Принцип термопары: Термопара – принцип работы | Сиб Контролс

Термопара – принцип работы | Сиб Контролс

Принцип работы термопар

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

 

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

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

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

Мы можем выразить эту связь математически следующим образом:

Vmeter = V_J1 − V_J2

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

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

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

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

J1 − V_J2.

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

Что такое термопара: виды, характеристики и принцип работы термопары лабораторных печей

Промышленные и лабораторные печи используются для подготовки и обработки различных материалов. Техника выполняет множество термозадач. Измерить степень прогрева, соответственно контролировать рабочие процессы, легко при помощи термопары. Можно приобрести уже готовый элемент или создать его собственноручно.

Термопары имеют различные граничные показатели, что позволяет подобрать вариант, работающий с определенным температурным диапазоном

Особенности термопары для муфельной печи

Термопара для электропечи – это деталь, позволяющая измерять температуру в различных, в том числе и экстремальных условиях. Выполняется элемент из двух спаянных в одной точке проводников. Проволока изготавливается из спецсплавов. Нагреваясь, основа вырабатывает электричество. Чем выше температура в камере, тем больше милливольт образуется.

Термопара выполняется из двух проводников, которые выполнены из разных сплавов. Соединяются они между собой исключительно с одной стороны

Выпускаются термопары в разном исполнении, отличаться может:

• Толщина электродов.
• Материал проводов.
• Внешняя оболочка.
• Клемника и т.д.

Tермопарная оболочка выполняется как из специализированных сплавов, так и керамики

Конструктивные особенности термопары

Перед тем, как сделать термопару убедитесь, что выбранный способ исполнения подойдет для предполагаемых производственных условий. Тип конструкции напрямую отражается на:

• Максимальной рабочей температуре.
• Среде применения.
• Эксплуатационном сроке.

Из конструктивных особенностей заострить внимание стоит на:

• Соединении. Электродные кончики скручиваются между собой и скрепляются в одной точке. Для этого применяют сварку или пайку. Тугоплавкую проволоку нередко соединяют скруткой, не сваривая. При этом стыковка возможна исключительно в рабочем спае. По длине необходимо оградить провода от взаимодействия.
• Изоляции. Как изолировать электроды, зависит от наибольшего температурного предела. Для максимальной отметки от +100°С до +120°С может применяться любой способ, в том числе и воздушный. Если отметка достигает +1300°С, используют фарфоровые одно- и двухканальные трубки. Пирометрическая керамика не подойдет для более высоких температур, она может размягчиться. В этом случае рекомендуются трубки из окиси алюминия, выдерживающие до +1950°С. Для t° от +2000°С применяют изоляцию из окиси магния или бериллия, а также двуокиси тория или циркония.
• Внешней защите. Обязательно нужно учитывать рабочую среду. Термопару защищают при помощи металлической, керамической или металлокерамической трубки-чехла с закрытым концом. Благодаря ей обеспечивается механическая стойкость элемента, его герметичность.

Создавая электропечь для промышленных целей, важно правильно подобрать защитный материал термопары. Убедитесь, что он сможет выдержать длительное пребывание в граничных температурах. Учитывается степень стойкости к химической среде, газонепроницаемость и теплопроводность

На чем основан принцип работы термопары

Как работает термопара – принцип работы базируется на термоэлектрике. Его действие заключается в следующем:

• Между спаянными элементами образуется контактное отличие потенциалов.
• Когда участки состыкованных в цепь проводов с равным нагревом, сумма разностей – ноль.
• Если спайки имеют не одинаковую отметку нагрева, отличие потенциалов будет зависеть от имеющегося термопоказателя.

Как работает термопара – схема подключения измерителя градации температур в муфельной печи

Показатель пропорциональности – это коэффициент термо-ЭДС. Если отметка 0, значит ток не течет. Если величина выше или ниже ноля – между концами появится перепад потенциалов.

Принцип действия термопары легко рассмотреть на примере эффекта Зеебека. Спайки из сплава с не нулевыми коэффициентами термо-ЭДС, помещены в зону с определенной t° – T1. Получаем напряжение, возникшее между нашими контактами. Возникает другая термоотметка – T2. Показатель будет соответствовать разности температур T1 и T2

Основные виды термопар

Применяются термопары в оборудовании различного назначения. Поэтому для проводников используются разнообразные сплавы, характеристики которых позволяют предельно точно длительно или кратковременно определять температуру в среде.

Согласно ГОСТ термопары делят на категории ТСП, ТНН, ТМК, ТПР, ТМК, ТЖК, ТВР, ТПП, ТХК и ТХА. Их подразделяют на подгруппы, учитывая материалы для проводников и предельные температуры:

Тип	Сплавы	Максимальная температура	Свойства
Е	Константан / Хромель	+800°С	Немагнитное соединение, характеризующееся высокой производительностью
J	Железо / Константан	+700°С	Сплав отличается чувствительностью к изменению температур
К	Алюмель / Хромель	+1100°С	Подходит для инертных и неокисляющих атмосфер
М	Медь / Копель	+1300°С	Применяется для вакуумных печей.
N	Нихросил / Нисил	+1100°С	Универсальны, характеризуются высокой стабильностью
В, R, S	Родий / Платина	+1700°С	Используется для вакуумной, газовой и окисленной среды

Таблица основных классов и характеристики термопар

Как выбрать термопару для муфельной печи

Если Вам необходима термопара для муфельной печи, при выборе подходящей модели обратите внимание на:

• Длину проводника.
• Диаметр измерительного штыря.
• Сечение провода.
• Диапазон температур.
• Стабильность показателей.

При выборе термопары для лабораторных или промышленных муфельных печей, обязательно учитывайте максимальные рабочие температуры и длительность процессов

Как сделать термопару

Независимо от того, создаете вы электропечь своими руками, или заменяете поврежденные элементы, важно соблюдать правила установки всех деталей. Подключение термопары к преобразователю может осуществляться одним из вариантов:

• Дифференциальным. Применяются два спаянных проводника, с разными ЭДС коэффициентами. Преобразователь подсоединяется к месту разрыва одного из электродов.
• Простым. Подключение системы выполняется напрямую к двум термо проводам.

Чтобы дистанционно подключить термопары, необходимо выбрать провода. Есть два основных типа

• Компенсационные. Чаще всего применяют для термопар, выполненных из драгсплавов. Их состав отличается от электродного.
• Удлинительные. Выполняются из материала, используемого для электродов, но имеют иное сечение.

Материалы для термопары имеют свои особенности, достоинства и недостатки. Учитывайте все факторы, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант, для конкретных задач

Если Вам нужна многофункциональная, хорошая муфельная печь обращайтесь в ТД «Лабор». Специалисты компании помогут разобраться во всех деталях и подберут оптимальный вариант оборудования, учитывая все производственные нюансы!

Термопара. Принцип действия | joyta.ru

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

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

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

Принцип действия термопары

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

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

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

Hantek 2000 – осциллограф 3 в 1

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….

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

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

Конструктивное исполнение

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

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

 

Типы термопар

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

 

.

конструкция и принцип работы датчика, виды устройств для измерения температуры

Термоэлектрический преобразователь, или термопара, представляет собой устройство, используемое в промышленности и медицине при проведении научных экспериментов, а также в системах автоматики. С помощью этого прибора проводятся замеры температуры. Для определения разности температурных показателей зон применяются дифференциальные устройства, которые представляют собой две термопары, соединенные навстречу друг другу.

Конструктивные особенности

Если относиться более скрупулезно к процессу замера температуры, то эта процедура осуществляется с помощью термоэлектрического термометра. Основным чувствительным элементом этого прибора считается термопара.

Сам процесс измерения происходит за счет создания в термопаре электродвижущей силы. Существуют некоторые особенности устройства термопары:

• Электроды соединяются в термопарах для измерения высоких температур в одной точке с помощью электрической дуговой сварки. При замере небольших показателей такой контакт выполняется с помощью пайки. Особенные соединения в вольфрам-рениевых и вольфрамо-молибденовых устройствах проводятся с помощью плотных скруток без дополнительной обработки.
• Соединение элементов проводится только в рабочей зоне, а по остальной длине они изолированы друг от друга.
• Метод изоляции осуществляется в зависимости от верхнего значения температуры. При диапазоне величины от 100 до 120 °C используется любой тип изоляции, в том числе и воздушный. При температуре до 1300 °C применяются трубки или бусы из фарфора. Если величина достигает до 2000 °C, то применяется изоляционный материал из оксида алюминия, магния, бериллия и циркония.
• В зависимости от среды использования датчика, в которой происходит замер температуры, применяется наружный защитный чехол. Выполняется он в виде трубки из металла или керамики. Такая защита обеспечивает гидроизоляцию и поверхностное предохранение термопары от механических воздействий. Материал наружного чехла должен выдерживать высокую температуру воздействия и обладать отличной теплопроводностью.

Конструкция датчика во многом зависит от условий его применения. При создании термопары во внимание принимается диапазон измеряемых температур, состояние внешней среды, тепловая инерционность и т. д.

Принцип действия

Работа термопары основана на принципе термоэлектрического эффекта. Это явление было открыто физиком из Германии Т. Зеебеком в начале XIX века. Его суть состоит в следующем:

• Если соединить два термоэлектрода из разных металлов или сплавов в замкнутую электрическую цепь, а их рабочую поверхность подвергнуть воздействию разных температур, то по ней начнет протекать электрический ток.
• Цепь, состоящая только из двух разных электродов, называется термоэлементом.
• Работает термопара за счет электродвижущей силы, которая вызывает ток в цепи и зависит от материала элементов и разности температуры их соединения.
• Элемент, из которого поступает ток от горячего соединения к холодному, считается положительным электродом, а от холодного к горячему — отрицательным.
• Если говорить простым языком, то зная температуру одного соединения, которая поддерживается обычно постоянной, в результате измерения значения тока можно узнать величину нагрева другого соединения.

Термопара ПП расшифровывается как платинородий-платиновый, где первым идет обозначение положительного электрода, а вторым — отрицательного. Величина электродвижущей силы составляет небольшую величину, которая измеряется милливольтами при разнице температуры в 100 К (173,15 °C).

Виды устройств

Каждый вид термопар имеет свое обозначение, и разделены они согласно общепринятому стандарту. Каждый тип электродов имеет свое сокращение: ТХА, ТХК, ТВР и т. д. Распределяются преобразователи соответственно классификации:

• Тип E — представляет собой сплав хромеля и константана. Характеристикой этого устройства считается высокая чувствительность и производительность. Особенно это подходит для использования при крайне низких температурах.
• J — относится к сплаву железа и константана. Отличается высокой чувствительностью, которая может достигать до 50 мкВ/ °C.
• Вид K — считается самым популярным устройством, состоящим из сплава хромеля и алюминия. Эти термопары могут определить температуру в диапазоне от -200 °C до +1350 °C. Приборы используются в схемах, расположенных в неокисляющих и инертных условиях без признаков старения. При применении устройств в довольно кислой среде хромель быстро разъедается и приходит в негодность для измерения температуры термопарой.
• Тип M — представляет сплавы никеля с молибденом или кобальтом. Устройства могут выдерживать до 1400 °C и применяются в установках, работающих по принципу вакуумных печей.
• Вид N — нихросил-нисиловые устройства, отличием которых считается устойчивость к окислению. Используются они для измерения температур в диапазоне от -270 до +1300 °C.

Существуют термопары, выполненные из сплавов родия и платины. Относятся они к типам B, S, R и считаются самыми стабильными устройствами. К минусам этих преобразователей относится высокая цена и низкая чувствительность.

При высоких температурах широко используются устройства из сплавов рения и вольфрама. Кроме того, по назначению и условиям эксплуатации термопары могут бывать погружаемыми и поверхностными.

По конструкции крепления устройства обладают статическим и подвижным штуцером или фланцем. Широкое применение термоэлектрические преобразователи нашли в устройстве компьютеров, которые обычно подсоединяются через COM порт и предназначены для измерения температуры внутри корпуса.

Компенсационные провода

В состав термопар входят компенсационные провода, которые выглядят как удлинители для подсоединения устройств к измерительному прибору. Если устроить свободные концы в головке термоэлектрического преобразователя, то практически его подсоединение выполнить нельзя, так как прибор работает при очень высоких температурах.

Кроме того, не всегда прибор, на который поступают данные, можно расположить недалеко от датчиков. Поэтому часто требуется подсоединение измерительного прибора на расстоянии от места, где установлены датчики. Эту задачу с успехом решают компенсационные провода. Обычно их изготавливают из того же материала, что и термоэлектрические датчики.

Удлинительные провода находятся на участках с более низкими температурами, поэтому существует возможность изготавливать их из более дешевого материала. При использовании компенсационных проводов необходимо учитывать возможность появления паразитных электродвижущих сил. Провода должны обеспечить отведение свободных концов от термопары в зону с пониженной и постоянной температурой.

Источники погрешностей измерений

На выполнение правильного процесса измерения влияют внешние источники, техническое состояние средств измерения и другие условия. На точность измерения с использованием термоэлектрического преобразователя влияет изменение электродвижущей силы.

Это явление называется термоэлектрической нестабильностью используемых сплавов. В процессе эксплуатации стало известно, что сплавы электродов изменяют свою ЭДС, которая приводит к искажению показаний.

Во время длительной эксплуатации при высоких температурах такие ошибки могут достигать больших величин, что приводит к снижению точности измерений.

Основными причинами нестабильности измерений считаются:

• взаимодействие термоэлектродов с внешней средой;
• влияние на датчики изолирующих и защитных устройств;
• взаимодействие электродов друг с другом;
• внутренние процессы, которые возникают при изменении температуры;
• влияние радиации, электромагнитных полей и перепадов давления.

Под воздействием высокой температуры происходит снижение сопротивления изоляции датчиков, которое приводит к искажению измерений. Часто источником возникновения ошибок при замерах становится неправильный выбор термоэлектрода, так как его сопротивление не совпадает с показаниями электрической цепи. Изменение электродвижущей силы по длине термоэлектрического преобразователя тоже приводит к возникновению ошибок при получении показателей.

Термопара: принцип действия, устройство

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

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

Физическая основа работы термопары

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

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

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

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

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

Виды термопар

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

Хромель-алюминиевые термопары

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

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

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

Хромель-копелевые термопары

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

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

Железо-константановые термопары

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

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

Платинородий-платиновые термопары

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

Основная область применения данных устройств — измерение высоких температур.

Вольфрам-рениевые термопары

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

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

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

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

Конструкции термопар

Существует две основные разновидности конструкций термопар.

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

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

Бегущая термопара и ее применение

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

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

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

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

Этот эффект повсеместно применяется в металлообрабатывающей промышленности.

Технологические особенности конструкций термопар

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

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

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

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

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

Разновидности спаев термопар

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

• с открытым спаем;

  с изолированным спаем;

  с заземленным спаем.

Особенностью термопар с открытым спаем является плохая сопротивляемость внешнему воздействию.

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

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

Погрешность измерений

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

Состоит из следующих составных частей:

случайная погрешность, вызванная особенностями изготовления термопары;

погрешность, вызванная нарушением температурного режима «холодного» контакта;

погрешность, причиной которой послужили внешние помехи;

погрешность контрольной аппаратуры.

Преимущества использования термопар

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

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

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

несложный процесс изготовления термопар, их прочность и долговечность эксплуатации.

Недостатки измерения температуры с помощью термопары

К недостаткам применения термопары следует отнести:

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

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

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

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

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

Заключение

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

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

Термопара – это… Что такое Термопара?

Схема термопары. При температуре спая нихрома и алюминий-никеля равной 300 °C термоэдс составляет 12,2 мВ. Фотография термопары

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) дает следующее определение термопары: Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь (измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу. Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключёнными к клеммам вторичного преобразователя, но вторичный преобразователь измеряет разность их сигналов, таким образом, две термопары вместе измеряют перепад температур между своими рабочими спаями.

Принцип действия

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т₁, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т₂, которое будет пропорционально разности температур Т₁ и Т₂.

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используютcя два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.
Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик ^[1]:

— Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
— Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
— При использовании длинных удлинительных проводов, во избежании наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
— По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
— Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
— Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
— Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Применение термопар

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 31 июля 2012.

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

В 1920^х—30^х годах термопары использовались для питания детекторных приемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т.п) с использованием открытого огня.

Преимущества термопар

• Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С)
• Большой температурный диапазон измерения: от −200 °C до 2500 °C
• Простота
• Дешевизна
• Надежность

Недостатки

• Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
• Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).
• Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
• Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
• На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Типы термопар

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94.Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

Точный состав сплава термоэлектродов для термопар из неблагородных металлов в МЭК 60584-1 не приводится. НСХ для хромель-копелевых термопар ТХК и вольфрам-рениевых термопар определены только в ГОСТ Р 8.585-2001. В стандарте МЭК данные термопары отсутствуют. По этой причине характеристики импортных датчиков из этих металлов могут существенно отличаться от отечественных, например импортный Тип L и отечественный ТХК не взаимозаменяемы. При этом, как правило, импортное оборудование не рассчитано на отечественный стандарт.

В настоящее время стандарт МЭК 60584 пересматривается. Планируется введение в стандарт вольфрам-рениевых термопар типа А-1, НСХ для которых будет соответствовать российскому стандарту, и типа С по стандарту АСТМ ^[2].

В 2008 г. МЭК ввел два новых типа термопар: золото-платиновые и платино-палладиевые. Новый стандарт МЭК 62460 устанавливает стандартные таблицы для этих термопар из чистых металлов. Аналогичный Российский стандарт пока отсутствует.

Сравнение термопар

Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопары. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью В±0.0025Г—T имела бы точность В±2.5 В°C в 1000 В°C.

Тип термопары МЭК	Температурный диапазон °C (длительно)	Температурный диапазон °C (кратковременно)	Класс точности 1 (°C)	Класс точности 2 (°C)	IEC Цветовая маркировка
K	0 до +1100	−180 до +1300	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 1000 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 1200 °C
J	0 до +700	−180 to +800	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 750 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 750 °C
N	0 до +1100	−270 to +1300	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 1000 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 1200 °C
R	0 до +1600	−50 to +1700	±1.0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0.003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1.5 от 0 °C до 600 °C ±0.0025×T от 600 °C до 1600 °C
S	0 до 1600	−50 до +1750	±1.0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0.003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1.5 от 0 °C до 600 °C ±0.0025×T от 600 °C до 1600 °C
B	+200 до +1700	0 до +1820		±0.0025×T от 600 °C до 1700 °C
T	−185 до +300	−250 до +400	±0.5 от −40 °C до 125 °C ±0.004×T от 125 °C до 350 °C	±1.0 от −40 °C до 133 °C ±0.0075×T от 133 °C до 350 °C
E	0 до +800	−40 до +900	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 800 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 900 °C

См. также

Примечания

Ссылки

что это такое? Принцип работы. Как поменять термопару? Как снять и проверить? Как почистить?

Множество газовых плит оснащены системой электрического розжига. Чтобы контролировать пламя газовой плиты, существует специальное устройство – термопара.

Что это такое?

Благодаря термопаре подача газа прекращается, если вдруг пламя на газовой конфорке погаснет. Термопара устанавливается не только на газовых плитах, но и на других газовых устройствах, например котлах. Используется это устройство не только в бытовых целях, но и в энергетической промышленности, в сфере газовой и нефтяной добычи, также его часто используют фармацевты и биотехники.

Принцип работы этого устройства в том, что он может измерять температуру прибора, в котором устанавливается. Принцип работы – датчик, который определяет, потухла горелка или все еще работает.

Чтобы он правильно функционировал, необходимо осуществлять правильный и своевременный уход за устройством.

Устройство

Универсальная термопара имеет несколько составляющих.

1. Основа устройства состоит из совершенно разных типов металла, они соединены между собой спайкой. Металлы могут быть двух видов, часто используют такие пары, как сплавы хромеля и константана, железа и константана, алюминия и хромеля, нихросила и нисила, а также меди и константана. Стоит отметить, что для газовой плиты используют самые простые и дешевые металлы – это алюминий и хром.
2. Устройство имеет экран с цифровыми обозначениями, в случае изменения температуры оно получает показатели в виде цифр.
3. Устройство имеет силу для открытия магнитного клапана в тот момент, когда это необходимо.
4. Электрический ток, который поступает из устройства, не дает закрыть магнитный клапан. Это предоставляет возможность прекратить подачу газа к технике, если пламя погасло.

Кроме этого, датчик термопары делится на два типа.

1. Датчик бывает заземленным. Это самый распространённый вид устройства. Его производят с помощью сварки двух металлических концов, образуя при этом общий узел, на конце он имеет специальный стержень. Приспособление этого типа очень быстро откликается. Дело в том, что устройство гильзы напрямую контактирует с внешней оболочкой. Несмотря на большинство плюсов, устройство этого типа имеет один минус – это повышенная чувствительность прибора. Если возникают электрические помехи, то прибор сразу реагирует на это.
2. Термопара может также быть незаземленной. В этом случае два металлических конца также имеют сварку, но они не соединяются между собой. Пример такого устройства – мультиметр, имеющий термопару. Плюс этого типа устройства в том, что он не так чувствителен, как первый тип, потому что оснащен специальным чехлом – минеральная изоляция, разделяющая два элемента прибора.

Принцип работы

Многие газовые плиты иностранного производства имеют такую комплектующую термопары, как датчик газового контроля. Это устройство часто капризничает и перекрывает подачу газа тогда, когда это совершенно неуместно. Например, если на газовую плиту попадет немного воды или в кухне будет сквозняк, датчик сработает и перекроет подачу газа. Термопара в газовой плите устанавливается возле газовых конфорок и в духовке.

Для начала необходимо определить, в чем причина плохой работы датчика. Он может либо не работать вообще, либо работать с перебоями, отключить подачу газа без причины.

Часто причиной могут стать отходящие контакты.

Иногда термопару нужно лишь поправить либо же убрать загрязнения. Чтобы почистить термопару, возьмите кусочек наждачной бумаги и проведите несколько раз под конструкцией рассекателя пламени.

Проверить, нужна ли чистка вашему датчику, можно с помощью двух простых способов.

1. Нажать на кнопку и вызвать электрический розжиг. Если конфорка горит, но, как только вы отпускаете кнопку, она тухнет, значит, не работают контакты. Их нужно почистить или поправить.
2. После того как вы зажгли конфорку и отпустили руку, через несколько секунд пламя потухло – необходимо проверить контакты.

Как поменять термопару?

Проводить замену устройства должен лишь специалист, так как это очень опасно. Если крепление негерметично, то любая поломка прибора даст искру, из-за чего произойдет взрыв газовой плиты. Чтобы избежать пожара в своем доме, не проводите самостоятельно замену термопары, а попросите специалиста сделать это.

Для замены устройства вам необходимо будет купить новую термопару в специализированном магазине. При выборе этого устройства выбирайте только качественный прибор, который прослужит вам долгие годы. Прежде чем покупать новый прибор, проконсультируйтесь со специалистом, который посоветует именно тот датчик, который подойдет именно вашей газовой плите или колонке.

Замена датчика термопары на газовом котле немного сложнее. В газовом котле чаще всего используют термопару из хрома и алюминия либо же из хромеля и копеля, реже используется железо-константа. Все эти металлы рассчитаны на высокий температурный режим, такие датчики часто используют в промышленности литейного производства.

Система контроля газового котла имеет в составе электромагнитный клапан и термопару.

Чтобы провести замену устройства, нужно выполнить ряд последовательных шагов.

1. С помощью гаечного ключа открутить гайки, которыми закреплена термопара к электромагнитному клапану, после нужно достать один из концов термопары.
2. Осмотреть разъёмы. Если на них присутствуют различные загрязнения или окисления, их необходимо зачистить. Для этого понадобится мелкозернистая наждачная бумага.
3. Проверить с помощью мультиметра датчик термопары. Чтобы это сделать, приложите один из металлических концов устройства к мультиметру, а второй нагрейте с помощью зажигалки или горелки. Показатель мультиметра должен быть в пределах 50 мВ.
4. После этого, если показатель соответствует данным, нужно собрать его в той же последовательности. Если нет, то, скорее всего, его придется заменить.

Если термопара в порядке, то причина поломки может крыться в неисправности электромагнитного клапана. Почистите контакты, которые соединяют два устройства, после нужна проверка работы датчика.

Замена термопары в духовке кухонной газовой плиты осуществляется иначе. Сначала нужно снять крышку газовой плиты, она находится на противоположной стороне от той, где располагается ручка крана духовки.

Снимите колпачок, но перед этим очистите его с помощью наждачной бумаги. Если клемма снята, то колпачок свободно вращается. Когда вы увидите центральный клапан, проверьте его. Если он неисправный, его нужно заменить. Снимите клемму, потянув ее пальцами книзу. Снимите колпачок и перекройте вентиль на газовом стояке, теперь можно подключить горелку и проверить работу устройства.

После этого с помощью ключа отвинтите гайку и проведите диагностику. Проверьте отдельно клапан и термопару.

В случае необходимости замените детали комплектующего устройства и соберите все в обратной последовательности.

Как ее проверить?

Безопасность вашего дома – исправный датчик термопары. Несколько раз в год термопаре необходима обязательная проверка и регулировка. Для этого приглашайте мастера, который сделает безопасный и точный анализ устройства.

Во время проверки показаний термопары учитывайте качество измерений самого устройства, систематически проверяя его работу.

Причины некорректной работы термопары:

• неправильно проведенная спайка двух металлических стержней;
• присутствие электрического шума;
• вы чувствуете запах газа, происходит утечка;
• термоэлектричество неоднородно.

Чтобы устранить эти проблемы, во время установки устройства следует:

• выбирать термопару с толстой и большой проволокой;
• не допускать температурного перепада;
• не допускать натяжения и колебания металлической проволоки;
• использовать датчик, который имеет рабочий температурный разброс.

Проверять исправность термопары нужно, следуя пошаговой инструкции.

1. Термопара имеет два конца. При проверке один из них нужно нагреть пламенем от запальника, а второй – при помощи гайки закрепить на резьбу клапана (электромагнитного).
2. Следующий этап заключается в ее отделении от котла. Потом нужно обеспечить стабильное пламя. Для этой цели также используется и газовая конфорка. Но эксперты советуют использовать пламя свечи.
3. Кончик устройства погружается в пламя, он должен находиться на уровне примерно 1 см над пламенем. Здесь нужно помнить, что огонь нагревает устройство практически до половины, поэтому лучше держать его за кончик.
4. Далее используется тестер, который определяет милливольты. Подключается он к выходному контакту и к корпусу самой термопары.
5. Если термопара исправна, то через 30 секунд после нагрева результат будет составлять от 17 до 25 мВ. А вот если этот показатель не превышает минимальный порог, то это означает, что она неисправна.

О том, как заменить термопару на газовой плите, вы можете узнать далее.

Как работают термопары? Краткое руководство

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

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

Принцип работы термопары

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

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

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

Металлические пары в термопарах

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

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

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

Как работают термопары? Принципы работы термопар

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

Работа со временем отклика

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

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

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

Техническое обучение Техническое обучение Принцип работы термопары

– Inst Tools

ТЕРМОПАРЫ

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

P Принцип работы

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

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

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

На рисунке справа показана простая схема термопары.

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

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

Как решить эту проблему?

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

Эта модифицированная схема анализируется следующим образом:

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

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

Материалы термопары

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

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

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

Характеристики типов термопар

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

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

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

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

• A тип S термопара использует Pt / Rh-Pt

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

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

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

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

Выбор типа термопары

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

При выборе термопары используются следующие критерии:

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

Стандартные технические характеристики

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

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

Оболочки: Нержавеющая сталь 304 и инконель являются стандартными.

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

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

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

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

Соединения термопар:

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

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

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

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

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

T Законы для гермопар

Первые несколько обозначений :

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

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

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

V1-2 = V1-R – V2-R

Условные обозначения :

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

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

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

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

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

К термопарам применяются три закона или правила:

• Закон промежуточных металлов

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

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

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

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

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

Аналогичным образом, металл C можно вставить в любое другое место в цепи без какого-либо влияния на выходное напряжение, при условии, что два новых перехода имеют одинаковую температуру. Например, рассмотрим следующую модифицированную схему:

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

• Закон промежуточных температур

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

Математическая формулировка закона промежуточных температур:

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

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

Согласно принятой здесь системе обозначений,

V1-3 = V1-R – V3-R,

, которое можно записать как

V1-3 = (V1-R – V2-R) + (V2-R – V3-R)

Но поскольку (тоже по определению)

V1-2 = V1-R – V2-R и

V2-3 = V2-R – V3-R,

непосредственно следует, что

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

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

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

Математически закон аддитивных напряжений можно сформулировать как:

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

Или, переставив по напряжению разности ,

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

Термобатарея

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

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

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

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

Также читайте: Основы термопар и датчиков RTD

Принцип работы термопары

– ваше руководство по электрике

Привет друзья,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

E = a (∆θ) + b (∆θ) ²

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

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

E = a (∆θ)

∆θ = E / a

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

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

Типы термопар

T – Тип термопары

Положительный провод – Cu
Отрицательный провод – Constantan

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

E – Термопара типа

Положительный провод – Chromel
Отрицательный провод – Constantan

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

J – Тип термопары

Положительный провод – железо
Отрицательный провод – Constantan

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

K – Тип термопары

Положительный провод – Chromel
Отрицательный провод – Alumel

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

S – Тип термопары

Положительный провод – платина 10% родий
Отрицательный провод – платина

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

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

Преимущества:

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

Недостатки:

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

Спасибо, что прочитали о «принципе работы термопары».

Приборы | Все сообщения

© www.yourelectricalguide.com/ принцип работы термопары.

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

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

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

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары зависит от трех эффектов.

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

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

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

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

Конструкция термопары

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

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

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

Работа термопары

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

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

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

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

Измерение выхода термопары

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

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

Преимущества термопары

Ниже приведены преимущества термопар.

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

Недостатки термопар

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

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

Что такое термопара и как она работает? Принцип работы термопары

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

Принцип работы

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

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

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

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

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

Диаграммы

Как это работает

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

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

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

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

Устройства, используемые для измерения ЭДС

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

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

Ссылка

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

Изображения предоставлены

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

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

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

Это серия статей, 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

Принцип термопары – Кабель с минеральной изоляцией – Группа MICC

Наиболее измеряемой физической величиной является температура, поэтому ее точное измерение имеет жизненно важное значение.

Точность и частота измерения температуры могут влиять на множество критических факторов.Температура сильно зависит от множества факторов; Срок службы установок и оборудования, топливные ресурсы, эффективность процесса и т. д. Следовательно, точное и многократное измерение температуры имеет важное значение.

Разница между термометром сопротивления и термопарой заключается в том, что термопара обычно отличается прочностью, универсальностью и большим диапазоном измерения температуры. В то время как термометр сопротивления обеспечивает превосходную точность и стабильность измерений.

Оба обладают важной характеристикой, заключающейся в том, что их выходы представляют собой электрические сигналы, что позволяет легко передавать, переключать, отображать и записывать сигналы с помощью дополнительных технологий.

Несмотря на то, что это старая технология, были сделаны последние достижения, например, появилась термопара типа N. Основная цель – предоставить клиентам продукцию высочайшего качества, обеспечивающую большую стабильность и точность. Дополнительно интеллектуальный датчик для определения скорости деградации и отказов

Термопары, термометры сопротивления и термисторы, по сути, являются электрическими преобразователями температуры, а не термометрами прямой индикации, такими как ртутные стеклянные устройства.

В большинстве промышленных и лабораторных процессов точка измерения обычно удалена от показывающего или регулирующего прибора.Это может быть связано с необходимостью, т. Е. Неблагоприятной средой, или удобством, т. Е. Централизованным сбором данных.

Требуются устройства, которые преобразуют температуру в другой вид сигнала, обычно электрический и чаще всего термопары, термометры сопротивления и термисторы.

Альтернативные и непрямые методы измерения и измерения температуры включают оптическую приометрию, другие неконтрактные (инфракрасные), волоконно-оптические и кварцевые колебательные системы.

Использование термопар, термометров сопротивления и термисторов требует определенного физического контакта со средой.Такой контакт может быть всплывающим или поверхностным, в зависимости от конструкции датчика и области применения.

Термометр сопротивления:

Используйте прецизионный резистор, величина сопротивления которого увеличивается с температурой (в случае положительного температурного коэффициента). Такие вариации имеют очень стабильную и повторяемую основу.

Датчик – резистор с платиновой проволокой или плоской пленкой

Термисторы:

Альтернативная группа датчиков температуры, которые показывают большее значение температурного коэффициента сопротивления (обычно отрицательное, иногда положительное).Они обеспечивают высокую чувствительность в ограниченном диапазоне.

Датчик – керамический (оксиды металлов)

Термопары

По существу состоит из термоэлемента (соединение двух указанных разнородных металлов) и подходящего двухпроводного удлинителя / компенсационного вывода. Термопара работает на основе спая, расположенного в процессе, создавая небольшое напряжение, которое увеличивается с температурой. Это происходит на достаточно стабильной и повторяемой основе.

Датчик – термоэлемент, два разнородных металла / сплава

Когда в электрическом проводнике есть температурный градиент, поток электронов по проводнику связан с потоком энергии (тепла), следовательно, возникает электродвижущая сила (ЭДС).Сам температурный градиент зависит от размера и направления ЭДС. Напряжение зависит от разницы температур по длине проводника.

Термопара состоит из двух разнородных проводников, которые при воздействии одного и того же температурного градиента будут создавать разные термоэлектрические ЭДС, которые будут пересекаться, чтобы генерировать показания.

Большинство проводящих материалов могут давать термоэлектрический выход. Однако выбор становится очень ограниченным, чтобы иметь идеальный материал для диапазона температур, полезного выходного сигнала и воспроизводимости.После многих лет исследований полный спектр термопар может работать при температурах от -270 ° C до 2600 ° C. Естественно, что полный диапазон не покрывает этот диапазон температур под одной термопарой.

Когда дело доходит до выбора термопары, необходимо учитывать физические условия, продолжительность воздействия, область применения, срок службы датчика и точность.

Мы производим самый широкий ассортимент доступных материалов для оболочки кабелей с минеральной изоляцией.