их стабильность в другом. Для обеспечения контроля параметров применяют термопары с числом точек сбора до 60 штук. Конструкция имеет всего 1 металлическую колбу и 1 точку ввода. 

Что можно сказать про недостатки и преимущества термопар

Позитивные опции

• Применение устройств в различных средах, включая агрессивные.
• Значительный температурный диапазон работы: -250˚С до +1900˚С и выше (критическое значение достигает +2500˚С).
• Точность выполнения замеров, погрешность бывает 0,01-2˚С.
• Доступная стоимость.
• Надёжность в использовании.

Негативные моменты

• Чем большее оснащение дополнительными опциями и разъёмами, тем дороже обойдётся покупка термопары.
• Наличие заводской градуировки.
• Необходимость в установке экранирующей защиты и высокоточных датчиков.
• Невозможность устранить и скорректировать нелинейную зависимость ЭДС в ходе повышения температуры, когда она выходит за ограничивающие пределы. 

Советы от производителя по термопарам 

• Применяйте миниатюрное устройство, сделанное из тонкой проволоки. Установите её в зону измерения показателей, а снаружи добавьте удлинительные провода.
• Проволока термопары не должна испытывать натяжения и последствий вибраций. 
• По длине термопары следует исключить значительный термический скачок.
• Запрещено граничные температуры использовать в качестве рабочих, на регулярной основе. Выбирайте термопары с 10-15%-м запасом термического показателя. 

• При выборе проволоки большого сечения нужно убедиться, что она не внесёт изменения в температуру среды измерения.
• При значительной длине проводов и термопары соединяемые провода дополнительно перекручивают в месте выводов.
• При наличии агрессивной среды использовать достаточно стойкий материал колбы, куда помещаются провода.
• Использование комплексных термопар с несколькими электродами удобно для одновременного замера нескольких параметров: температуры, помех в прохождении тока, замера напряжения, проверки герметичности колбы. 

Что мешает  получению точных значений температуры в термопарах

В процессе работы термопар возникают обстоятельства, которые не позволяют сделать точные замеры. Сюда входят 5 групп помех.

• При росте температуры сопротивление изоляционного материала в электродах снижается. Иногда это создаёт замыкание проводов в середине термопары. И тогда происходит смещение зоны идентификации температуры, так как устройство начинает показывать значения в средней области.  Также существует опасность попадания примесей и веществ с изоляции на электроды (при высоких температурах), что способно изменить их исходные свойства. 
• При сварке, необходимой для создания качественного спая, применяют ещё один металл. Обычно у него температура плавления оказывается ниже, поэтому при высоких термических значениях пай распадается. Если перегревание испортит проволоку для термопары, газ заполнит место разрыва. Сварка получится неудачной, непрочной и первое же повышение температуры разъединит электроды. 
• Окрашенная изоляция коварна. Пигменты способны попасть в жидкость и образовать электролит. Возникнет гальванический эффект, который внесёт дисбаланс в осуществляемые замеры. 
• Термоэлектрическая неоднородность считается самым сложным  типом потенциальных ошибок. Она формируется от напряжений в проволоке в ходе неаккуратного протягивания, ударного воздействия или неумения правильно обращаться с термопарой. В иных случаях погрешность формируется  при отжиге, подготовке электродов, диффузии примесей. С ростом градиента температуры прямо пропорционально увеличивается погрешность. Допускается применение чехлов и металлических рукавов, способных произвести  нивелирование скачков температуры  по всей длине электродов.  
• Утечка тока также влияет на точность замеров в термопаре. Важное значение придают верхнему граничному показателю температуры. Если устройство находится именно в этом пределе, то подобная эксплуатация напрямую воздействует на величину термоэлектрических показателей. Это означает, что при долгосрочно проводимых процессах для верхнего термического предела устанавливается значение на 250-300˚С ниже максимально допустимого значения. Что касается минусовых граничных значений, то в низкотемпературных условиях чувствительность термопары уменьшается. Зато погрешность в значениях начинает увеличиваться.
• Тонкая проволока в термопаре быстро загрязняется, в ней возникают остаточные напряжения. Чтобы снизить эти отрицательные факторы, используют провода удлинения. Их задача заключается в подключении термопары к вольтметру. Провод толще термопары, при  последовательном подключении  к электроду хорошо транспортирует сигнал на нужное расстояние.  Необходимо создавать условия для относительно небольшого температурного изменения вдоль провода, так как он испытывает дополнительные воздействия в процессе натяжения.

Компания «Интмакс» выполняет изготовление термопар на заказ. Учитываем фактические условия применения, производим расчёты и создаёт изделия для успешной последующей эксплуатации.

23.12.2021 16:19:16

Просмотры: 1529

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары

1 из 17

Верхний обрезанный слайд

Скачать для чтения в автономном режиме

Инженерное дело

Этот раздел создан для того, чтобы сделать тему ясной. Цель состоит в том, чтобы сделать доступным контент о термопарах, который доступен на различных сайтах. Этот ppt сделан только для учебных целей. Автор не претендует на оригинальность содержания. Термопару можно определить как своего рода датчик температуры, который используется для измерения температуры в одной конкретной точке в виде ЭДС или электрического тока. Этот датчик состоит из двух разнородных металлических проводов, соединенных вместе в одном узле. Термопара – это датчик, используемый для измерения температуры. Термопары состоят из двух проволочных стержней из разных металлов. Ноги проводов сварены вместе на одном конце, создавая соединение. Затем напряжение можно интерпретировать с помощью справочных таблиц термопар для расчета температуры. Температура может быть измерена в этом соединении, а изменение температуры металлической проволоки стимулирует напряжение. Они используются в качестве датчиков температуры в термостатах в офисах, домах, офисах и на предприятиях. Они используются в промышленности для контроля температуры металлов в железе, алюминии и металле. Они используются в пищевой промышленности для криогенных и низкотемпературных применений. Термопары используются в качестве теплового насоса для осуществления термоэлектрического охлаждения. Они используются для проверки температуры на химических заводах, нефтяных заводах. Они используются в газовых машинах для обнаружения пилотного пламени.

Принцип работы термопары

1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕРМОПАРА Представлено: доктору Манишу Покхарне сэру Представлено: Манвик Джоши
2. ВВЕДЕНИЕ  В 1821 году физик Томас Зеебек обнаружил, что когда два разные металлические провода были соединены на обоих концах одного соединения в цепи, когда температура, приложенная к переходу, через него будет протекать ток. цепь, которая известна как электромагнитное поле (ЭМП). Энергия, которая производимый схемой, называется эффектом Зеебека.  Руководствуясь эффектом Томаса Зеебека, оба итальянских физика, а именно Леопольдо Нобили и Македонио Меллони совместно разработали термоэлектрическая батарея в 1826 году, называемая тепловым умножителем, это основан на открытии термоэлектричества Зеебека путем слияния гальванометр, а также термобатарея для расчета радиации. За его усилия некоторые люди идентифицировали Нобили как первооткрывателя термопары.
3. ЧТО ТАКОЕ АТЕРМОПАРА?  Термопара может быть определена как своего рода датчик температуры, который используется для измерять температуру в одной конкретной точке в виде ЭДС или электрический ток. Этот датчик состоит из двух разнородных металлических проводов, которые соединены вместе в одном соединении. Температура может быть измерена в этом соединение, а изменение температуры металлической проволоки стимулирует напряжения.
4. Термопара
5. ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕРМОПАРЫ  Принцип термопары в основном зависит от трех эффектов, а именно Зеебека, Пельтье и Томпсона.  Эффект Пельтье  Этот эффект Пельтье противоположен эффекту Зеебека. Этот эффект утверждает, что разница температура может быть сформирована между любыми двумя разнородными проводниками путем применения изменения потенциала среди них.  См. эффект Бека  Этот тип эффекта возникает между двумя разнородными металлами. Когда тепло воздействует на любой из металлических проводов, затем поток электронов поступает от горячей металлической проволоки к холодной металлической проволоке. Следовательно, постоянный ток стимулирует в цепи.  Эффект Томпсона  Этот эффект заключается в том, что если два разнородных металла соединяются вместе, и если они образуют два соединения, то напряжение индуцирует общую длину проводника из-за градиента температуры. Это физическое слово, которое демонстрирует изменение скорости и направления температуры в точном положении.
6. КОНСТРУКЦИЯ ТЕРМОПАРЫ  Конструкция термопары показана ниже. Он состоит из двух различные металлические провода и которые соединены вместе на конце соединения. соединение думает как измерительный конец. Конец соединения классифицируется в три типа, а именно незаземленный, заземленный и открытый переход.  Незаземленное соединение  В этом типе соединения проводники полностью отделены от защитной крышка.Применения этого соединения в основном включают применение высокого давления работает. Основное преимущество использования этой функции заключается в уменьшении паразитных магнитных эффект поля.
7.  Соединение с заземлением  В этом типе соединения металлические провода, а также защитная крышка соединяются вместе.Эта функция используется для измерения температуры в кислой атмосфере, и он обеспечивает сопротивление шуму.  Открытое соединение  Открытое соединение применимо в местах, где требуется быстрое реагирование. Тип соединения используется для измерения температуры газа. Металл, используемый для изготовления термопара в основном зависит от расчетного диапазона температуры.  Как правило, термопара состоит из двух разных металлических проводов, а именно железа и константан, образующий детектирующий элемент, соединяясь в одном соединении, называемом как горячий стык. Он состоит из двух стыков, один стык соединен вольтметром или передатчик, в котором холодный спай и второй спай связаны в процессе, называется горячим соединением. КОНСТРУКЦИЯ ТЕРМОПАРЫ
8. Конструкция термопары
9. РАБОЧАЯ ТЕРМОПАРА  Принципиальная схема термопары показана на рисунке ниже. Эта схема могут быть построены из двух разных металлов, которые соединены друг с другом генерируя два соединения. Два металла окружены соединением посредством сварки.  На приведенной выше диаграмме соединения обозначены P и Q, а температуры обозначаются T1, &T2. Когда температура перехода отличается от друг друга, то в цепи возникает электромагнитная сила.
10. РАБОЧАЯ ТЕРМОПАРА РАБОТА ТЕРМОПАРЫ
11.  Если температура на конце соединения превращается в эквивалент, то эквивалент, как а также обратная электромагнитная сила, возникает в цепи, и потока нет тока через него. Точно так же температура на конце перехода становится несбалансирован, то в этой цепи возникает изменение потенциала.  Величина электромагнитной силы, индуцируемой в цепи, зависит от виды материала, используемого для изготовления термопар. Весь поток тока по всей цепи рассчитывается измерительными приборами.  Электромагнитная сила, индуцируемая в цепи, рассчитывается по следующей формуле уравнение  E = а (∆Ө) + b (∆Ө)2  Где ∆Ө – разность температур горячего спая термопары конец, а также конец эталонного соединения термопары, a и b являются константами. РАБОТА ТЕРМОПАРЫ
12. ПРЕИМУЩЕСТВА  К преимуществам относятся следующие.  Точность высокая  Он надежен и может использоваться как в суровых условиях, так и в условиях высокой вибрации.  Термическая реакция протекает быстро  Рабочий диапазон температур широк.  Широкий диапазон рабочих температур  Стоимость низкая и чрезвычайно постоянная
13. НЕДОСТАТКИ  К недостаткам можно отнести следующее.  Нелинейность  Наименьшая стабильность  Низкое напряжение  Требуется ссылка  минимальная чувствительность  Повторная калибровка термопары затруднена
14. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОПАРЫ  Некоторые из применений термопары включают следующее.  Они используются в качестве датчиков температуры в термостатах в офисах, домах, офисы и предприятия.  Они используются в промышленности для контроля температуры металлов в железе, алюминий и металл.  Используются в пищевой промышленности для криогенных и низкотемпературных приложений. Термопары используются в качестве теплового насоса для выполнения термоэлектрическое охлаждение.  Они используются для измерения температуры на химических и нефтеперерабатывающих заводах.  Они используются в газовых машинах для обнаружения пилотного пламени.
15. ЗАКЛЮЧЕНИЕ  Итак, это все, что касается обзора термопары. Из вышеперечисленного информации, наконец, мы можем сделать вывод, что измерение термопары мощность можно рассчитать с помощью таких методов, как мультиметр, потенциометр и усилителя выходными устройствами. Основное назначение термопары – построить последовательные и прямые измерения температуры в нескольких различных приложениях.
16. ССЫЛКИ  https://circuitglobe.com/thermocouple. html  https://www.elprocus.com/what-is-a-thermocouple-definition-working-principle- диаграммы-приложения/
17. СПАСИБО!!!

Типы, конструкция, работа и применение

Температура играет жизненно важную роль в работе электрических и электронных компонентов и устройств. Его необходимо поддерживать в определенном диапазоне. Однако сначала необходимо определить и измерить температуру. Для этого используются различные виды измерительных инструментов и инструментов. Одним из таких устройств является термопара, которая используется для измерения температуры.

Содержание

Что такое термопара?

Термопара — это преобразователь, который используется для измерения температуры. Он преобразует температуру в электрический ток или напряжение, пропорциональное температуре.

Изготовлен из двух разнородных металлов с разными термоэлектрическими свойствами, соединенных вместе на одном конце, а другой конец остается разъединенным. Температура на соединенном конце создает термоэлектрический потенциал на другом конце, который можно считать с помощью любого обычного мультиметра. Показания пропорциональны температуре.

Термопара — это активный датчик, для работы которого не требуется источник питания. Он генерирует очень низкое напряжение около 5 мкВольт/°C. Он может измерять температуру до 1200°C. Он широко используется для измерения температуры в промышленности.

Похожие сообщения:

• Разница между RTD и термопарой
• Разница между термистором и термопарой

Строительство

Он имеет очень простую конструкцию, как показано на рисунке ниже.

Термопара изготовлена ​​из двух разных металлов с разными термоэлектрическими свойствами. Они соединены вместе на одном из своих концов. В то время как два других конца металлов разделены. Соединенный конец или соединение называется горячим соединением, а разделенные концы называются холодным или эталонным соединением. Металлы соединяются между собой сваркой, скручиванием или свинчиванием.

Диаметр используемого металла определяет диапазон температур и время отклика термопары. Для измерения высоких температур требуются металлы большего диаметра, что сокращает время отклика. Поэтому оба эти фактора учитываются при проектировании термопары.

Соединение, в котором металлы соединяются вместе, называемое горячим спаем, используется для измерения температуры. Он покрыт защитной металлической оболочкой. Тем не менее, он разработан одним из следующих трех способов, и каждый тип имеет свои преимущества.

Щелкните изображение, чтобы увеличить его.

Незаземленное соединение

В такой конструкции металлы в соединении полностью изолированы от защитной металлической оболочки, как показано на рисунке ниже.

Поскольку горячий спай изолирован, время отклика термопары незаземленного спая меньше, чем у заземленной. Однако он более прочен и благодаря защитной оболочке широко используется в условиях высокого давления. Это также снижает влияние рассеянного магнитного поля.

Заземленный спай

В конструкции с заземленным спаем горячий спай соединяется с защитной металлической оболочкой. Это обеспечивает очень быстрое время отклика для диапазонов высоких температур. Но он не подходит для электропроводной среды. Это также снижает шум.

Открытое соединение

В такой конструкции соединение открыто, так как над ним нет защитной оболочки, как показано на рисунке. У него самое быстрое время отклика среди всех дизайнов. Но они не подходят для агрессивных сред и высокой температуры. Используется для измерения температуры газа.

• Связанный пост: Что такое термистор? Типы термисторов и их применение

Материалы, используемые для термопары

Термопара изготавливается из комбинации нескольких различных типов металлов, но есть несколько металлов, которые обеспечивают наилучшие характеристики. Пара металлов обычно выбирается на основе термоэлектрической разницы между ними. Чем выше разница, тем выше производительность материала.

Вот таблица некоторых наиболее часто используемых пар металлов для термопары.

Металл А	Металл В	Диапазон температур	Чувствительность мкВ/°C	Тип термопары
Медь	Константан	-250°С – 400°С	43	Т
Железо	Константан	-200°С – 850°С	50	Дж
Хромель	Алумель	-200°С – 1100°С	39	К
Хромель	Константан	-200°С – 1000°С	68	Э
Платина и родий	Платина	-50°С – 1500°С	1-6	С
Вольфрам	Молибден	0°С – 2700°С	19
Вольфрам	Рений	0°С – 2600°С	19

В зависимости от различных других характеристик эти термопары используются для определенных сред. В данной таблице показано, что хромель-константановая термопара является лучшей для высокотемпературных измерений до 1000°С с очень высокой чувствительностью. Они используются в промышленности, тогда как вольфрам-рениевые термопары используются для очень высоких температур.

Принцип работы термопары

Принцип работы термопар основан на следующих трех эффектах.

Эффект Зеебека

Зеебек был физиком, который открыл, что два разных металла или проводника соединяются вместе в двух соединениях. Разность температур между переходами создаст в нем ЭДС. Если пара металлов соединиться с цепью, она будет производить постоянный ток в цепи.

Эффект Пельтье

Эффект Пельтейра противоположен эффекту Зеебека. Между двумя разными металлами, соединенными вместе, возникает разница температур, если к ним приложена разность потенциалов. Один из переходов охлаждается, а другой нагревается.

Эффект Томпсона

Согласно эффекту Томпсона, вдоль проводника существует разность потенциалов между двумя металлами из-за температурного градиента вдоль двух соединенных разнородных металлов.

Тем не менее, термопара работает на упомянутых эффектах; Эффекты Зеебека и Пельтье являются наиболее заметными эффектами, ответственными за его работу.

Что касается работы, то она подробно описана ниже.

Когда два разнородных металла соединяются в месте соединения, возникает небольшое напряжение, называемое напряжением термоперехода. На данном рисунке показаны два различных металла A и B, объединенные в соединении P. Вольтметр прикреплен к открытым концам металлов A и B.

Изменение температуры на переходе P создает разность напряжений, которая измеряется с помощью вольтметра. Однако щупы или выводы вольтметра сделаны из меди, металла, отличного от металла, используемого в термопаре, что приводит к еще двум соединениям J1 и J2. Из-за этих дополнительных переходов к измерению напряжения добавляется погрешность.

Чтобы устранить эту ошибку, в конструкцию добавлено еще одно соединение Q, как показано на рисунке. Этот переход также выполнен между металлами A и B. Однако два перехода J1 и J2 все еще существуют, но они оба существуют между одинаковым металлом A, что устраняет разницу напряжений друг друга на вольтметре.

Соединение P известно как горячее или чувствительное соединение, а соединение Q известно как холодное или эталонное соединение. Температура эталонного спая известна тем, что поддерживается на уровне нуля °C в холодной ванне. Следовательно, более точное выходное напряжение Vo генерируется на основе разницы температур между переходами P и Q.

Например, если эталонная температура Tr и температура измерения Ts равны 0 °C, выходное напряжение будет равно нулю. Если Ts отлична от 0°C, будет генерироваться ЭДС, пропорциональная разности температур.

Выходное напряжение термопары очень мало, обычно несколько микровольт, в зависимости от используемой пары металлов. Выходное напряжение можно измерить с помощью различных устройств, описанных ниже.

• Связанный пост: Резистивный датчик температуры RTD: конструкция, типы, работа и применение

Измерение выходного сигнала термопары

Выходной сигнал термопары представляет собой очень небольшую ЭДС или напряжение. Для определения температуры необходимо точно измерить. Напряжение можно измерять с помощью различных устройств

Мультиметр

Для измерения напряжения, генерируемого термопарой, можно использовать простой мультиметр. Как цифровой, так и аналоговый мультиметр, обладающий высокой чувствительностью, может измерять напряжение. Напряжение отражает разницу температур между двумя переходами.

Потенциометр

Потенциометр используется для точного измерения напряжения путем сравнения его с известным напряжением. Это может быть как ручной, так и автоматический потенциометр балансировки напряжения. Он подключен к чувствительному или горячему спаю P и эталонному спаю q, температура которых поддерживается на уровне 0 °C в ледяной бане.

Усилитель

Поскольку выходной сигнал термопары очень мал, его можно усилить с помощью усилителя до гораздо больших значений, которые можно легко измерить с помощью любого прибора.

Законы термопары

К термопарам применимы три основных закона. Каждый из них объясняется ниже.

Закон аддитивного напряжения

Этот закон гласит, что если для измерения одной и той же разности температур используется 3 разных металла A, B и C, сумма напряжений, генерируемых между A и B, и напряжений, генерируемых между B и C равно напряжению, генерируемому между A и C. Закон четко проиллюстрирован на данном рисунке.

Предположим, что металлы A, B и C образуют термопару A-B, B-C и A-C, которая измеряет постоянную разницу температур между двумя ваннами T1 и T2. Математически

Vac = Vab + Vbc

Закон промежуточных металлов

Закон промежуточных металлов гласит, что добавление третьего металла последовательно между двумя разнородными металлами не повлияет на показания напряжения, пока образуются два соединения. третьим металлом находятся при той же температуре.

Этот закон можно проиллюстрировать на данном рисунке. На нем показана термопара, изготовленная из металлов A и B, а третий металл C добавлен последовательно с металлом B. Этот третий металл образует два соединения J1 и J2. Общая температура термопары не изменится, пока температура на соединениях J1 и J2 одинакова. Поскольку оба перехода имеют одинаковую температуру, ЭДС, создаваемая этими переходами, также будет одинаковой. Следовательно, ЭДС, создаваемая соединением J1, уравновешивает столь же противоположную ЭДС, создаваемую соединением J2.

Этот закон не ограничивается одним куском металла. На самом деле, в конструкцию можно добавить два или более металлических элемента, но до тех пор, пока новые образованные соединения поддерживаются при одной и той же температуре, это не повлияет на чистое напряжение.

Практическое применение

• Позволяет использовать припой для соединения двух металлов, не влияя на работу термопары.
• Позволяет использовать более дешевый третий металл в качестве расширения.

Закон промежуточной температуры

Закон промежуточной температуры гласит, что если две одинаковые термопары измеряют разность температур между T1 и T2 и разность температур между T2 и T3, их сумма напряжений равна напряжению, генерируемому идентичным термопара, которая измеряет разницу температур между T1 и T3.

Этот закон иллюстрирует данный рисунок. Имейте в виду, что все используемые термопары идентичны. Термопара 1 измеряет разницу температур между T1 и T2, в то время как ее выходное напряжение равно V ₁₂ в то время как термопара 2 измеряет между T2 и T3 выходное напряжение V ₂₃ . Третья термопара 3 измеряет разницу температур между T1 и T3, имеющим выходное напряжение V ₁₃ . Математически

В ₁₃ = В ₁₂ + В ₂₃

Практическое применение

• Это позволяет нам устранить любые ошибки термопары, которая ранее была откалибрована для другой температуры в ее эталонном спае. чем он используется сейчас.

Примечание: когда мы соединяем несколько термопар последовательно, это называется термобатареей . Термобатарея имеет очень высокую чувствительность и используется для их повышенной чувствительности. Он обеспечивает очень значительное изменение выходного напряжения при изменении температуры по сравнению с одиночной термопарой.

• Связанный пост: Что такое датчик? Различные типы датчиков с приложениями

Типы термопар

Существуют различные типы термопар с цветовой маркировкой, классифицируемые по разным категориям в зависимости от их характеристик и областей применения. Эти типы обозначаются английскими буквами, как указано ниже.

Тип K

Термопара типа K — наиболее распространенная недорогая термопара, имеющая широкий диапазон измерений температуры. Он точен, надежен и, что немаловажно, дешев. Он также известен как хромель-алюмелевая термопара.

Положительный вывод типа К изготовлен из хромеля. Хромель состоит из 90% никеля и 10% хрома. Отрицательный провод изготовлен из алюмеля, состоящего из 95% никеля, 2% алюминия, 2% магния и 1% кремния.

Различные цветовые коды используются для представления и идентификации положительных и отрицательных выводов термопары. Согласно цветовому коду ANSI, термопара типа K имеет желтый положительный вывод и красный отрицательный вывод. Согласно BS, положительный провод коричневый, а отрицательный синий. Согласно IEC, положительный провод зеленый, а отрицательный белый.

Диапазон измерения температуры термопарой типа к составляет от -270 °С до 1260 °С с точностью ±2,2 °С. Его чувствительность составляет около 40 мкВ/°C.

Тип T

Термопара типа T используется для измерения низких температур. Подходит для использования в окислительной среде.

Положительный вывод изготовлен из меди. Отрицательный провод изготовлен из константана, состоящего из 55% меди и 45% никеля.

Согласно цветовому коду ANSI, цвет положительного вывода — синий, а отрицательного — красный. Согласно BS, положительный провод белый, а отрицательный синий. Согласно IEC, положительный провод коричневый, а отрицательный белый.

Диапазон измерения температуры термопарой типа Т составляет от -270 °С до 370 °С с точностью ±1,0 °С. Его чувствительность составляет около 43 мкВ/°C.

Тип J

Термопара типа J также широко используется. Он также подходит для использования в окислительной среде с повышенной чувствительностью.

Положительный провод изготовлен из железа. Отрицательный провод изготовлен из константана, состоящего из 55% меди и 45% никеля.

Согласно цветовому коду ANSI, цвет положительного вывода — белый, а отрицательного — красный. Согласно BS, положительный провод желтый, а отрицательный синий. Согласно IEC, положительный провод черный, а отрицательный белый.

Диапазон измерения температуры термопарой типа J от -210 °С до 760 °С с точностью ±2,2 °С. Он имеет высокую чувствительность примерно 50 мкВ/°C.

Тип S

Термопара типа S представляет собой высокотемпературную термопару, используемую в биотехнологии. Однако он также используется при измерениях при низких температурах из-за его высокой точности. Он сделан из редких металлов и поэтому стоит дорого.

Положительный стержень состоит из 90 % платины и 10 % родия. Отрицательный стержень изготовлен из чистой платины.

Согласно цветовому коду ANSI, цвет положительного вывода — черный, а отрицательного — красный. Согласно BS, положительный провод зеленый, а отрицательный синий. Согласно IEC, положительный вывод имеет оранжевый цвет, а отрицательный — белый.

Диапазон измерения температуры термопарой типа S от -50 °С до 1480 °С с точностью ±1,5 °С. И высокая точность при низкой температуре около ±1,0 °C. Его чувствительность составляет приблизительно 6 мкВ/°C.

Тип E

Термопара типа E очень чувствительна и обеспечивает сильный сигнал и высокую точность. Используется в приборостроении. Он используется редко по сравнению с другими типами. Он также немагнитен.

Положительный вывод изготовлен из хромеля. Хромель состоит из 90% никеля и 10% хрома. Отрицательный провод изготовлен из константана, состоящего из 55% меди и 45% никеля.

Согласно цветовому коду ANSI, цвет положительного вывода — фиолетовый, а отрицательного — красный. Согласно BS, положительный провод коричневый, а отрицательный синий. Согласно IEC, положительный вывод фиолетовый, а отрицательный — белый.

Диапазон измерения температуры термопарой типа Е составляет от -270 °С до 870 °С с точностью ±1,7 °С. Он имеет высокую чувствительность примерно 68 мкВ/°C.

Тип N

Термопара типа N имеет те же рабочие параметры, что и тип K, с гораздо большей стабильностью (от 300 до 500 °C), но с более высокой стоимостью.

Положительный провод изготовлен из никросила. Nicrosil состоит из 84,1% никеля, 14,4% хрома, 1,4% кремния и 0,1% магния. Отрицательный вывод сделан из Нисила, состоящего из 95,6% никеля и 4,4% кремния.

Согласно цветовому коду ANSI, цвет положительного вывода — оранжевый, а отрицательного — красный. Согласно BS, положительный провод оранжевый, а отрицательный синий. Согласно IEC, положительный провод розовый, а отрицательный белый.

Диапазон измерения температуры термопарой типа N от -270 °С до 1260 °С с точностью ±2,2 °С. Его чувствительность составляет приблизительно 39 мкВ/°C.

Тип R

Термопара типа R имеет практически те же характеристики, что и тип S, поскольку она также используется для высоких температур. Однако в нем более высокий процент родия, что делает его более дорогим, а также более чувствительным и стабильным, чем тип S. Тип R более популярен в Великобритании, а тип S популярен в Европе.

Положительный стержень состоит из 87% платины и 13% родия. Отрицательный стержень изготовлен из чистой платины.

Согласно цветовому коду ANSI, цвет положительного вывода — черный, а отрицательного — красный. Согласно BS, положительный провод зеленый, а отрицательный синий. Согласно IEC, положительный вывод имеет оранжевый цвет, а отрицательный — белый.

Диапазон измерения температуры термопарой типа R от -50 °С до 1480 °С с точностью ±1,5 °С. И высокая точность при низкой температуре около ±1,0 °C. Его чувствительность составляет приблизительно 6 мкВ/°C.

Тип B

Термопара типа B имеет самый высокий предел измерения температуры среди всех типов термопар. Он используется для измерения чрезвычайно высоких температур. Он не подходит для низких температур из-за меньшей чувствительности при таких температурах. Рекомендуется для температур выше 200 °C.

Положительный стержень состоит из 70% платины и 30% родия. Отрицательный стержень изготовлен из 94% платины и 6% родия.

Цветовой код термопары типа B еще не определен.

Диапазон измерения температуры термопарами типа В от 0°С до 1700°С с точностью ±0,5 %.

Тип термопары	Положительный провод Материал	Отрицательный провод Материал	Цвет положительного провода	Цвет отрицательного вывода	Диапазон температур	Точность
Тип К	Хромель (никель 90% – хром 10%)	Алюмель (никель 95% – алюминий 2% – магний 2% – кремний 1%)	Желтый	Красный	-270 °С – 1260 °С	±2,2 °С
Тип Т	Медь	Константан (никель 45% – медь 55%)	Синий	Красный	-270 °С – 370 °С	±1,0 °С
Тип J	Железо	Константан (никель 45% – медь 55%)	Белый	Красный	-210 °С – 760 °С	±2,2 °С
Тип S	Платина 90% – Родий 10%	Платина	Черный	Красный	-50 °С – 1480 °С	±1,5 °С
Тип Е	Хромель (никель 90% – хром 10%)	Константан (никель 45% – медь 55%)	Фиолетовый	Красный	-270 °С – 870 °С	±1,7 °С
Тип N	Nicrosil (никель 84,1% – хром 14,4% – кремний 1,4% – магний 0,1%)	Nisil (никель 95,6% – кремний 4,4%)	Оранжевый	Красный	-270 °С – 1260 °С	±2,2 °С
Тип R	Платина 87% – Родий 13%	Платина	Черный	Красный	-50 °С – 1480 °С	±1,5 °С
Тип В	Платина 70% – Родий 30%	Платина 94% – Родий 6%	—	—	0 °С – 1700 °С	±0,5 %

Связанный пост:

• Разница между датчиком и приводом
• Разница между датчиком и преобразователем

Преимущества

Вот некоторые преимущества термопары

• Работает в широком диапазоне температурных измерений.
• Он прочный и надежный и подходит для использования в экстремальных условиях.
• Он имеет быстрое время отклика и может измерять внезапные изменения температуры.
• Обеспечивает очень точные и точные измерения
• Простой дизайн и конструкция.
• Активный преобразователь, не требует внешнего источника питания.
• Имеет меньшую стоимость по сравнению с другими приборами для измерения температуры.
• Легче измерить температуру в любой нужной точке.

Недостатки

Вот некоторые недостатки термопар.

• Он нелинейный по своей природе, т. е. выходное напряжение изменяется нелинейно с изменением температуры.
• Его выходное напряжение чрезвычайно мало в микровольтах на °C.
• Требуются усилители для увеличения низкого выходного напряжения.
• Имеет более низкую чувствительность, чем большинство устройств для измерения температуры.
• Требуется эталонная температура.
• Его повторная калибровка очень сложна.
• Имеет более низкую стабильность.
• Шумы, такие как радиочастоты и ЭМП (электромагнитные помехи), могут привести к ошибкам в измерениях.

Области применения

Термопары имеют широкий спектр применения от бытовых приборов до промышленных предприятий, пищевой промышленности и электростанций. Вот некоторые из применений термопар.

• Они используются в электродуговых печах для измерения температуры в черной металлургии.
• Используется в домах и офисах в качестве датчика температуры в термостатах. Он измеряет температуру и регулирует ее с помощью необходимых действий.
• Он также используется в криогенных или низкотемпературных приложениях в пищевой промышленности.
• Используется на нефтеперерабатывающих и химических заводах для контроля температуры.
• Используется для обнаружения запальника в печи, водонагревателе и газовом камине.