Термопара – WIKA Россия
Термопара – это температурный датчик, который передает напряжение электрического тока, зависящее от температуры. По сути термопара представляет собой два провода, изготовленных из разных материалов (металлов) и скрепленных или сваренных вместе. Место соединения образует спай. При воздействии на спай изменяющейся температуры термопара реагирует, генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры. В отличие от терморезисторов термопара подходит для измерения более высоких температур (до 1 700 °C). Другим преимуществом является минимальный диаметр зонда термопары. Использование без защитной гильзы обеспечивает максимально короткое время отклика. Такие температурные датчики реагируют быстрее терморезисторов.
Термопара преимущества:
- широкий диапазон температур
- спай термопары может быть заземлен или изолирован
- надежность и прочность конструкции, простота изготовления
Термопара недостатки:
- необходимость контроля температуры холодных спаев.
В современных конструкциях измерителей на основе прибора термопара используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС - возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках, и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химические процессов
- материал электородов не является химически инертным и при недостаточной герметичность корпуса термопары может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т.д.
- на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект “антенны” для существующих электромагнитных полей
- зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке втоничных преобразователей сигнала
В линейке датчиков WIKA вы можете подобрать подходящую модель термопары для каждого типа применения:
Термопара со встроенной защитной гильзой
Защитная гильза не допускает контакта агрессивных сред с температурным датчиком, а также воздействия других вредных факторов на него.
Таким образом, обеспечивается защита персонала и окружающей среды.
Фланцевые модели защитных гильз из нержавеющей стали предназначены для установки в емкости и трубы. Резьбовые модели подходят для прямого присоединения к технологическому процессу посредством вкручивания их в резьбовые фитинги. У датчиков для измерения высоких температур термоэлектрические проводники встроены в защитную гильзу. Это позволяет осуществлять измерение очень высоких температур. Приборы для измерения температуры дымовых газов подходят для измерения температуры газообразных сред при низком диапазоне давления (до 1 бара).
Термопара для монтажа в имеющуюся защитную гильзу
Данная термопара может использоваться в сочетании с большим количеством конструкций защитных гильз. Благодаря специальному исполнению соединительной головки, датчика, длине штока и т. д. вы можете подобрать температурный датчик, который подходит для защитных гильз любого размера и применения.
Термопара для непосредственной установки в процесс
Эти приборы используются в случаях, когда необходимо измерить температуру технологического процесса. Термопара устанавливается непосредственно в сам процесс. Температурный датчик без защитных гильз подходит для применения в условиях отсутствия агрессивных и абразивных сред.
Термопара для измерение температуры поверхности
В линейке продукции WIKA вы можете найти термопару с зондом для измерения температуры поверхности. Различные исполнения позволяют осуществлять замеры на плоских поверхностях, в том числе внутри печей для подогрева сырья и температуру поверхности труб промышленного и лабораторного назначения. Данный температурный датчик также может устанавливаться прямо в просверленное отверстие.
Термопара для использования в производстве пластмасс
Эти горячеканальная термопара специально разработаны для использования при производстве пластмасс.
Термопара подходит для таких задач измерения температуры, при которых происходит ее запрессовка в канал с пазами вместе с обработанными деталями или когда металлический наконечник датчика устанавливается непосредственно в просверленное отверстие.
Индивидуальные решения
Наиболее точная термопара – с термоэлектродами из благородных металлов:
- платинородий – платиновые ПП
- платинородий – платонородиевые ПР
Преимуществом является значительно меньшая термоэлектрическая неоднородность, чем у термопар из неблагородных металлов, устойчивость к окислению, высокая стабильность.
Термопара WIKA имеет широкий диапазон температур окружающего воздуха (рабочих температур) от -60 до +80°C.
Согласно обновленному свидетельству об утверждении типа средств измерений термопара WIKA имеет расширенный межповерочный интервал 4 года.
Свяжитесь с нами
Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:
Измерение температуры поверхности
Точно измерить температуру поверхности контактным термометром НЕ ВОЗМОЖНО. Почему? Ответ кроется в самом принципе контактного измерения температуры объекта. Фактически контактный термометр показывает температуру своего чувствительного элемента, будь то термометр сопротивления, термопара или другой датчик. Точность измерения тем выше, чем лучше тепловое равновесие этого чувствительного элемента с измеряемой средой. При достаточном погружении датчика в среду и отсутствии искажений температурного поля из-за теплоотвода по корпусу термометра в окружающее пространство, измерения температуры могут быть очень точными. Это, например, мы видим при измерении температуры в ампулах реперных точек МТШ-90 или при измерении в глубоких жидкостных термостатах.
Как только глубина погружения термометра в измеряемую среду уменьшается, тепловой поток по корпусу термометра в окружающую среду начинает влиять на показания, погрешность измерения возрастает. Граничный случай – выход чувствительного элемента на уровень поверхности объекта и попытка отсчитать показания так называемой «температуры поверхности». Понятно, что в условиях размещения датчика на поверхности мы уже имеем очень серьезное искажение температурного поля объекта самим измерительным датчиком. Датчик как бы отбирает часть тепла от поверхности, выводя его в окружающую среду. Тем самым показания становятся ложными, не отражающими ту «температуру поверхности», какой она бы была без вмешательства датчика.
Еще один очень важный момент, на который следует обратить внимание при попытке измерения температуры поверхности – температура на поверхности предмета, это характеристика не одного, а фактически двух объектов: самого тела, на который мы крепим датчик, и окружающей среды (для простоты изложения, предположим, что это воздух).
Из изложенных выше соображений следует вывод, что датчик для измерения температуры поверхности должен быть миниатюрным (например, тонкая термопара, термистор или пленочный термометр на тонких выводящих проводах). В то же время он должен иметь очень прочный контакт с объектом, но на небольшом участке поверхности, чтобы не исказить условия теплообмена. Однако даже в этом случае, не следует ожидать от измерений температуры поверхности точности лучше, чем несколько градусов. Нужна ли высокая точность, скажем 0,1 °С, при измерении температуры поверхности? В принципе, этот вопрос важно рассматривать для любых бытовых и промышленных измерений температуры. Как правило, оказывается, что требования к точности термометров завышены.
Пример термометра для измерения температуры поверхности – TESTO 905-T2
Существуют и более точные датчики для измерения температуры поверхности. Однако, они более сложные и дорогие. Например, фирма ISOTECH выпускает измерительную систему под названием «944 True Surface Temperature Measurement System».
Принцип работы системы заключается в компенсации потока тепла, отводимого термометром в окружающую среду. Для этого на термометр монтируется нагреватель, мощность которого регулируется с помощью датчиков (термопар), измеряющих перепад температуры на длине термометра.
Таким образом, по мнению изобретателей, удается полностью ликвидировать температурный градиент, возникающий на границе датчик-поверхность и измерить «реальную» температуру поверхности.
Одной из самых сложных проблем контактного измерения температуры поверхности является обеспечение метрологической прослеживаемости результата измерений от эталона единицы температуры, т.е.
Один из подходов к решению проблемы поверки поверхностных термометров – поверять поверхностные датчики методом погружения в термостат и сличения с эталонным термометром. Однако, как показывают эксперименты, данный метод является очень грубым и иногда приводит к ошибкам в несколько десятков градусов.
Многие фирмы предлагают специальные калибраторы для поверки поверхностных термометров. Самая распространенная конструкция – подогреваемая плита, под поверхностью которой в каналах располагаются эталонные датчики температуры.
В данном методе предполагается, что температура на поверхности плиты очень близка к температуре под ее поверхностью.
Калибратор поверхностных термометров фирмы ИзТех
Такой метод не может дать высокую точность поверки. Обычно погрешность метода оценивают по погрешности встроенного термометра, который калибруется предварительно по эталону методом погружения. Однако даже если дисплей калибратора точно воспроизводит температуру встроенного термометра, нельзя утверждать, что эта температура равна температуре на поверхности плиты. Как уже отмечалось ранее, большое значение имеет тепловой поток от поверхности из-за конвекции и излучения. Кроме того, большое влияние на результат поверки в таком поверхностном калибраторе оказывает качество поверхности плиты и датчика и плотность контакта с поверхностью.
Для того, чтобы учесть влияние теплового потока, были предложены расчетные и практические методы. Один из таких методов изложен в работе «The Calibration of Contact Surface Sensors: A Manufacturers Investigation.
Electronic Development Laboratories Inc., 2003 NCSL International workshop and Symposium». Авторами предложен калибратор, называемый Surface Transfer Standard (STS), который представляет собой металлический блок, помещаемый в водяной перемешиваемый термостат.
Блок погружается таким образом, чтобы он выступал из жидкости на 11,5 мм. Верхняя крышка термостата находится на 10 см. выше уровня жидкости. Четыре тонких термопары встроены в блок на разных уровнях, так, чтобы отслеживать изменение температуры по длине блока. Температуру на поверхности получают методом экстраполяции показаний термопар.
Методом, при котором датчик не влияет на температуру поверхности, является метод бесконтактного измерения температуры с помощью пирометров и тепловизионных приборов. Однако при измерении температуры поверхности с помощью пирометров необходимо учитывать коэффициент излучения поверхности и влияние излучения от окружающих предметов, что вносит значительную неопределенность в результат измерения.
(Более подробно о бесконтактных термометрах см. раздел «Радиационные термометры»).
Одним из интересных методов, позволяющих уточнить результат контактного измерения температуры поверхности является совместное использование контактного и неконтактного термометров. Метод заключается в том, что во время измерения температуры поверхности на термопару наводится тепловизор, показывающий перепад температуры вдоль корпуса термопары, по которому можно оценить погрешность контактного измерения.
Новый подход к измерению температуры поверхности и калибровке промышленных поверхностных термометров сейчас исследуется в рамках европейского проекта EMPRESS (http://www.strath.ac.uk/research/advancedformingresearchcentre/ourwork/projects/empressproject/)
Для точного измерения температуры поверхности используется новый тип преобразования – флуоресцентная термометрия. На последней конференции ТЕМПМЕКО 2016 был доложены последние результаты в этой области. Статья готовится к печати в журнале “International Journal of Thermophysics”.
Суть метода заключается в том, что на поверхность калибратора наносится слой фосфора, который облучается потоком света от лазера или LED лампы. Приборы измеряют временное изменение интенсивности инициированного излучения поверхности, которое зависит от температуры поверхности. Таким образом, устраняется главная проблема контактного измерения температуры поверхности – тепловой поток по термометру и бесконтактного измерения – неизвестная излучающая способность поверхности.
На рисунке показан прототип поверхностного калибратора, который сейчас исследуется в INRiM. Тонкий слой температурно чувствительного фосфора нанесен на поверхность плиты. Фосфор облучается лазерным диодом. Вторичный оптический сигнал, проходящий по оптоволокну, преобразуется в электрический, слежение за которым позволяет наблюдать за изменением интенсивности флуоресценции во времени. Чувствительность такого метода сейчас достигает 0,05 °С до температуры 350 °С, воспроизводимость и однородность порядка 0,1 °С.
Ожидаемая суммарная неопределенность метода оценивается 1 °С. Исследования продолжаются. Аналогичный метод, но с использованием облучения с помощью LED лампы, разрабатывается в NPL.
Прочный зонд температуры воздуха, термопара тип К с фиксированным кабелем длиной 1,2 м (0602 1793)
Описание
| Производитель: | Testo, Германия |
Прочный, быстродействующий и легкий в использовании: просто подержите зонд в измеряемой среде, и благодаря открытому сенсору в трубке зонда Вы быстро получите текущее значение температуры за счет короткого времени отклика. Более достоверный результат измерения можно получить, если водить зондом в воздухе со скоростью примерно 1,5 м/с.
Особенности:
- Класс погрешности 2
- Длина трубки зонда 115 мм
- Время отклика: 25 сек.
- Диапазон измерения: от -60 °С до +400 °C
Технические характеристики
| Измерение температуры (термопара тип K (NiCr-Ni)) | |
|---|---|
| Диапазон измерений | -60 … +400 °C |
| Погрешность | Класс 2 ¹⁾ |
| Быстродействие t99 | 200 с. |
| Общие технические данные | |
|---|---|
| Вес | 112 г |
| Размеры | length: 255 мм |
| Длина трубки зонда | 115 мм |
| Длина кабеля | 1,16 м |
| Диаметр наконечника трубки зонда | 4 мм |
| Диаметр трубки зонда | 5 мм |
| Длина наконечника трубки зонда | 50 мм |
| Product colour | grey |
| Интерфейс | plug thermocouple |
Совместимость
Описание Производитель: Testo, Германия Номер реестра СИ: 38574-13 до 08.02.2018г. Гарантия: 2 года Срок поставки (при отсутствии на складе): 3…
Производитель: Testo
Погрешность измерений:
Функции: Измерение температуры сред, Фиксация на экране последнего полученного показания
Госреестр: Да
Описание Производитель: Testo, Германия Номер реестра СИ: 38574-13 до 08. 02.2018г. Гарантия: 2 года Срок поставки (при отсутствии на складе): 3…
Производитель: Testo
Погрешность измерений:
Функции: Измерение температуры сред, Печать данных измерений
Госреестр: Да
Описание Производитель: Testo, Германия Номер реестра СИ: 38574-13 до 08.02.2018г. Гарантия: 2 года Срок поставки (при отсутствии на складе): 3…
Производитель: Testo
Погрешность измерений:
Функции: Измерение температуры сред, Печать данных измерений
Госреестр: Да
Описание Производитель: Testo, Германия Номер реестра СИ: 38574-13 до 08.02.2018г. Гарантия: 2 года Срок поставки (при отсутствии на складе): 3…
Производитель: Testo
Погрешность измерений:
Функции: Измерение температуры сред, Печать данных измерений, Фиксация на экране последнего полученного показания
Госреестр: Да
Описание Производитель: Testo, Германия Номер реестра СИ: 38574-13 до 08.
02.2018г. Гарантия: 2 года Срок поставки (при отсутствии на складе): 3…
Производитель: Testo
Погрешность измерений:
Функции: Измерение температуры сред, Фиксация на экране последнего полученного показания
Госреестр: Да
Описание Производитель: Testo, Германия Номер реестра СИ: 38574-13 до 08.02.2018г. Гарантия: 2 года Срок поставки (при отсутствии на складе): 3…
Производитель: Testo
Погрешность измерений:
Функции: Измерение температуры сред, Печать данных измерений, Подсветка индикатора
Госреестр: Да
Приборы для измерения температуры – виды и принцип действия
Большинство технологических процессов корректно проходят только при определенной температуре. Кроме того, измеряемые температурные показатели помогают определять, насколько корректно используется затрачиваемая энергия.
Иными словами, это — та величина, которую нужно постоянно контролировать. Все виды приборов для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Также они классифицируются по материалам, принципам и способам действия.
Виды термометров по принципу действия
Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.
Контактные
Такие приборы еще называют термометрами расширения. Они основаны на отслеживании изменения объема тел под действием меняющейся температуры. Обычно измеряемый диапазон температур составляет от -190 до +500 градусов по Цельсию.
К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).
Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.
Термометры сопротивления
К этой категории относятся приборы, которые способны измерять электрическое сопротивление веществ, меняющееся в зависимости от температурных показателей. Рабочий диапазон этих устройств — от -200 до +650 градусов.
Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.
В котельных установках наибольшее применение получили термометры сопротивления медные (ТСМ). Термометрами сопротивления можно измерять температуры от -50 до +600°С.
Электронные термопары
При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.
Манометрические
Такие термометры учитывают зависимость между температурными показателями и давлением газа. В измеряемую среду помещают термобаллон, соединенный с манометром латунной трубкой. При нагреве термобаллона давление внутри него увеличивается, и эта величина измеряется манометром. Таким образом проводят замеры температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов.
Бесконтактные пирометры
В основе этих приборов — инфракрасные датчики, считывающие уровень излучения. Они подразделяются на два вида: яркостные, проводящие измерения излучений на определенной длине волны (диапазон — от +100 до +6000 градусов), и радиационные, когда определяется тепловое действие лучеиспускания (от -50 до +2000 градусов). Они могут использоваться в том числе и для определения температуры нагретого металла, а также при наладке и испытаниях котлов.
Виды термометров по используемым материалам
Здесь различают 7 категорий:
- Жидкостные. Представляют собой корпус, заполненный жидкостью, которая подвержена температурному расширению. Колба с жидкостью прикладывается к шкале. При нагреве жидкость расширяется, и столбик растет, а при охлаждении — наоборот, сжимается (уменьшается). Погрешность измерений такими приборами составляет менее 0,1 градуса.
- Газовые. Принцип действия — тот же, что и у жидкостных, но в качестве заполнителя для колбы выбирается инертный газ. Это позволяет существенно увеличить температурный диапазон измерения (если для жидкостных предел — +600 градусов, то для газовых — +1000 градусов). С их помощью можно измерять температуру в различных раскаленных жидких средах.
- Механические. В основе действия — принцип деформации металлической спирали. Часто эти термометры комплектуются стрелочным “дисплеем”. Устанавливаются в спецтехнике, автомобилях, на автоматизированных линиях. Нечувствительны к ударам.
- Электрические. Работают, измеряя уровень сопротивления проводника при разных температурных показателях. В качестве проводника могут использоваться разные металлы (например, медь или платина). Соответственно, и диапазон измерений таких устройств будет отличаться. Чаще всего такие модели применяются в лабораторных условиях.
- Термоэлектрические. В конструкции предусмотрено два проводника, проводящие замеры по физическому принципу на основе эффекта Зеебека. Эти устройства очень точные, работают с погрешностью до 0,01 градуса и подходят для высокоточных измерений в производственных процессах, когда рабочая температура превышает 1000 градусов.
- Волоконно-оптические. Чувствительные датчики из оптоволокна (оно натягивается и сжимается или растягивается при изменении температуры, а прибор фиксирует степень преломления проходящего луча света). Допустимый диапазон измерений — до +400 градусов, а погрешность — не более 0,1 градуса.
- Инфракрасные. Непосредственный контакт с измеряемым веществом не требуется: прибор генерирует инфракрасный луч, который направляется на изучаемую поверхность. Это современный вид бесконтактных термометров, которые работают с точностью до нескольких градусов и подходят для высокотемпературных измерений. С их помощью можно измерять даже температуру открытого пламени.
Представляют собой корпус, заполненный жидкостью, которая подвержена температурному расширению. Колба с жидкостью прикладывается к шкале. При нагреве жидкость расширяется, и столбик растет, а при охлаждении — наоборот, сжимается (уменьшается). Погрешность измерений такими приборами составляет менее 0,1 градуса.
В качестве проводника могут использоваться разные металлы (например, медь или платина). Соответственно, и диапазон измерений таких устройств будет отличаться. Чаще всего такие модели применяются в лабораторных условиях.
Это современный вид бесконтактных термометров, которые работают с точностью до нескольких градусов и подходят для высокотемпературных измерений. С их помощью можно измерять даже температуру открытого пламени.Компания «Измеркон» предлагает как разные виды термометров, так и комбинированные устройства, в том числе манометры-термометры или гигрометры-термометры для автономной работы с энергонезависимой памятью, обеспечивающей постоянную фиксацию результатов измерений.
| Технические характеристики | |||||||||||
| Диапазон измерений |
|
||||||||||
| Погрешность | |||||||||||
| Время измерения (постоянная времени) | |||||||||||
| Максимальное напряжение |
|
||||||||||
| Максимальная температура | |||||||||||
| Кабель |
|
||||||||||
| Разъем |
|
||||||||||
Датчики температуры на базе PT100/PT1000, типов K и J и термопары
GRO 200
Датчик для измерения температуры трубных поверхностей
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: — / 14,8x20x12
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100 или Pt1000, Термоэлемент типа K (NiCr-Ni)/-50…+200
Электрическое подключение: Кабель длиной 2 м с силиконовым покрытием и оголенными концами
Материал корпуса / Среда измерения: Алюминий / Поверхность труб
Класс защиты: IP54
Документация на сайте производителя
на немецком >>
7122
Датчик для измерения температуры трубных поверхностей
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Защелкивающийся хомут/ Ø 16…130
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100/до +250
Электрическое подключение: Кабель длиной 2 м с силиконовым покрытием в проволочной оплетке
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / Поверхность труб
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
7131
Датчик температуры (плоской) поверхности
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Двумя винтами M4x20 / 22x30x10
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100/до +400
Электрическое подключение: 2…4-жильный кабель со стекловолоконной изоляцией в проволочной оплетке
Материал корпуса / Среда измерения: Никелированная латунь / Поверхность
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
GTT
Термоэлемент в оболочке из хром-никелевого сплава с изоляцией из прессованной окиси магния
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: — / 150, 250, 500, 1000, 1500
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термоэлемент типа K (NiCr-Ni)/-200…+1150
Электрическое подключение: Плоский миниатюрный штекер
Материал корпуса / Среда измерения: Сплав INCONEL ® 600 / Воздух, газы и жидкости
Документация на сайте производителя
на немецком >>
GTF 101 P
Датчик температуры в трубке из нержавеющей стали с кабельной гильзой
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: — / 50, 100, 150, 250, 500, 1000, 1500
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100 или Pt100/-50…+400, -200…+400, -200…+600, -50…+850
Электрическое подключение: Кабель длиной 1 м с оголенными концами
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь /Воздух, газы и жидкости (в том числе агрессивные)
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
GTF 101 K
Датчик температуры в трубке из нержавеющей стали с кабельной гильзой
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: — /150, 250, 500, 1000, 1500
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термоэлемент типа K (NiCr-Ni) / -200…+1150
Электрическое подключение: Кабель длиной 1 м с оголенными концами
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь /Воздух, газы и жидкости (в том числе агрессивные)
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
7132
Датчик температуры в защитной перфорированной трубке
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: — /50, 100
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100/до +400
Электрическое подключение: 2-жильный кабель со стекловолоконной изоляцией в проволочной оплетке
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
7024 / 7124
Датчик температуры в защитном кожухе
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: — /30, 40, 60
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100, Термоэлементы типа K (NiCr-Ni) или J (FeCu-Ni) / до +400
Электрическое подключение: 2-жильный кабель со стекловолоконной изоляцией в проволочной оплетке
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
7012 / 7112
Датчик температуры со спиральной резьбой в защитной трубке
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Байонетная накидная гайка /180, 250
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100, Термоэлементы типа K (NiCr-Ni) или J (FeCu-Ni)/ до +400
Электрическое подключение: 2-жильный кабель со стекловолоконной изоляцией в проволочной оплетке
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
GES 21
Датчик — щуп температуры
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: — /100
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100 или Pt1000, Термоэлемент типа K (NiCr-Ni)/ -200…+250
Электрическое подключение: Кабель длиной 1 м с оголенными концами
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / Мягкие пластичные среды
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
GTF 102
Встраиваемый датчик температуры в защитной трубке
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Внешняя резьба G 1/4…3/4», M5…M14 /100, 150, 250, 500, 1000, 1500
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100 или Pt1000 / -50…+400; Термоэлемент типа K (NiCr-Ni)/ -200…+1000
Электрическое подключение: Кабель длиной 1 м с оголенными концами
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь /Воздух, газы и жидкости (в том числе агрессивные)
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
8100 A / 8100 C
Встраиваемый датчик температуры в цилиндрической защитной трубке
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Внешняя резьба G 1/2…1» / 40, 100, 160, 250, 400, 600
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100 или Pt1000 / до +400
Электрическое подключение: Кабельный ввод
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Класс защиты: IP65
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
8101 A
Встраиваемый датчик температуры в цилиндрической защитной трубке
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Внешняя резьба G 1/2…1» / 40, 100, 160, 250, 400, 600
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100 / до +250
Электрическое подключение: Кабельный ввод
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Класс защиты: IP65
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
8105
Канальный датчик температуры в цилиндрической защитной трубке
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Крепление на монтажном фланце /140, 300
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100 / до +250
Электрическое подключение: Кабельный ввод
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Класс защиты: IP65
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
GTF 101-Ex
Взрывозащищенный датчик температуры без резьбы (виды защиты «i» — искробезопасный и «e»- повышенной безопасности)
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: — / Произвольная, кратная 100
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивления Pt100 или экранированное Pt1000 / -200…+600; Термоэлементы типа K (NiCr-Ni) или экранированный N(NiCrSi-NiSi)/ -200…+900
Электрическое подключение: Кабель длиной 1 м с силиконовым покрытием
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
GTF 102-Ex
Взрывозащищенный датчик температуры с резьбой (виды защиты «i» — искробезопасный и «e»- повышенной безопасности)
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Внешняя резьба G 1/8…3/4», M8x1, M10x1, M14x1 / Произвольная, кратная 100
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивления Pt100 или экранированное Pt1000 / -200…+600; Термоэлементы типа K (NiCr-Ni) или экранированный N(NiCrSi-NiSi)/ -200…+900
Электрическое подключение: Кабель длиной 1 м с силиконовым покрытием
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
GTF 103-Ex
Взрывозащищенный датчик температуры с резьбой и головкой (виды защиты «i» — искробезопасный и «e»- повышенной безопасности)
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Внешняя резьба G 1/8…3/4», M8x1, M10x1, M14x1 /Произвольная, кратная 100
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивления Pt100 или экранированное Pt1000 / -200…+600; Термоэлементы типа K (NiCr-Ni) или экранированный N(NiCrSi-NiSi)/ -200…+900
Электрическое подключение: Кабель длиной 1 м с силиконовым покрытием
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / —
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
TC293(Ex)
Взрывозащищенный термоэлемент (Допуск ATEX)
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Зажимное винтовое соединение /100, 160, 250, 400, 600
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термоэлементы: Тип J (FeCu-Ni)/-100…+600; Тип K (NiCr-Ni) / -100…+900; Тип N (NiCrSI-NiSi)/ -100…+1000
Электрическое подключение: Присоединительная головка с алюминиевой откидной крышкой
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / Воздух, газы и газообразные отходы
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
TR293(Ex)
Взрывозащищенный датчик температуры (Допуск ATEX)
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Зажимное винтовое соединение /100, 160, 250, 400, 600
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Двойное термосопротивление Pt100/ до +600
Электрическое подключение: Присоединительная головка с алюминиевой откидной крышкой
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / Воздух, газы и газообразные отходы
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
TC296(Ex)
Взрывозащищенный термоэлемент (Допуск ATEX)
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Внешняя резьба G 1/2» B /100, 160, 250, 400, 600
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термоэлементы: Тип J (FeCu-Ni)/-100…+600; Тип K (NiCr-Ni) / -100…+900; Тип N (NiCrSI-NiSi)/ -100…+1000
Электрическое подключение: Присоединительная головка с алюминиевой откидной крышкой
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / Вода, масло и воздух
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
TR296(Ex)
Взрывозащищенный датчик температуры (Допуск ATEX)
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Внешняя резьба G 1/2» B /100, 160, 250, 400, 600
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Двойное термосопротивление Pt100/ до +600
Электрическое подключение: Присоединительная головка с алюминиевой откидной крышкой
Материал корпуса / Среда измерения: Нержавеющая сталь / Вода, масло и воздух
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
7134 / 7135
Датчик температуры воздуха в корпусе
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Измерительный элемент снаружи или внутри монтажного корпуса /50×65
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивление Pt100/ -50…+90, -40…+120
Электрическое подключение: Кабельный ввод
Материал корпуса / Среда измерения: Поликарбонат или алюминий / Воздух
Класс защиты: IP65
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
GTMU-OMU
Датчик температуры воздуха в корпусе
Подключение к процессу / Габариты или монтажная длина, мм: Внешняя резьба G 1/2», настенный монтаж, монтаж в трубе / 50, 100
Тип чувствительного элемента / Предел измерения, °C: Термосопротивления Pt100 или экранированное Pt1000 / -200…+600; Термоэлемент типа K (NiCr-Ni)/ -40…+1150
Электрическое подключение: Угловой штекер
Материал корпуса / Среда измерения: Пластик АБС / Воздух
Класс защиты: IP65
Документация на сайте производителя
на английском >> на немецком >>
Датчики типа K (NiCr-Ni) с плоским мини-разъемом
По вопросам приобретения ниже перечисленных моделей просьба обращаться с запросом к нам в офис: GTF 300, GTF 300 GS, GTF 300-UV, GTF 300 GS, GTF 300 GS-UV, GTF 300-SP, GTF 300 GS-SP, GMF 250
| Лидеры продаж ТКШаблон Красовского УШК-1 Эталоны чувствительности канавочные Магнитный прижим П-образный Услуги по тепловому контролю Альбом радиографических снимков
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модель может отображать данные с трех зондов влажности или температуры. Прибор мгновенно отображает разницу точки росы между температурой воздуха и поверхностью при анализе влажности стен и потолков. Это поможет установить причину появления плесени, появилась ли она из-за влаги извне в связи со структурными повреждениями или неисправностью вентиляции. Термогигрометр Testo 635-1 также широко используется в производственных и складских помещениях, серверных комнатах, музеях архивах, рефрижераторных контейнерах и витринах.
.. +150 °C
данные по зондам
.. +70 °C
местах, напр., в узких проемах и щелевых отверстиях, т/п типа К
1’’), диапазон измерения краткоср. до +130 °C, т/п Тип K, фиксированный кабель
А также Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.Термопары Термометры | Instrumart
Цифровые термометры / термопары используют либо встроенные термопары, либо ввод от внешних термопар для измерения температуры. Термопара – это датчик температуры, состоящий из
двух разнородных металлов (проводников), соединенных на одном конце. В отличие от биметаллических термометров, в которых для измерения температуры используется механическое смещение разнородных металлов, термопары
используйте явление, известное как эффект Зеебека .
Когда любой проводник подвергается тепловому градиенту, он генерирует напряжение, состояние, известное как эффект Зеебека. Разные металлы генерируют разное напряжение при тепловом воздействии. градиент. Небольшая разница в электрическом напряжении, создаваемом разнородными металлами, пропорциональна разнице температур между чувствительным концом термопары и эталоном. температура. Исходя из этого, можно определить точную температуру.
Термопары являются одними из наиболее широко используемых доступных датчиков температуры.Они очень распространены в приложениях измерения и управления в промышленных и коммерческих условиях, а также встречаются в термостатах и датчиках пламени в жилых помещениях. Популярность термопар частично объясняется их простотой, адаптируемостью и стоимостью. Основное ограничение с термопарами Это точность, может быть трудно достичь системных ошибок менее одного градуса Цельсия (° C).
Цифровые термометры / термопары считывают электрический сигнал термопар и отображают температуру.
Часто они могут считывать данные с нескольких термопар одновременно. Расширенные функции, такие как
также иногда включаются регистрация данных, сигналы тревоги, привет / низко и т. д.
Термометры
Термометры – это устройства, которые измеряют температуру или температурный градиент, используя множество различных принципов. Температура – это просто числовое измерение горячего и холодного, которое имеет большое значение в самых разных приложениях. Температура влияет на наш комфорт, готовит пищу и имеет решающее значение для производства многих продуктов, на которые мы полагаемся.Учитывая чрезвычайную важность Температура во многих аспектах современной жизни, термометры – привычный инструмент для нас.
Температура – это наиболее часто измеряемый параметр в коммерческих и промышленных условиях. Такие разнообразные отрасли, как пищевая, фармацевтическая, холодильная, бумажная и другие.
полностью полагаться на то, что температура процесса находится в определенном диапазоне.
Хотя существует множество вариантов измерения температуры, термометры являются недорогим, универсальным и надежным выбором.
Характеристика термометров
Хотя некоторые термометры полагаются на сложные технологии, такие как инфракрасное зондирование для бесконтактных измерений температуры, термометры для контактных измерений – те, что мы описываем. здесь – намного проще и основаны всего на двух важных элементах: датчике температуры и шкале. Датчики температуры варьируются от колбы ртутного термометра до RTD или термопар для более продвинутые термометры. Точно так же шкала может быть просто серией точно нанесенных отметок, напечатанных на стороне ртутного термометра, или цифровым считывающим устройством, способным расширять расчеты или регистрация данных.
Масштаб
Шкала термометра важна. Шкала – это не просто серия цифр, размещенных вдоль края термометра, это международно согласованное значение, которое соответствует конкретному
температуры. Хотя отдельный термометр может измерять температуру, невозможно сравнить это с показаниями другого термометра, если они не соответствуют согласованной шкале.
Температурные шкалы основаны на фиксированных точках, таких как точки замерзания и кипения воды.Самая последняя попытка зафиксировать значения температурной шкалы – это International. Температурная шкала 1990 г. (ИТС-90) . Она простирается от 0,65 К (-272,5 ° C; -458,5 ° F) до примерно 1358 К (1085 ° C; 1985 ° F).
Температурные шкалы различаются двумя способами: точкой, выбранной как ноль градусов, и величиной инкрементальных единиц или градусов на шкале. Общие температурные шкалы включают шкалу Цельсия (° C) который выбирает точку замерзания воды как 0 ° C и определяет величину в градусах, так что 100 ° C является точкой кипения воды.В Соединенных Штатах широко используется шкала Фаренгейта. Другой распространенной температурной шкалой является шкала Кельвина, которая обычно используется в научных приложениях.
Калибровка
Как и большинство измерительных приборов, термометры необходимо периодически калибровать для поддержания точности. Калибровка часто состоит из их калибровки с помощью других откалиброванных термометров или проверки.
их против известных фиксированных точек на шкале температур, таких как точки замерзания или кипения воды.Поскольку датчики, обычно используемые в термометрах, не подлежат регулировке, любые регулировки
после калибровки необходимо произвести калибровку шкалы вручную или с помощью электронной регулировки, в зависимости от типа термометра.
Что следует учитывать при выборе термометра:
- Какая требуется точность уровня? В каком температурном диапазоне?
- Какая шкала предпочтительнее?
- Будет измерять на месте или дистанционно?
- В какой среде будет работать термометр?
- Требуется несколько каналов?
- Будет ли термометр использоваться в общепите? Потребуются ли гигиенические разрешения?
Если у вас есть какие-либо вопросы относительно термометров, не стесняйтесь обращаться к одному из наших инженеров, отправив нам электронное письмо по адресу sales @ instrumart.
com или по телефону 1-800-884-4967.
– обзор | Темы ScienceDirect
1.14.3.1.2 Детекторы термопары и термобатареи
В детекторе термопары разница температур между поглотителем и подложкой определяется с помощью эффекта Зеебека (например, см. Fellgett, 1949). В детекторах на термоэлементах используются несколько последовательно соединенных спаев термопар для увеличения как напряжения сигнала, так и импеданса источника; иногда дополнительные спая подключаются в обратном порядке и остаются темными для температурной компенсации.Чувствительный спай термически связан с поглотителем, а опорный спай привязан к подложке.
Базовый анализ производительности был опубликован Birkholz et al. (1987) для идеализированных детекторов термопар типа Хильгера – Шварца (Strachan, Goodyear, 1973; Strachan, 1973; Schwarz, 1949). Такие детекторы состоят из вертикальных ножек из монокристаллического термоэлектрического материала, приваренных к тонкому фольговому поглотителю, замыкающему чувствительный переход.
В идеальном случае теплопроводность подложки определяется проводимостью через ножки термопары.
Следуя Birkholz et al. (1987) мы определяем свойства термоэлектрических материалов следующим образом: Коэффициенты Зеебека для полупроводниковых ветвей p-типа и n-типа равны α p и α n , соответственно. , дающий термоЭДС α te = α p – α n ; термическое сопротивление ножек определяется как R l = l κ – 1 A l – 1 = G – 1 , где л и 0.5 A l – длина и площадь поперечного сечения каждой ветви, соответственно, а κ – теплопроводность материала, которая считается одинаковой для p-типа и n-типа; а электрическое сопротивление равно R E = 4 l σ e – 1 A l – 1 , где σ e – это электрическая проводимость (обратите внимание, что для теплопроводности ветви параллельны, а для электропроводности – последовательно).
Можно определить эффективную теплопроводность для радиационного обмена с окружающей средой, сделав упрощающие предположения, что поглотитель абсолютно черный и что разница температур между поглотителем и окружающей средой мала. Отмечая, что мощность Q , проводимая между резервуарами при температурах T и T + Δ T , связанных тепловой связью с проводимостью G , определяется как Q = G Δ T и что для радиационного обмена между черными телами при тех же двух температурах передаваемая полезная мощность определяется как Q = σ с A [( T + Δ T ) 4 – T 4 ] ≈ 4 σ с AT 3 Δ T ; получаем эффективную радиационную теплопроводность G r = 4 σ s AT 3 , где σ s = 5.
67051 × 10 – 8 Вт м – 2 K – 4 – постоянная Стефана – Больцмана (Андерсон, 1989), а A – площадь поглотителя. Поскольку излучение и теплопроводность через термопару действуют параллельно, общее тепловое сопротивление R H определяется как
(16) RH = 14σsAT3 + κAll − 1
Выходное напряжение на детекторе определяется выражением V s = α te Δ T = α te Q a R H , где Q a – поглощенная оптическая мощность (эквивалентная падающей мощности, поскольку мы предположили идеальный поглотитель для этого анализа).Обратите внимание, что детекторы термопар представляют собой устройства с очень низким импедансом, поэтому усилитель первого каскада должен быть разработан с осторожностью, чтобы избежать значительного увеличения шума.
Чувствительность просто S = V s / Q a = α te R H . NEP для детектора с ограничением шума Джонсона составляет NEP = 4kTReΔf / S = 4kTlΔf0.5σeAl − 0.5αteRH − 1. Одним из стандартных показателей качества детекторов является удельная обнаруживающая способность D * , определяемая как NEP-1AΔf.Подставляя R H , получаем
(17) D ∗ = αteAσeAl / l44σsAT3 + κAl / lkT
Birkholz et al. (1987) отмечают, что D ∗ максимизируется, когда тепловые потери из-за теплопроводности и излучения одинаковы или когда 4 σ s AT 3 = κA l / л . Также обратите внимание, что при замене α te = 2 α Eq.(17) эквивалентно выражению в Birkholz et al.
(1987). Исключая A l / l в числителе и знаменателе, получаем
(18) Dmox ∗ = M8kσsT5
, где безразмерное число M = (0,5 α te ) 2 σ e Tκ – 1 – показатель качества для термоэлектрических устройств. Доступны материалы с M ≈ 1 при комнатной температуре (Birkholz et al., 1987), что приводит к D mox ∗ ≈ 1 × 10 10 см Гц 0,5 W – 1 при 300 К. Реальные ограничения препятствуют достижению теоретического максимума удельной обнаруживающая способность, но были продемонстрированы значения 3,2 × 10 9 см Гц 0,5 Вт – 1 (Ando, 1974).
Постоянная времени определяется как τ th = CG – 1 = CR H , где тепловое сопротивление определяется уравнением.
(16). В теплоемкости термопарных детекторов Хильгера – Шварца, как правило, преобладает поглотитель. Постоянные времени 10 мс были продемонстрированы только для термопары и 20 мс для всего детектора, включая поглотитель (Birkholz et al., 1987; Ando, 1974).
Несмотря на то, что термопарные детекторы Hilger – Schwarz обладают высокими характеристиками для неохлаждаемых детекторов, они хрупки и сложны в производстве. Современные методы обработки полупроводников позволяют изготавливать детекторы на термобатареях с микромашинной обработкой, в которых поглотитель представляет собой отдельно стоящую мембрану, а термобатарея состоит из последовательно соединенных термопар, проходящих по краю мембраны (Foote and Jones, 1998; Foote et al., 2003). Микромашинные детекторы на термобатареях доступны в виде линейных массивов, которые выполняли полеты на Луну и Марс (Foote et al., 2003). Микромеханические устройства не работают так же хорошо, как старые модели по ряду причин, даже при сравнении устройств, изготовленных из тех же термоэлектрических материалов, хотя есть потенциал для дальнейшего улучшения (Foote and Jones, 1998).
Детекторы термобатареи производятся в виде одиночных детекторов, линейных решеток (Kunde et al., 1996; Foote and Jones, 1998; Foote et al., 2003) и небольшие двумерные массивы. Обработка материалов и компоновка остаются сложными для больших двумерных массивов. Были продемонстрированы микромашинные детекторы на термобатареях с постоянными времени порядка 10 мс с удельной детектирующей способностью около 10 9 см Гц 0,5 W – 1 (Foote and Jones, 1998).
Термопары – обзор | Темы ScienceDirect
Термопары
Термопары широко используются в трибологических исследованиях для получения основных данных о температуре и, следовательно, о тепловыделении при трении.Типичные области применения термопар:
- •
для измерения основной температуры смазочного материала или технологической жидкости,
- •
для определения температуры воздуха или атмосферы во время испытаний и
- •
для измерения повышение температуры испытуемых образцов.
Как правило, термопары не подходят для анализа температуры поверхности без специальной модификации. Это означает, что наиболее распространенные термопары не могут обеспечить точные измерения температуры материала вблизи изнашиваемых поверхностей.Одно из основных ограничений термопар связано с конечным размером требуемых биметаллических переходов. Даже когда в термопаре используется тонкая проволока, размеры биметаллического перехода остаются слишком большими для измерения повышения температуры, происходящего между взаимодействующими поверхностями [3]. Размер биметаллического перехода означает, что термопара не может обнаруживать ни чрезвычайно резкие градиенты температуры, возникающие под поверхностями объектов, находящихся в динамическом контакте, ни столь же быстрое изменение температуры во времени, которое имеет место во время износа или фрикционного контакта.Есть два решения этих ограничений:
- •
динамическая термопара, в которой термоэлектрический переход представляет собой сам скользящий контакт,
- •
планарная или пластинчатая термопара, сделанная путем покрытия последовательных слоев металлов и изоляторы на испытуемый образец.
Любое решение имеет характерные преимущества и ограничения, так что ни одно из них не предлагает исчерпывающий диапазон измерений.
Динамическая термопара сравнительно проста в установке, поскольку термоэлектрический потенциал может быть измерен непосредственно от любого изнашиваемого контакта между разнородными металлами.Это накладывает серьезные ограничения на диапазон материалов, к которым применим этот метод, поскольку многие важные классы материалов, таких как полимеры, не могут быть исследованы с помощью этого метода. Возможно, наиболее ярким примером использования динамических термопар было Боуден и Табор для демонстрации предельной температуры металлического контакта [3]. Металлический штифт с низкой температурой плавления надевался на вращающийся стальной диск, и температура контакта оценивалась по измеренному термоэлектрическому потенциалу. Было обнаружено, что температура контакта никогда не превышала более низкую температуру плавления двух контактирующих металлов.
Эксперимент также показал, что, хотя термоэлектрический потенциал и, следовательно, температура контакта быстро колеблются, невозможно определить, соответствует ли измеренное колебание в точности изменениям температуры контакта или на него влияют такие факторы, как трибоэлектрификация [4]. Недавнее исследование ряда чистых металлов при самостоятельном скольжении, как мягких, так и твердых, показало, что трибоэлектрификация важна при сухом скольжении [5,6]. Когда один из скользящих элементов значительно меньше другого, как в тесте «штифт на диске», движение переносимых частиц износа несет в себе большой электрический заряд [5].В водной среде, например с морской водой или разбавленной серной кислотой электрохимические реакции также могут влиять на трибоэлектрификацию. Исследование Этлеса и его сотрудников [7] подтвердило работу Боудена и Табора, но также показало сложную природу динамической термопары.
Проблема, связанная с размером термопары, может быть решена путем изготовления планарной термопары, которую можно установить на поверхность испытуемого образца.
Покрытия из металла и изолятора толщиной до 100 [нм] могут быть нанесены на поверхность.Для образования биметаллического перехода требуются два слоя металла и два слоя изолятора. Если предположить, что все покрытия имеют толщину 100 [нм], общая толщина составит 0,4 [ мкм м]. Электрические клеммы могут быть прикреплены к металлическому покрытию за пределами изношенного контакта для завершения термопары. Созданная таким образом термопара очень чувствительна и точна к изменениям температуры поверхности и использовалась в исследованиях эластогидродинамической смазки [8]. Изменения температуры смазочного масла при прохождении масла через контакт EHL были определены с использованием этого типа пластинчатой термопары.Недостатком термопары этого типа является то, что она легко повреждается в результате износа, поэтому ее нельзя использовать во время испытаний на износ. Преимущества и ограничения обычных и специальных термопар показаны на Рисунке 5.1.
Рисунок 5.1. Схематическое изображение применения обычных и специальных термопар в трибологических исследованиях.
При проведении измерений температуры в объеме с помощью обычных термопар следует тщательно выбирать расположение термопары.Очень легко разместить термопару не в том месте, например где смазочный материал застаивается, и, следовательно, невозможно точно определить температуру смазочного материала, которая влияет на износ и трение. Даже когда термопара находится в подходящем положении, ее можно отодвинуть потоками воздуха от быстро вращающихся компонентов экспериментального устройства.
Модифицированный датчик термопарыи внешний опорный спай повышают точность измерения температуры воздуха в помещении.
Датчики(Базель).2021 окт; 21 (19): 6577.
Небойса Малешевич, научный редактор
Департамент строительства, энергетических систем и науки об устойчивом развитии, Университет Евле, SE-801 76 Евле, Швеция; [email protected]Поступила в редакцию 9 августа 2021 г .; Принято 2021 г. 23 сентября.
Резюме
Температура воздуха в помещении относится к наиболее важным климатическим переменным в исследованиях климата в помещениях, влияя на тепловой комфорт, энергетический баланс и движение воздуха в зданиях. В этой статье основное внимание уделяется ошибкам измерения при использовании термопар при измерении температуры в помещении, с особым вниманием к измерениям температуры воздуха.Мы кратко обсудим ошибки в измерениях термопар, отметив, что для температур, ограниченных диапазоном температур в помещении, термопара типа T работает намного лучше, чем указано в «стандартах». Когда термопары описываются в литературе, в первую очередь рассматриваются промышленные применения, включающие температуры до нескольких сотен градусов и умеренные требования к точности. Во внутренних помещениях разница температур между измерительным и эталонным спаями часто составляет всего несколько градусов.Таким образом, вклад ошибки от самой термопары почти неизмерим, в то время как основной источник ошибки – внутренняя эталонная температурная компенсация в измерительном приборе. Было показано, что использование внешнего эталонного спая может существенно уменьшить погрешность измерения (т.е. до нескольких сотых градуса) при измерениях при комнатной температуре. Предоставляется один пример того, как такое устройство может быть собрано. Специальное приложение для измерения температуры в помещении включает измерение температуры воздуха в помещении.Здесь погрешности из-за воздействия излучения на датчик от окружающих поверхностей были на удивление высокими. Представлены средства для оценки радиационного воздействия на типичные термопары, а также предложения по модификации термопарных датчиков для снижения радиационного воздействия и, таким образом, повышения точности измерения.
Ключевые слова: измерение температуры воздуха, высокая точность, датчик температуры, термопара, внешняя компенсация холодного спая, излучение, наведенные ошибки
1.Введение
1.1. Предпосылки
Температура, возможно, является наиболее измеряемой климатической переменной в исследованиях климата в помещениях. Температура воздуха в помещении является важным параметром теплового комфорта и баланса энергии в здании [1,2]. Существует потребность в повышении точности измерений климата в помещениях; кроме того, из-за все более широкого использования компьютеризированных методов моделирования существует потребность в высококачественных данных проверки для разработки надежных программных моделей [3,4,5]. Термопары – наиболее часто используемые датчики для измерения температуры в помещении, по крайней мере, в рамках исследований.Их легко собрать, их можно сделать очень маленькими, и они не страдают от самонагрева, что полезно в условиях низкой скорости движения.
Однако, безусловно, наиболее заметной областью применения термопар является измерение высоких температур в суровых промышленных условиях [6]. Термопары могут быть сделаны очень прочными и могут выдерживать высокие температуры (по существу, вплоть до точки плавления металлов термопар) и часто описываются в литературе как грубые устройства с низкой точностью.Соответственно, коммерчески доступные приборы для термопар в основном оптимизированы для промышленного использования и могут быть не лучшим выбором для измерения температуры внутри помещений [7]. Как мы обсудим позже, в погрешностях измерения комнатной температуры преобладают погрешности опорного спая. Это означает, что точность не может быть повышена за счет индивидуальной калибровки термопар (обычное предложение для решения проблемы).
Точные измерения температуры воздуха в помещении предъявляют особые требования к датчикам.Однако простые шаги по модификации датчиков и инструментов могут значительно повысить точность измерения. В этой статье мы подчеркиваем применимость термопар для измерений в диапазоне комнатных температур и обсуждаем адаптацию коммерческих регистраторов данных для такого рода приложений.
1.2. Краткое содержание документа
В разделе 2 описывается основной принцип термопары, а в разделе 3 обсуждаются общие источники ошибок. Раздел 4 посвящен вопросам, связанным с термопарами в температурах внутри помещений.Сборка внешнего устройства компенсации холодного спая для повышения точности измерений продемонстрирована и оценена в разделе 5. Раздел 6 посвящен измерениям температуры воздуха. Выделено влияние излучения на датчик термопары и предложены решения по снижению ошибок из-за воздействия излучения. Раздел 7 резюмирует работу.
2. Базовая концепция термопары
С практической точки зрения термопара является одним из самых простых датчиков; он состоит из двух проводов из разнородных металлов, соединенных в точке измерения.Однако теория, лежащая в основе термопары, довольно тонкая, и для эффективного использования датчика необходимы базовые знания основных принципов, лежащих в основе термопары. В основном, термопары с мягким припоем используются в системах климат-контроля внутри помещений. Обычно два провода термопары связываются вместе на измерительном конце, и эталонный спай термопары создается там, где провода заканчиваются входным разъемом измерительного прибора. Термопара генерирует напряжение, связанное с разницей температур между измеряемым и эталонным спаями термопары (несколько неправильно часто называемые горячими и холодными спаями).Простое объяснение принципа, лежащего в основе термопары, заключается в том, что тепло увеличивает вибрацию атомов в металле и подталкивает свободные электроны к более холодному концу металлической проволоки, что оставляет горячий конец положительно заряженным по сравнению с более холодным концом и, таким образом, по проводу создается небольшое напряжение. Это явление известно как эффект Зеебека по имени немецкого физика Томаса Зеебека, который открыл принцип работы термопары в 1822 году. Генерируемое напряжение уникально для каждого металла.Когда два провода из разных металлов помещаются в один и тот же температурный градиент и соединяются последовательно, создается сетевое напряжение, которое связано с температурным градиентом. Не существует общего уравнения для абсолютной термоэлектрической мощности металла, и каждый тип термопары имеет свою характеристическую кривую зависимости температуры от напряжения. Форма кривой зависит от используемых металлов или сплавов, их чистоты, однородности и кристаллической структуры. Стандартизированные термопары изготавливаются из пар металлов или сплавов, специально разработаны для использования в качестве термопар и обозначаются буквенным символом.Существуют международные стандарты, которые определяют величину, на которую стандартные датчики термопар могут отклоняться от идеального поведения. Для измерения температуры в помещении в основном используются термопары медь-константан (также называемые «Тип Т»). Термопары медь-константан отличаются низкой стоимостью, высоким выходным напряжением (примерно 40 мкВ / К) и легко собираются мягкой пайкой. («Constantan» изначально является товарным знаком Wilbur B. Driver Co, но стало общим названием сплава, состоящего из 54% Cu, 44% Ni и 1% Mn.)
Вопреки популярным определениям термопар, напряжение на самом деле создается градиентом температуры вдоль проводов, а не на стыках [8]. Следовательно, качество материала проволоки должно поддерживаться по всей длине проволоки, особенно там, где существуют температурные градиенты. Однако третий металл может быть введен в цепь термопары и не будет иметь никакого воздействия при условии, что оба конца этого третьего провода имеют одинаковую температуру. Это означает, что измерительный спай термопары можно паять, паять или сваривать, не влияя на калибровку термопары, до тех пор, пока нет чистого температурного градиента вместе с третьим металлом спая.
Поскольку термопара является дифференциальным устройством, а не устройством для измерения абсолютной температуры, для получения точных абсолютных показаний температуры необходимо знать температуру эталонного спая. Температура холодного спая измеряется другим термочувствительным устройством, обычно полупроводниковым датчиком, термистором или платиновым резистивным датчиком температуры. Показание напряжения термопары в сочетании с температурой эталонного спая дает абсолютную температуру измерительного спая.Этот процесс известен как «компенсация холодного спая» (компенсация холодного спая). Важно, чтобы эталонный спай считывался как можно точнее с датчиком, поддерживающим ту же температуру, что и эталонный спай.
Более подробное описание термопар см., Например, в Childs et al. [9], Керлин и Джонсон [10]. Краткая историческая справка о развитии термопары представлена в предисловии к Стандарту ISA-MC96.1-1982 [11].
3.Ошибки при измерениях термопар
Точность термопар является сложной задачей из-за ряда факторов. Обычно ошибки в измерениях температуры делятся на три категории: (1) Ошибки датчика ; (2) Ошибки прибора ; и (3) Ошибки метода .
Ошибки датчика – это ошибки самой термопары, которые в основном связаны с примесями в металлах и неоднородностями в проводах. Примеси в составе металлов проволоки влияют на форму кривой зависимости температуры от напряжения и имеют характер «ошибки усиления» и, как таковые, изменяются в зависимости от разницы температур между переходами.
Неоднородности могут создавать дополнительное напряжение, которое проявляется как ошибка смещения. Тепловое напряжение, создаваемое термопарой, изготовленной из однородных проводов, будет зависеть только от разницы температур между измерительным и эталонным спаями, поскольку напряжения, возникающие в результате градиентов, возникающих из-за любых горячих или холодных областей вдоль проводов, будут нейтрализованы. Однако, если провода термопары неоднородны и если в той части, где существует температурный градиент, присутствуют неоднородности, будет развиваться постороннее напряжение.Наличие неоднородностей приведет к тому, что измеренное напряжение будет характеризовать не только разницу температур между переходами, но и положение неоднородностей в температурном градиенте. Неоднородности, возникающие из-за деформаций решетки, для новой проволоки малы, но при высоких температурах, превышающих пару сотен градусов, неоднородности имеют тенденцию увеличиваться с возрастом. Кроме того, холодная обработка проволоки, например резкий изгиб, может вызвать деформации решетки и, как следствие, увеличить неоднородность.Следовательно, этот тип ошибки, который проявляется как ошибка смещения, зависит от окружающей среды и обращения с термопарой, и не может быть устранен калибровкой, потому что перемещение термопары к калибровочной установке изменит среду, которая частично вызывает ошибки. При температурах выше 200 ° C неоднородности могут быть ограничивающими факторами для точности измерения [6], и поэтому для высокоточной калибровки термопары выше 200 ° C необходимо проводить испытания на неоднородность.
Термопары производятся двух классов допуска: Class1 и Class2, также называемых премиальным и стандартным классами. В Стандарте IEC 60584-1: 2013 [12] допуск для термопары типа T, стандартного класса, работающей в диапазоне 0–350 ° C, указан как ± 1,0 K или ± 0,75% от измеренного значения, выраженного в ° C, а для премиального класса T указано значение ± 0,5 К или ± 0,4%. Указанные допуски относятся к новому проводу и в заданном температурном диапазоне. Значения, приведенные в Стандарте, не предназначены для использования для расчета ошибок измерения, а скорее указывают на допуски, с которыми производители рассчитывают контролировать качество своей продукции.
Значения смещения относятся к ошибкам неоднородности. Поскольку большинство применений термопар включают температуры выше 200 ° C, где может играть роль изменяющаяся неоднородность, в практику калибровки термопар входит компонент неопределенности для неоднородности на основе широко принятого практического правила [13]. Однако данные значения не отражают реалистичную ситуацию для измерения температуры в помещении, и мы должны констатировать, что, похоже, стандарт IEC в основном установлен с учетом промышленных применений.(«Промышленное» здесь относится к средам с температурами, значительно превышающими диапазон комнатной температуры, в сочетании с возможными градиентами температуры вдоль проводов термопары). В принципе и на практике термопара может работать значительно лучше, чем указано в Стандарте, если она используется значительно ниже ее номинального верхнего предела температуры, не подвержена влиянию холодной обработки и защищена от больших градиентов вдоль проводов термопары. Кроме того, современные средства контроля производственного процесса при изготовлении провода термопары повысили качество металлов и сплавов, что позволило уточнить требования к точности.
Ошибки прибора почти всегда в значительной степени определяются ошибками компенсации холодного спая [7]. Любая ошибка в считывании температуры холодного спая будет отображаться непосредственно в окончательном показании термопары. Эталонный датчик температуры может иметь низкую точность (± 1 K – не редкость, а для более простых приборов он может даже не указываться). Кроме того, может быть плохой тепловой контакт между эталонным спаем и эталонным датчиком, что приведет к температурному градиенту между ними.Как правило, это наиболее значительная ошибка и обычно имеет самые обширные вариации. В регистраторах данных с несколькими входами термопар термопары часто подключаются к обычным медным винтовым клеммам на монтажной плате прибора, поэтому эталонный спай фактически находится в винтовой клемме, в то время как датчик эталонного спая может быть размещен где-то поблизости на печатной плате ( ).
Стандартное подключение термопары типа T к прибору. Обратите внимание на холодный спай на винтовой клемме.
Выделение тепла в приборе может вызвать температурные градиенты на печатной плате и разницу температур между эталонным датчиком и винтовыми клеммами, а также между винтовыми клеммами для различных входных каналов. Это может вызвать дополнительные ошибки, обычно порядка десятых долей градуса. Тем не менее, для стоечных систем сообщалось об ошибках до 2 К из-за колебаний температуры в приборном шкафу [7]. Таким образом, на термопару влияет температура окружающей среды.Устройство следует держать включенным в измерительной среде достаточно долго, чтобы достичь стабильной температуры перед измерениями. Также важно предохранять инструмент от теплового воздействия окружающей среды, например, от прямого солнечного излучения. Обратите внимание, что ошибки, связанные с тепловыми эффектами в эталонном спай, обычно не могут быть устранены калибровкой. Помимо ошибок в опорном спайе, существуют также инструментальные ошибки, такие как дрейф смещения и усиления, но эти ошибки в большинстве случаев незначительны для современных инструментов.
Ошибки метода – это систематические ошибки физического характера, зависящие от ситуации и относящиеся к любым различиям между температурой наконечника термопары и температурой физического объекта, на котором мы собираемся проводить измерения. Плохой тепловой контакт между датчиком и объектом и передача тепла по проводам термопары к или от измерительного спая являются частыми причинами этих типов ошибок. При измерениях температуры в низкоскоростных воздушных потоках радиационное воздействие обычно является доминирующим источником ошибок такого рода [14].
4. Особенности ошибок при измерении температуры в помещении
Влияние различных источников ошибок, упомянутых выше, зависит от диапазона температур. Было обнаружено, что при измерении температуры в помещении эффекты неоднородности почти всегда можно игнорировать, а ошибки из-за допуска на кривой напряжение-температура термопары оказывают незначительное влияние, в то время как ошибки в компенсации эталонной температуры могут иметь первостепенное значение.
4.1. Измерение эффектов неоднородности для термопары типа T в диапазоне комнатных температур
Измерения ошибок термопар из-за градиентов представлены во многих статьях, но только для сравнительно высоких градиентов в несколько сотен градусов, например, [13,15]. Поэтому было решено исследовать влияние температурных градиентов в среде, типичной для внутреннего климата, с градиентами в несколько десятков градусов. Это исследование проводилось путем поддержания одинаковой температуры обоих спаев термопар (комнатная температура) и применения температурного градиента путем погружения петли провода в баню с горячей водой, поддерживающую температуру 50 ° C ().
Испытание на неоднородность. ( а ) Водяная баня. ( б ) Подключение развязок. Оба спая поддерживались при одинаковой температуре с помощью изотермического алюминиевого блока.
Таким образом, два равных градиента примерно 30 K были созданы на расстоянии примерно 0,1 м друг от друга на проводе в точках, где провод проходит через водовоздушный барьер. Петлю перемещали по проводу с шагом 0,2 м при измерении напряжения термопары вольтметром. Четыре различных 3-метровых отрезка провода для термопары высшего качества типа T диаметром 0.Были протестированы 13 мм и 0,2 мм двух разных марок. Здесь мы использовали OMEGA TFCP-005 (Omega Engineering Inc., 800 Connecticut Ave. Suite 5N01, Norwalk, CT, USA) и Labfacility XE-2342 (Labfacility Limited, Eden Place, Шеффилд, Великобритания). Ни для одного из протестированных проводов не было обнаружено измеримого выходного напряжения. Минимальный уровень шума измерительной установки находился в диапазоне ± 0,2 мкВ, что соответствует температуре ± 0,005 К.
В условиях микроклимата в помещении, где измерительный и эталонный спая часто находятся в одном помещении, градиенты вдоль термопары обычно равны. не более нескольких градусов.Таким образом, даже несмотря на то, что в стандарте IEC указано смещение ± 0,5 K, следует сделать вывод, что погрешности из-за неоднородностей пренебрежимо малы для температур в помещении. Это означает, что для термопары премиум-класса типа T, используемой для измерения температуры в помещении (и с эталонным спаем при комнатной температуре), мы можем с уверенностью предположить, что чистая погрешность усиления составляет максимум ± 0,4% от разницы температур между измерительным и эталонным спаями и минимальное дополнительное смещение.
4.2. Ошибки термопары vs.Ошибки эталонного спая в различных диапазонах температур
Ошибка компенсации эталонной температуры может вызвать гораздо большую процентную ошибку измерения при измерениях комнатной температуры, чем при более высоких температурах. Рассмотрим следующие примеры, в которых мы проводим измерения температуры с помощью термопары типа T высшего качества и прибора, в котором точность эталонного спая составляет ± 1 К (типичное значение для прибора средней ценовой категории).
Предположим, мы измеряем температуру в духовке, поддерживающей 300 ° C.Эталонный спай находится при комнатной температуре 20 ° C, и погрешность датчика может быть оценена в 0,4% от (300–20) K = 1,1 K, что дает общую погрешность 2,1 K. Таким образом, около 50% общей погрешности происходит из-за ошибки холодного спая.
Сравните это с климатической ситуацией в помещении, где разница между температурами на измерительном и эталонном спаях мала, так что большая часть выходного сигнала исходит от эталонного спая, а термопара добавляет лишь небольшую поправку к эталонной температуре. .Предположим, мы измеряем температуру воздуха в помещении 25 ° C с эталонным спаем 20 ° C. Согласно обсуждению в предыдущем разделе, мы предполагаем, что погрешность смещения практически отсутствует, и, таким образом, мы оцениваем погрешность датчика в 0,4% от (25–20) K = 0,02 K и, добавляя ошибку эталонного спая в 1 K, общая погрешность составит 1,02 К. Здесь погрешность эталонного спая составляет 98% от общей погрешности!
Очевидно, что меньшая погрешность эталонного спая будет очень полезна при измерениях комнатной температуры.Самый простой способ уменьшить ошибки в компенсации эталонного спая – отключить внутреннюю компенсацию эталонного спая в приборе и вместо этого использовать внешнее устройство компенсации эталонного спая, которое обеспечивает более высокую точность. Некоторые производители приборов поставляют внешнюю опорную компенсацию в качестве опции для своих приборов, но такое устройство также может быть собрано пользователем. Существуют инструменты с более жесткими характеристиками эталонного спая для специальных применений, но они, как правило, очень дороги, особенно для многоточечных измерений.
5. Сравнение точности измерений с использованием внешнего эталонного спая и измерений с внутренней компенсацией эталонного спая – практический случай
5.1. Устройство внешнего эталонного спая
Высокоточное устройство эталонного спая можно легко собрать в лаборатории. Он может состоять из алюминиевого блока, к которому крепится эталонный спай термопары вместе с прецизионным датчиком температуры. показан пример устройства эталонного спая для 19 термопар, предназначенного для использования вместе с регистратором данных Keysight34970A / 34972A.(Keysight Technologies, 1400 Fountaingrove Parkway, Санта-Роза, Калифорния, США).
Регистратор данных вместе с распределительной коробкой. Термопары подключаются к миниатюрным гнездам для термопар в верхней части коробки. Кабель из коробки подключается к входным каналам постоянного напряжения регистратора данных.
Термопары подключаются через разъемы термопар. Для достижения хорошего теплового контакта эталонные спаи для термопар устанавливаются с помощью теплопроводного клея в отверстия, просверленные в алюминиевом блоке.В блоке также установлен эталонный датчик температуры. Здесь мы использовали прецизионный термистор типа PR103J2 с точностью ± 0,05 К (Littelfuse Inc. 8755 West Higgins Road Suite 500, Чикаго, Иллинойс, США). Алюминиевый блок размером примерно 80 × 40 × 15 мм 3 устанавливается с теплоизоляцией от внешней коробки с помощью плиты из пенополистирола для минимизации температурного воздействия коробки и окружающей среды. Видеть .
Внутри распределительной коробки. Алюминиевый блок внизу коробки вмещает эталонные спая.
Сигналы от термопар и термистора передаются на регистратор Keysight через модуль входного разъема, который подключается к задней части регистратора. Каждый модуль содержит 20 аналоговых каналов, из которых 19 входных каналов настроены для измерения постоянного напряжения с термопар, а оставшийся вход подключается к прецизионному термистору. Скорректированные температуры рассчитываются на основе температуры холодного спая и измеренного напряжения соответствующей термопары с использованием стандартных полиномов 7-го порядка для термопар типа T.
Дополнительным практическим преимуществом устройства внешнего эталонного спая является то, что оно позволяет использовать более короткие провода термопары. Регистратор Keysight может вмещать три модуля входных разъемов по 20 аналоговых каналов в каждом. Таким образом, три коробки холодного спая могут быть соединены и размещены в разных местах. Это позволяет избежать засорения измерительного пространства длинными проводами термопары.
5.2. Точность измерения с использованием внутреннего и внешнего эталонного спая
Для оценки точности была измерена температура в контролируемой водяной бане.В качестве эталона температуры использовался платиновый термометр, откалиброванный с точностью до ± 0,005 К. Измерения проводились четырьмя термопарами при четырех температурах в диапазоне комнатных температур. Термопары представляют собой термопары Labfacility типа XE-2322 высшего сорта диаметром 0,2 мм, вырезанные из той же катушки.
Результаты измерений с использованием распределительной коробки внешнего эталона отображаются в формате. Выявлено отличное соответствие измеренных значений с разбросом не более 0.01 K между отдельными термопарами. Это то же самое, что и разрешение этих измерений, и указывает на отличные характеристики компенсации холодного спая. Отметим такое же отличие от эталонного термометра от 0,01 до 0,05 К для термопар в измеряемом диапазоне температур, что должно быть связано с нелинейностью в термопарах. Термопары показывают более высокую температуру (≈0,02 K), чем эталонный термометр для всех измеренных значений. В какой степени это вызвано ошибками термопары или допуском термистора, измерение температуры холодного спая невозможно оценить по этим измерениям.При использовании внешнего эталонного спая и термопар максимальная разница между измеренными температурами и эталонным термометром составила 0,05 К. Это меньше, чем указанная точность для термистора эталонного спая, и, таким образом, вклад термопар в бюджет ошибки составляет не поддается измерению в этом тесте. Быстрая проверка была проведена с термопарами других производителей, Omega и TC Ltd. (TC Ltd., P.O. Box 130, Uxbridge, UK), которые показали столь же низкие ошибки измерения.Это было ожидаемо, так как вклад термопары в общую ошибку невелик.
Таблица 1
Температура, измеренная с использованием распределительной коробки внешнего эталона. Цифры в скобках показывают разницу с эталонным термометром.
| Ссылка | Измеренные температуры | |||
|---|---|---|---|---|
| Термометр (° C) | Использование распределительной коробки внешнего опорного сигнала (° C) | |||
| TC1 | TC2 | TC3 | TC4 | |
| 8.65 | 8,69 (+0,04) | 8,69 (+0,04) | 8,69 (+0,04) | 8,70 (+0,05) |
| 18,83 | 18,86 (+0,03) | 18,85 (+0,03) | 18,85 (+0,03) 18,85 (+0,02) | 18,85 (+0,02) |
| 28,81 | 28,83 (+0,02) | 28,83 (+0,02) | 28,83 (+0,02) | 28,82 (+06,01) |
| 38,81 (+0,01) | 38,81 (+0,01) | 38,81 (+0,01) | 38.81 (+0,01) | |
Для сравнения измерения также были выполнены с использованием тех же четырех термопар (XE-2322) и того же регистратора данных, но с термопарами, подключенными непосредственно к входному модулю регистратора данных с использованием внутренней компенсации эталонного спая. ().
Таблица 2
Температура, измеренная с использованием внутреннего эталонного спая. Цифры в скобках – разница с эталонным термометром.
| Ссылка | Измеренные температуры | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Термометр (° C) | Использование внутреннего эталонного спая Keysight 34970A (° C) | |||||||
| TC1 | TC2 | TC3 | TC4 | |||||
| 8.65 | 8,26 (-0,39) | 8,44 (-0,21) | 8,31 (-0,34) | 7,85 (-0,80) | ||||
| 18,83 | 18,48 (-0,36) | 17,98 (-0,86) | ||||||
| 28,81 | 28,37 (-0,44) | 28,54 (-0,27) | 28,45 (-0,36) 38648 | 27) | 480,8638,36 (-0,44) | 38,54 (-0,26) | 38,45 (-0,35) | 38.00 (-0,80) |
Регистратор был включен на 12 ч перед измерениями, и температура в помещении была стабильной. Результаты этих измерений показывают абсолютную погрешность до 0,8 К и имеют противоположный знак по сравнению с предыдущими измерениями. Соединения термопар были выполнены таким образом, что четыре термопары были распределены по 20-канальной винтовой клеммной колодке в модуле входного соединителя с TC1 и TC4 на концах соединителя. Результат измерения четко показывает градиент температуры на клеммной колодке до 0.4 K с более высокими значениями на концах винтовой клеммной колодки. Ошибка линейности, замеченная в предыдущих измерениях, также проявляется здесь, поскольку в обоих измерениях используются одни и те же термопары. Интересно, что все термопары теперь показывают более низкие температуры (в среднем 0,5 К), чем эталонный термометр. Обратите внимание, что, поскольку в обоих измерениях использовались одни и те же термопары, ошибки в термопарах не влияют на результаты этого теста. Мы должны сделать вывод, что различия в измеренных температурах, представленных и проистекающих из неточности температуры внутреннего эталонного спая.Однако обнаруженные ошибки находятся в пределах спецификации производителя для регистратора данных Keysight, где максимальная погрешность 1,0 K заявлена для термопар типа T в диапазоне от -100 до 400 ° C [16].
6. Термопары для измерения температуры воздуха в помещениях
6.1. Влияние радиации
Особого внимания требуют измерения температуры воздуха в помещениях. Измерения температуры воздуха в спокойных помещениях подвержены значительным ошибкам из-за низкой теплопроводности воздуха.Показания датчика температуры могут отличаться от фактической температуры воздуха, поскольку датчик обменивается излучением с окружающими поверхностями, такими как стены и окна комнаты. Если температура поверхностей, окружающих датчик, не равна температуре воздуха, датчик будет достигать температуры между температурами воздуха и окружающей среды. При обычно относительно низких скоростях воздуха в помещении конвективный теплообмен между датчиком и воздухом достаточно низкий, чтобы радиационный теплообмен был значительным.Погрешность измерения можно оценить путем расчета теплового баланса датчика. Однако влияющие факторы, лежащие в основе расчетов, трудно оценить на практике. Здесь мы используем эмпирический метод количественной оценки радиационной чувствительности датчика температуры.
6.2. Коэффициент чувствительности к излучению (RSF)
Показание температуры датчика температуры в воздухе является результатом баланса энергии на датчике. Для измерения температуры воздуха в помещении преобладает передача тепла за счет конвекции на пограничном слое датчика и за счет обмена излучением между датчиком и окружающими поверхностями.Таким образом, погрешность измерения в установившемся режиме зависит от отражающих свойств задействованных поверхностей, размера и формы датчика, а также от поля потока, окружающего его. Для датчика температуры, погруженного в воздух и находящегося в тепловом балансе, теплопередача из-за излучения будет уравновешена конвективной теплопередачей, так что:
В условиях температуры в помещении как лучистую, так и конвективную теплопередачу можно рассматривать как осторожную линейно с температура, эл.g., [14,17], а установившийся баланс энергии на датчике можно записать как:
hconv (Tsens-Tair) = hrad (Twall-Tsens)
(2)
где hconv и hrad – коэффициенты теплоотдачи для конвекции и излучения соответственно. Tair – это температура воздуха, а температура поверхности датчика и окружающих стен обозначается как Tsens и Twall соответственно.
Уравнение (2) имеет ограниченное применение в практической ситуации измерения из-за трудностей с оценкой правильных значений коэффициентов теплопередачи.Кроме того, подводящие провода рядом с датчиками могут принимать участие в процессе теплопередачи, и основная проблема заключается в зависимости от деталей задействованной механики жидкости, поскольку конвекционная теплопередача зависит от характеристик поля воздушного потока вокруг датчика, включая направление потока и интенсивность турбулентности. Лундстрем и Маттссон [14] показали, что для практических измерений влияние излучения на датчик температуры может быть выражено через коэффициент чувствительности , определяемый как RSF = hrad / hconv, и уравнение (2) может быть записано как:
(Tsens-Tair) = RSF (Twall-Tsens)
(3)
RSF указывает взаимосвязь между радиационной и конвекционной теплопередачей на датчике, количественно определяя, в какой степени температура окружающих поверхностей влияет на измеренная температура. RSF , который должен быть установлен путем измерений, зависит от коэффициента излучения, размера и формы датчика, а также от поля потока, окружающего его. Например, небольшой размер сенсора и низкий коэффициент излучения делают низкую чувствительность к излучению.
6.3. Простой метод снижения радиационной чувствительности термопары
Поскольку части проводов термопары, расположенные рядом с измерительным спаем, принимают участие в измерениях, снятие изоляции на внешней части проводов термопары и, таким образом, обнажение металлической поверхности является простым средство для уменьшения излучательной способности сенсора ().
Термопары с двумя разными измерительными переходами. ( a ) Обычный стиль. ( b ) Изоляция рядом с наконечником.
Удаление нескольких сантиметров изоляции вблизи наконечника снизит значение RSF более чем на 60% по сравнению с термопарой, изолированной до спая. показывает измеренные значения RSF для термопары диаметром 0,3 мм для обычного исполнения и со снятой изоляцией.
Коэффициент радиационной чувствительности для термопары 0,3 мм обычного типа (красная кривая) и с зачищенными выводами (синяя кривая) для различных скоростей воздуха.Полосы показывают изменение данных, связанных с направлением воздушного потока: нижние концы полос = поток, перпендикулярный датчику, верхние концы полос = поток вместе с датчиком. (Данные из [14]).
Зная приблизительную среднюю температуру излучения и скорость воздуха вокруг датчика температуры, данные позволяют рассчитать ошибки, вызванные излучением для этого датчика. Среднюю лучистую температуру можно оценить по приблизительным температурам и факторам обзора окружающих поверхностей.
6.4. Чувствительность к направлению воздушного потока
Из, мы можем видеть, что чувствительность к излучению зависит от направления воздушного потока относительно датчика. Это происходит из-за изменений в пограничном слое воздушного потока и, следовательно, в конвекционной теплопередаче на поверхности датчика. Как для термопар, так и для термопар без зачистки части выводов, расположенные рядом с измерительным переходом, участвуют в теплопередаче, в результате чего датчик термопары фактически имеет удлиненную форму, больше похожую на цилиндр, чем на сферу.Таким образом, для прямой термопары конвекционная теплопередача зависит от ориентации датчика в воздушном потоке. Коэффициент конвективной теплопередачи показывает максимум, когда ось датчика перпендикулярна потоку, и минимум для потока вдоль оси датчика. Кривые показывают средние значения с разбросом между минимумом и максимумом при 0 и 90 градусах, обозначенном полосами погрешностей. Измеренная относительная тепловая конвекция от разнонаправленного потока для прямой термопары с зачищенными выводами показана синей кривой при прямом потоке при нулевом градусе.
Относительная конвекция тепла для различных направлений воздушного потока для прямых (синий) и спиральных (красный) датчиков. Нулевые градусы = встречный поток.
Направление потока не может быть легко определено для низких скоростей в помещении, и более равномерная конвекционная теплопередача была бы полезной. Этого можно добиться, изменив форму датчика. Например, наложение оголенной части выводов термопары в виде катушки, как показано на, значительно снижает чувствительность по направлению.Измеренные значения показаны на красной кривой в. Обратите внимание, что кривые показывают относительную чувствительность, относящуюся к значениям под углом 90 градусов.
7. Выводы
Для измерения температуры в диапазоне температур в помещении термопары показывают более высокую точность, чем указано в стандартах и обычно указывается в литературе. Слабым местом часто является компенсация холодного спая, которая в большинстве коммерческих термопар страдает низкой точностью. Эта ошибка не может быть устранена индивидуальной калибровкой термопар.Однако с помощью внешнего устройства компенсации эталона, такого как устройство, описанное в разделе 5, точность измерений ± 0,05 K может быть достигнута с помощью термопары типа T без предварительной калибровки.
Следует упомянуть, что с момента проведения этого исследования было изготовлено семь «коробок холодного спая», которые в настоящее время часто используются для измерения температуры в исследованиях климата в помещениях в Университете Евле. Используются термопары разных марок с одинаково хорошими характеристиками.
Было исследовано также радиационное воздействие на датчики температуры. Было обнаружено, что радиационное воздействие от окружающих поверхностей может приводить к значительным ошибкам при измерениях температуры воздуха в помещениях. Порядок величины ошибок из-за радиационного воздействия можно оценить по формуле. Например, предположим, что термопара диаметром 0,3 мм с припаянным наконечником используется для измерения температуры воздуха в среде с низкой скоростью, такой как рабочая зона внутри помещения, а разница температур между окружающими поверхностями и температурой датчика составляет 5 К.В этом случае могут возникнуть ошибки измерения порядка 1 К. Воздействие излучения можно уменьшить на 60%, сняв изоляцию на внешней части выводов термопары, тем самым обнажив металлическую поверхность проводов вблизи измерительного спая.
Вклад авторов
Обработка данных H.L .; Формальный анализ, H.L .; Исследование, H.L .; Методология, H.L. и M.M .; Администрация проекта, H.L .; Программное обеспечение, H.L .; Валидация, M.M .; Письмо – оригинальный черновик, Х.Л. и М.М .; Написание – просмотр и редактирование, H.L. and M.M. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.
Финансирование
Это исследование не получало внешнего финансирования.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Сноски
Примечание издателя: MDPI остается нейтральным в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Список литературы
1.Сандберг М., Лундстрем Х., Нильссон Х., Стимне Х. Экспериментальные методы вентиляции. Adv. Строить. Energy Res. 2008; 2: 159–210. DOI: 10.3763 / aber.2008.0206. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Симанич Б.С., Нордквист Б., Багге Х., Йоханссон Д. Температура воздуха в помещении, концентрации CO 2 и интенсивность вентиляции: долгосрочные измерения в недавно построенных школах с низким энергопотреблением в Швеции. J. Build. Англ. 2019; 25: 100827. DOI: 10.1016 / j.jobe.2019.100827. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Чен К., Сребрич Дж. Процедура проверки, подтверждения и отчетности результатов анализа CFD на окружающую среду в помещениях.HVAC & R Res. 2002; 8: 201–221. [Google Scholar] 4. Ламби Э., Сенаве М., Ван де Вайвер И., Селенс Д. Экспериментальный анализ внутренней температуры жилых домов как входные данные для инструментов моделирования зданий. Энергетические процедуры. 2017; 132: 123–128. DOI: 10.1016 / j.egypro.2017.09.657. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Хофф Т., Блокен Б. Натурные измерения естественной вентиляции большого полузакрытого стадиона: пригодность для валидации CFD; Материалы 10-й Международной конференции по здоровым зданиям; Брисбен, Австралия.8–12 июля 2012 г .; С. 1346–1351. [Google Scholar] 6. Куинн Т.Дж. Температура. Академическая пресса; Кембридж, Массачусетс, США: 2013 г. [Google Scholar] 7. Демлинг А., Оусли Д., Стелли С. Передовой опыт использования термопар. AIP Conf. Proc. 2013; 1552: 601–606. [Google Scholar] 8. Моффат Р.Дж. Температура ее измерения и контроля в науке и промышленности. Том 3. Reinhold Publishing Corp .; Лондон, Великобритания: 1962. Градиентный подход к схемам термопар; п. 33. Часть 2. [Google Scholar] 9. Чайлдс П.Р., Гринвуд Дж. Р., Лонг К.А. Обзор измерения температуры. Rev. Sci. Instrum. 2000; 71: 2959–2978. DOI: 10,1063 / 1,1305516. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Керлин Т.В., Джонсон М. Практическая термометрия термопар. 2-е изд. Инструментальное общество Америки; Research Triangle Park, Северная Каролина, США: 2012 г. [Google Scholar] 11. Термопары для измерения температуры. Инструментальное общество Америки; Research Triangle Park, Северная Каролина, США: 1982. Стандарт ISA – MC96.1–1982. [Google Scholar] 12. Международный стандарт IEC 60584-1: 2013 Термопары – Часть 1: Характеристики и допуски ЭДС.Международная электрохимическая комиссия; Женева, Швейцария: 2013 г. [Google Scholar] 13. Хилл К., Джи Д. Количественная оценка погрешности калибровки, связанной с неоднородностью термопары. AIP Conf. Proc. 2013; 1552: 520–525. [Google Scholar] 14. Лундстрем Х., Маттссон М. Влияние излучения на датчики температуры воздуха в помещении: экспериментальная оценка ошибок измерения и методы улучшения. Exp. Therm. Fluid Sci. 2020; 115: 110082. DOI: 10.1016 / j.expthermflusci.2020.110082. [CrossRef] [Google Scholar] 15.Холмстен М., Иварссон Дж., Фальк Р., Лидбек М., Йозефсон Л.Э. Измерение неоднородности длинных термопар с использованием короткой подвижной зоны нагрева. Int. J. Thermophys. 2008; 29: 915–925. DOI: 10.1007 / s10765-008-0418-9. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Технические характеристики Семейство устройств сбора данных / коммутации 34970A. 34972A. 2020. [(доступ 1 мая 2021 г.)]. Доступно в Интернете: www.keysight.com.17. Дэвис М. Теплообмен здания. Джон Уайли и сыновья; Хобокен, Нью-Джерси, США: 2004. [Google Scholar]Приборы для измерения температуры в самолетах
Для правильной эксплуатации самолета необходимо знать температуру многих предметов.Моторное масло, карбюраторная смесь, воздух на впуске, свободный воздух, головки цилиндров двигателя, воздуховоды нагревателя и температура выхлопных газов газотурбинных двигателей – все это элементы, требующие контроля температуры. Также необходимо знать многие другие температуры. Для сбора и представления информации о температуре используются различные типы термометров.Неэлектрические индикаторы температуры
Физические характеристики большинства материалов изменяются под воздействием изменений температуры. Изменения постоянны, например, расширение или сжатие твердых тел, жидкостей и газов.Коэффициент расширения у разных материалов разный, и он уникален для каждого материала. Практически каждый знаком с жидкостным ртутным термометром. По мере увеличения температуры ртути она расширяется в узкий проход, на котором есть градуированная шкала для измерения температуры, связанной с этим расширением. Ртутный термометр не применяется в авиации.
Биметаллический термометр очень полезен в авиации. Чувствительный элемент биметаллического термометра состоит из двух разнородных металлических полос, соединенных вместе.Каждый металл расширяется и сжимается с разной скоростью при изменении температуры. Один конец биметаллической планки закреплен, другой конец намотан. Стрелка прикреплена к спиральному концу, который установлен в корпусе прибора. Когда биметаллическая полоса нагревается, два металла расширяются. Поскольку их скорости расширения различаются и они прикреплены друг к другу, эффект состоит в том, что свернутый конец пытается размотаться, поскольку один металл расширяется быстрее, чем другой. Это перемещает указатель по циферблату инструмента.Когда температура падает, металлы сжимаются с разной скоростью, что приводит к сжатию катушки и перемещению стрелки в противоположном направлении.
Биметаллические датчики температуры с прямым считыванием часто используются в легких самолетах для измерения температуры наружного воздуха или температуры наружного воздуха (OAT). В этом случае коллекторный зонд выступает через лобовое стекло самолета и подвергается воздействию атмосферного воздуха. Свернутый конец биметаллической полосы в приборной головке находится внутри лобового стекла, где его может прочитать пилот.[Рисунки 1 и 2]
| Рис. 1. Биметаллический датчик температуры работает из-за разных коэффициентов расширения двух металлов, соединенных вместе. При сгибании в змеевик охлаждение или нагревание заставляет катушку из разнородного металла затягиваться или раскручиваться, перемещая указатель по температурной шкале на циферблате прибора |
| Рисунок 2. A биметаллический датчик температуры наружного воздуха и его установка на легком самолете |
Трубка Бурдона также используется в качестве неэлектрического датчика температуры прямого считывания в простых легких самолетах.Калибровав циферблат манометра с трубкой Бурдона с помощью температурной шкалы, он может указывать температуру. Основой работы является постоянное расширение пара, производимого летучей жидкостью в замкнутом пространстве. Это давление пара напрямую зависит от температуры. Заполняя измерительную колбу такой летучей жидкостью и подсоединяя ее к трубке Бурдона, трубка вызывает индикацию повышения и понижения давления пара из-за изменения температуры. Калибровка циферблата в градусах Фаренгейта или Цельсия, а не в фунтах на квадратный дюйм, обеспечивает измерение температуры.В этом типе манометра измерительная лампа помещается в область, где необходимо измерять температуру. Длинная капиллярная трубка соединяет колбу с трубкой Бурдона в корпусе прибора. Узкий диаметр капиллярной трубки гарантирует, что летучая жидкость будет легкой и останется в основном в колбе датчика. Иногда таким способом измеряют температуру масла.
Электрический индикатор для измерения температуры
Использование электричества для измерения температуры очень распространено в авиации.Следующие системы измерения и индикации можно найти на многих типах самолетов. Определенные диапазоны температур более целесообразно измерять с помощью систем того или иного типа.
Термометр электрического сопротивленияОсновными частями электрического термометра сопротивления являются индикатор, термочувствительный элемент (или колба), а также соединительные провода и штекерные разъемы. Электрические термометры сопротивления широко используются во многих типах самолетов для измерения температуры воздуха в карбюраторе, масла, температуры наружного воздуха и т. Д.Они используются для измерения низких и средних температур в диапазоне от –70 ° C до 150 ° C.
Для большинства металлов электрическое сопротивление изменяется при изменении температуры металла. Это принцип работы термометра сопротивления. Обычно электрическое сопротивление металла увеличивается с повышением температуры. Различные сплавы имеют высокий коэффициент термостойкости, что означает, что их сопротивление значительно зависит от температуры. Это может сделать их пригодными для использования в устройствах измерения температуры.Металлический резистор подвергается воздействию жидкости или области, в которой необходимо измерить температуру. Он подключен проводами к устройству измерения сопротивления внутри индикатора кабины. Циферблат прибора откалиброван по желанию в градусах Фаренгейта или Цельсия, а не в омах. При изменении измеряемой температуры изменяется сопротивление металла, и индикатор измерения сопротивления показывает, в какой степени.
Типичный электрический термометр сопротивления выглядит как любой другой датчик температуры.Индикаторы доступны в двойной форме для использования в многомоторных самолетах. Большинство индикаторов самокомпенсируются при изменении температуры в кабине. Термочувствительный резистор изготовлен таким образом, что он имеет определенное сопротивление для каждого значения температуры в пределах своего рабочего диапазона. Термочувствительный резисторный элемент представляет собой отрезок или обмотку из никелево-марганцевой проволоки или другого подходящего сплава с изоляционным материалом. Резистор защищен закрытой металлической трубкой, прикрепленной к резьбовой пробке с шестигранной головкой.[Рис. 3] Два конца обмотки припаяны или приварены к электрической розетке, предназначенной для приема штырей вилки соединителя.
| Рис. 3. Чувствительная лампа электрического термометра сопротивления |
Индикатор содержит прибор для измерения сопротивления. Иногда используется модифицированная форма схемы Уитстонбриджа. Измеритель моста Уитстона работает по принципу уравновешивания одного неизвестного резистора с другими известными сопротивлениями.Упрощенная форма схемы моста Уитстона показана на рис. 4. Три равных значения сопротивления [рис. 4A, B и C] соединены в ромбовидную мостовую схему. Резистор с неизвестным значением [Рис. 4D] также является частью схемы. Неизвестное сопротивление представляет собой сопротивление термометра системы электрического термометра сопротивления. Гальванометр прикреплен к цепи в точках X и Y.
| Рисунок 4.Внутренняя структура индикатора электрического термометра сопротивления включает мостовую схему, гальванометр и переменный резистор, который находится вне индикатора в виде датчика температуры |
Когда температура вызывает сопротивление лампы равное этому Что касается других сопротивлений, разность потенциалов между точками X и Y в цепи отсутствует. Следовательно, ток в цепи гальванометра не течет. Если температура колбы изменяется, ее сопротивление также изменяется, и мост становится неуравновешенным, заставляя ток течь через гальванометр в том или ином направлении.Стрелка гальванометра на самом деле является стрелкой датчика температуры. Когда он движется по циферблату, откалиброванному в градусах, он показывает температуру. Многие индикаторы снабжены винтом регулировки нуля на лицевой стороне прибора. Это регулирует натяжение пружины обнуления указателя, когда мост находится в точке баланса (положение, в котором мостовая схема уравновешена и через измеритель не течет ток).
Ратиометр Термометры электрического сопротивления
Другой способ индикации температуры при использовании электрического термометра сопротивления – использование логометра.Индикатор моста Уитстона подвержен ошибкам из-за колебаний напряжения в сети. Логометр более стабилен и обеспечивает более высокую точность. Как следует из названия, электрический термометр сопротивления ратиометра измеряет соотношение протекания тока.
Чувствительная часть термометра сопротивления резистивного термометра по существу такая же, как описано выше. Схема содержит переменное сопротивление и фиксированное сопротивление для индикации. Он содержит две ветви для прохождения тока.У каждого есть катушка, установленная по обе стороны от узла указателя, который установлен в магнитном поле большого постоянного магнита. Изменяющийся ток, протекающий через катушки, вызывает формирование различных магнитных полей, которые вступают в реакцию с большим магнитным полем постоянного магнита. Это взаимодействие поворачивает указатель к циферблату, который откалиброван в градусах Фаренгейта или Цельсия, давая индикацию температуры. [Рисунок 5]
| Рисунок 5.Индикатор для измерения температуры ратиометра имеет две катушки. Поскольку сопротивление груши датчика изменяется в зависимости от температуры, через катушки протекает разное количество тока. Это создает переменные магнитные поля. Эти поля взаимодействуют с магнитным полем большого постоянного магнита, в результате чего отображается температура |
Концы магнитных полюсов постоянного магнита расположены ближе вверху, чем внизу. Это приводит к тому, что силовые линии магнитного поля между полюсами более концентрируются вверху.Когда две катушки создают свои магнитные поля, более сильное поле взаимодействует и поворачивается вниз в более слабую, менее концентрированную часть поля постоянного магнита, в то время как более слабое магнитное поле катушки смещается вверх в сторону более концентрированного магнитного поля большого магнита. Это обеспечивает балансирующий эффект, который изменяется, но остается сбалансированным, поскольку напряженность поля катушки изменяется в зависимости от температуры и результирующего тока, протекающего через катушки.
Например, если сопротивление термометра равно значению фиксированного сопротивления (R), равные значения тока протекают через катушки.Вращающие моменты, создаваемые магнитным полем, создаваемым каждой катушкой, одинаковы и нейтрализуют любое движение в большем магнитном поле. Указатель индикатора переместится в вертикальное положение. Если температура колбы увеличивается, ее сопротивление также увеличивается. Это приводит к увеличению тока, протекающего через ветвь цепи катушки A. Это создает более сильное магнитное поле на катушке A, чем на катушке B. Следовательно, крутящий момент на катушке A увеличивается, и она тянется вниз в более слабую часть большого магнитного поля.В то же время через резистор колбы датчика и катушку B протекает меньший ток, в результате чего катушка B формирует более слабое магнитное поле, которое притягивается вверх в область более сильного магнитного поля постоянного магнита. Указатель перестает вращаться, когда поля достигают новой точки баланса, которая напрямую связана с сопротивлением в измерительной лампочке. Противоположное этому действие произойдет, если температура термочувствительной лампы снизится.
Системы измерения температуры Ratiometer используются для измерения температуры моторного масла, наружного воздуха, воздуха карбюратора и других температур во многих типах самолетов.Они особенно востребованы для измерения температурных условий, когда важна точность или когда встречаются большие колебания напряжения питания.
Индикаторы температуры термопары
Термопара – это цепь или соединение двух разнородных металлов. Металлы соприкасаются двумя отдельными стыками. Если один из контактов нагревается до более высокой температуры, чем другой, в цепи создается электродвижущая сила. Это напряжение прямо пропорционально температуре.Итак, измеряя величину электродвижущей силы, можно определить температуру. Вольтметр помещается поперек более холодного из двух спаев термопары. При необходимости он калибруется в градусах Фаренгейта или Цельсия. Чем горячее становится высокотемпературный спай (горячий спай), тем больше создается электродвижущая сила и тем выше показания температуры на измерителе. [Рисунок 6]
| Рисунок 6. Термопары объединяют в себе два разных металла, которые вызывают протекание тока при нагревании |
Величина напряжения, создаваемого разнородными металлами при нагревании, измеряется в милливольтах.Следовательно, выводы термопары предназначены для обеспечения определенного сопротивления в цепи термопары (обычно очень небольшого). Их материал, длина или размер поперечного сечения не могут быть изменены без компенсации изменения общего сопротивления, которое может произойти. Каждый вывод, который соединяется с вольтметром, должен быть изготовлен из того же металла, что и часть термопары, к которой он подсоединен. Например, медный провод подключается к медной части горячего спая, а константановый провод подключается к константановой части.
Горячий спай термопары различается по форме в зависимости от области применения. Два распространенных типа – это прокладка и байонет. В типе прокладки два кольца из разнородных металлов прижимаются друг к другу, образуя прокладку, которую можно установить под свечой зажигания или прижимной гайкой цилиндра. В байонетном исполнении металлы соединяются внутри перфорированной защитной оболочки. Байонетные термопары вставляются в отверстие или колодец в головке блока цилиндров. В газотурбинных двигателях они устанавливаются на корпусе входа или выхода турбины и проходят через корпус в поток газа.Обратите внимание, что для индикации CHT цилиндр, выбранный для установки термопары, является наиболее горячим в большинстве рабочих условий. Расположение этого цилиндра зависит от двигателя. [Рис. 7]
| Рис. 7. Температурная термопара головки цилиндров с горячим спаем прокладочного типа предназначена для установки под свечой зажигания или прижимной гайкой цилиндра самого горячего цилиндра (A) . Термопара байонетного типа устанавливается в отверстие в стенке цилиндра (B) |
Холодный спай цепи термопары находится внутри корпуса прибора.Поскольку электродвижущая сила, установленная в цепи, изменяется в зависимости от разницы температур между горячим и холодным спаем, необходимо компенсировать механизм индикатора для изменений температуры кабины, которые влияют на холодный спай. Это достигается с помощью биметаллической пружины, соединенной с механизмом индикатора. Фактически он работает так же, как биметаллический термометр, описанный ранее. Когда провода отсоединены от индикатора, температуру в зоне кабины вокруг приборной панели можно прочитать на шкале индикатора.[Рис. 8] Цифровые светодиодные индикаторы для CHT также широко распространены в современных самолетах.
| Рис. 8. Типовые индикаторы температуры термопары |
EGT – критически важный параметр работы газотурбинного двигателя. Система индикации EGT обеспечивает визуальную индикацию температуры в кабине выхлопных газов турбины, когда они покидают турбоагрегат.В некоторых газотурбинных двигателях температура выхлопных газов измеряется на входе в турбоагрегат. Это называется системой индикации температуры на входе в турбину (TIT).
Несколько термопар используются для измерения EGT или TIT. Они расположены с интервалами по периметру кожуха турбины двигателя или выхлопного тракта. Крошечные напряжения термопары обычно усиливаются и используются для питания серводвигателя, который приводит в движение указатель индикатора. Распространено отключение цифровой индикации барабана от движения указателя.[Рис. 9] Показанный индикатор EGT представляет собой герметичный блок. Шкала прибора находится в диапазоне от 0 ° C до 1200 ° C, с нониусной шкалой в верхнем правом углу и флажком предупреждения о выключении, расположенным в нижней части шкалы.
| Рис. 9. Типичная система термопар для определения температуры выхлопных газов |
Система индикации TIT обеспечивает визуальную индикацию на приборной панели температуры газов, поступающих в турбину.Можно использовать множество термопар со средним напряжением, представляющим TIT. Существуют двойные термопары, содержащие два электрически независимых перехода в одном зонде. Один комплект этих термопар подключен параллельно для передачи сигналов на индикатор кабины. Другой набор параллельных термопар выдает температурные сигналы в системы контроля и управления двигателем. Каждая цепь электрически независима, что обеспечивает надежность двойной системы.
Схема системы температуры на входе в турбину для одного двигателя четырехмоторного газотурбинного самолета показана на рисунке 10.Схемы трех других двигателей идентичны этой системе. Индикатор содержит мостовую схему, схему прерывателя, двухфазный двигатель для управления указателем и потенциометр обратной связи. Также включены схема опорного напряжения, усилитель, индикатор выключения питания, источник питания и сигнальная лампа перегрева. Выход усилителя возбуждает переменное поле двухфазного двигателя, которое позиционирует главный указатель индикатора и цифровой индикатор. Двигатель также управляет потенциометром обратной связи для подачи гудящего сигнала для остановки приводного двигателя при достижении правильного положения указателя относительно сигнала температуры.Схема опорного напряжения обеспечивает строго регулируемое опорное напряжение в мостовой схеме, чтобы исключить ошибку из-за изменения входного напряжения источника питания индикатора.
| Рис. 10. Типичная аналоговая система индикации температуры на входе турбины |
Сигнальная лампа перегрева на индикаторе загорается, когда TIT достигает заданного предела. Внешний контрольный выключатель обычно устанавливается так, чтобы можно было одновременно проверять сигнальные лампы перегрева для всех двигателей.При срабатывании тестового переключателя сигнал перегрева моделируется в каждой цепи моста контроля температуры индикатора.
Цифровые контрольно-измерительные системы кабины экипажа не нуждаются в использовании индикаторов сопротивления и отрегулированных датчиков термопар с сервоприводом для предоставления пилоту информации о температуре. Значения сопротивления и напряжения датчика вводятся в соответствующий компьютер, где они регулируются, обрабатываются, контролируются и выводятся для отображения на дисплейных панелях кабины. Они также отправляются для использования другими компьютерами, которым требуется информация о температуре для управления и мониторинга различных интегрированных систем.
Измерение общей температуры воздуха
Температура воздуха – ценный параметр, от которого зависят многие параметры мониторинга и управления. Во время полета статическая температура воздуха постоянно меняется, и точное измерение создает проблемы. Ниже 0,2 Маха простой резистивный или биметаллический датчик температуры может предоставить относительно точную информацию о температуре воздуха. На более высоких скоростях трение, сжимаемость воздуха и поведение пограничного слоя затрудняют точное определение температуры.Общая температура воздуха (TAT) – это статическая температура воздуха плюс любое повышение температуры, вызванное высокоскоростным движением самолета по воздуху. Повышение температуры известно как подъем плунжера. Датчики TAT-зондирования сконструированы специально для точного определения этого значения и передачи сигналов для индикации в кабине экипажа, а также для использования в различных системах двигателей и самолетов.
Простые системы ТАТ включают датчик и индикатор со встроенной схемой баланса сопротивлений. Воздушный поток через датчик рассчитан таким образом, что воздух с точной температурой воздействует на резистивный элемент из платинового сплава.Датчик спроектирован так, чтобы регистрировать изменения температуры с точки зрения изменения сопротивления элемента. При включении в мостовую схему указатель индикатора перемещается в ответ на дисбаланс, вызванный переменным резистором.
Более сложные системы используют технологию коррекции сигналов и усиленные сигналы, отправляемые на серводвигатель для настройки индикатора в кабине. Эти системы включают строго регулируемое электропитание и мониторинг отказов. Они часто используют числовые показания барабанного типа, но также могут быть отправлены драйверу ЖК-дисплея для подсветки ЖК-дисплеев.Многие ЖК-дисплеи являются многофункциональными и могут отображать статическую температуру воздуха и истинную воздушную скорость. В полностью цифровых системах сигналы коррекции вводятся в АЦП. Там ими можно управлять соответствующим образом для отображения в кабине или для любой системы, требующей информации о температуре. [Рис. 11]
| Рис. 11. ТАТ в другой кабине отображает |
Конструкция датчика / зонда ТАТ осложняется возможностью образования льда в условиях обледенения.Если датчик не нагревается, он может перестать нормально работать. Включение нагревательного элемента угрожает точному сбору данных. Нагревание зонда не должно влиять на сопротивление чувствительного элемента. [Рис. 12]
| Рис. 12. Датчики общей температуры воздуха (TAT) |
На этапе проектирования особое внимание уделяется воздушному потоку и проводимости материалов. Некоторые датчики TAT направляют стравливаемый воздух через блоки, чтобы влиять на поток наружного воздуха, так что он течет прямо на платиновый датчик, не получая дополнительной энергии от нагревателя датчика.
СВЯЗАННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Термопары
Термопары являются одним из наиболее распространенных промышленных термометров. Он был открыт Томасом Зеебеком в 1822 году. Он заметил, что при нагревании проволоки с одного конца возникает разность напряжений. Независимо от температуры, если оба конца были при одинаковой температуре, разницы напряжений не было. Если цепь была сделана с помощью провода из того же материала, ток не протекал.
Термопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце и создающих небольшое уникальное напряжение при заданной температуре.Это напряжение измеряется и интерпретируется термометром термопары.
Термоэлектрическое напряжение, возникающее в результате разницы температур от одного конца провода к другому, на самом деле является суммой всех разностей напряжений вдоль провода от конца до конца.
Термопары могут изготавливаться из различных металлов и работать в диапазоне температур от 200 o C до 2600 o C . Сравнение термопар с датчиками других типов следует проводить с учетом допуска, указанного в ASTM E 230.
Термопары из недрагоценных металлов
* Не используется ниже 1250 o C .
Преимущества термопар
- Возможность прямого измерения температуры до 2600 o C .
- Спай термопары можно заземлить и привести в прямой контакт с измеряемым материалом.
Недостатки термопар
- Для измерения температуры с помощью термопары необходимо измерить две температуры: спай на рабочем конце (горячий спай) и спай, где провода встречаются с медными проводами КИП (холодный спай).Во избежание ошибок температура холодного спая обычно компенсируется в электронных приборах путем измерения температуры на клеммной колодке с помощью полупроводника, термистора или RTD.
- Работа термопар относительно сложна с потенциальными источниками ошибок. Материалы, из которых изготовлены провода термопары, не являются инертными, и на термоэлектрическое напряжение, возникающее по длине провода термопары, может влиять коррозия и т. Д.
- Зависимость между температурой процесса и сигналом термопары (милливольт) не является линейной.
- Калибровку термопары следует проводить путем сравнения ее с соседней термопарой. Если термопару снимают и помещают в калибровочную ванну, выходной сигнал, интегрированный по длине, не воспроизводится точно, поскольку разница температур от одного конца провода к другому является суммой всех разностей напряжений вдоль провода от конца до конца.
Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок.Четыре наиболее распространенных калибровки – это J, K, T и E. Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре.
Некоторые типы термопар стандартизированы с помощью калибровочных таблиц, цветовых кодов и присвоенных буквенных обозначений. Стандарт ASTM E230 предоставляет все спецификации для большинства общепромышленных марок, включая буквенные обозначения, цветовые коды (только для США), рекомендуемые пределы использования и полные таблицы зависимости напряжения от температуры для холодных спаев, поддерживаемых на уровне 32 o F и 0 o C.
Существует четыре «класса» термопар:
- Класс домашнего корпуса (называемый основным металлом),
- класс верхней корки (называемый редким или драгоценным металлом),
- класс разреженного металла (тугоплавкие металлы) и ,
- экзотический класс (эталоны и опытно-конструкторские разработки).
Домашние тела – это типы E, J, K, N и T. Верхняя кора – это типы B, S и R, платина – все в разном процентном соотношении. Экзотический класс включает несколько термопар из вольфрамового сплава, обычно обозначаемых как Тип W (что-то).
Температурные преобразования
- o F = (1,8 x o C) + 32
- o C = ( o F – 32) x 0,555
- Kelvin = o C + 273.2
- o Rankin = o F + 459.67
Стандарты ASTM, относящиеся к термопарам
- E 207-00 … Метод испытания материалов отдельных термоэлементов на термоЭДС путем сравнения с вторичным эталоном аналогичных характеристик ЭМП и температуры
- E 220-02 Стандартный метод испытаний для калибровки термопар методами сравнения
- E 230-98e1..Таблицы температурной электродвижущей силы (ЭДС) для стандартизованных термопар
- E 235-88 (1996) e1..Технические требования к термопарам в оболочке типа K для ядерных или других высоконадежных применений
- E 452-02..Метод испытаний для калибровки термопар из тугоплавкого металла с использованием радиационного термометра
- E 574-00..Технические условия для дуплексного провода термопары из недрагоценных металлов с изоляцией из стекловолокна или кремнеземного волокна
- E 585 / E 585M-01a .. Стандартные технические условия для уплотненного минерала -Изолированный кабель термопары из недрагоценных металлов в металлической оболочке
- E 601-81 (1997)..Метод испытаний для сравнения стабильности ЭДС материалов одноэлементных термопар из недрагоценных металлов в воздухе
- E 608 / E 608M-00. Стандартные технические условия на термопары из недрагоценных металлов с минеральной изоляцией и металлической оболочкой
- E 696-00 Стандартные технические условия на провод для термопар из вольфрам-рениевого сплава
- E 710-86 (1997) Стандартный метод испытаний для сравнения стабильности ЭДС термопары из недрагоценных металлов элементы в воздухе с использованием двойных, одновременных индикаторов термо-ЭДС
- E 780-92 (1998) Стандартный метод испытаний для измерения сопротивления изоляции материала термопары в оболочке при комнатной температуре
- E 839-96 Стандартный метод испытаний термопар в оболочке и в оболочке Материал термопары
- E 988-96 (2002) Таблицы стандартной температуры и электродвижущей силы (ЭДС) для вольфрам-рениевых термопар
- E1129 / E1129M-98 Стандартные технические условия для разъемов термопар
- E 1159-98 Стандартные технические условия на материалы термопар, платина -Родиевые сплавы и платина
- E 1350-97 (2001) Стандартные методы испытаний для испытания термопар в оболочке до, Во время и после установки
- E 1652-00 Стандартные технические условия на оксид магния и порошок оксида алюминия и измельчаемые изоляторы, используемые при производстве платиновых термометров сопротивления в металлической оболочке, термопар из недрагоценных металлов и термопар из благородных металлов
- E 1684-00 Стандартные технические условия для миниатюрных разъемов для термопар
- E 1751-00 Стандартное руководство по температуре Таблицы электродвижущей силы (ЭДС) для комбинаций термопар без буквенного обозначения
- E 2181 / E 2181M-01 Стандартные технические условия для благородных металлов с уплотненной минеральной изоляцией и металлической оболочкой Термопары и кабель термопары
RTD и термопара – Sure Controls
В чем разница между резистивным датчиком температуры (RTD) и термопарой? И RTD, и термопары – это датчики, используемые для измерения тепла в таких шкалах, как Фаренгейта и Кельвина.Такие устройства используются в широком диапазоне приложений и настроек, часто ставя перед людьми дилемму выбора использования RTD или термопар. У каждого типа датчика температуры есть свои преимущества и недостатки, которые делают его пригодным для определенных условий и обстоятельств.
Детекторы термометров сопротивления
Электрическое сопротивление металлов повышается по мере увеличения нагрева и нагрева металлов, в то время как их электрическое сопротивление падает по мере уменьшения нагрева и охлаждения металлов.RTD – это датчики температуры, которые используют изменения электрического сопротивления металлов для измерения изменений локальной температуры. Чтобы показания можно было интерпретировать, металлы, используемые в RTD, должны иметь электрическое сопротивление, известное людям и записанное для удобства. В результате медь, никель и платина являются популярными металлами, используемыми в конструкции термометров сопротивления.
Термопары
Термопары – это датчики температуры, в которых используются два разных металла в датчике для создания напряжения, которое может быть считано для определения местной температуры.При изготовлении термопар можно использовать различные комбинации металлов, чтобы обеспечить различные калибровки с различными диапазонами температуры и характеристиками датчика.
Загрузите лист проектирования термопар Sure Controls для получения дополнительной информации.
RTD и термопара
Поскольку термины охватывают весь диапазон датчиков температуры, предназначенных для использования в различных условиях, невозможно сделать вывод, являются ли RTD или термопары лучшим вариантом в целом.Вместо этого более полезно сравнивать характеристики RTD и термопар, используя определенные характеристики, такие как стоимость и диапазон температур, чтобы пользователи могли выбирать, исходя из конкретных потребностей своей организации.
В целом, термопары лучше, чем RTD, когда дело касается стоимости, прочности, скорости измерения и диапазона температур, который может быть измерен с их помощью. Стоимость большинства термопар в 2,5–3 раза меньше, чем у RTD, и хотя установка RTD дешевле, чем установка термопар, экономия затрат на установку недостаточна, чтобы склонить чашу весов.Кроме того, термопары более долговечны и быстрее реагируют на изменения температуры благодаря той же конструкции. Однако главным преимуществом термопар является их диапазон. Большинство RTD ограничены максимальной температурой в 1000 градусов по Фаренгейту. Напротив, некоторые термопары можно использовать для измерения температуры до 2700 градусов по Фаренгейту. РДТ
превосходят термопары тем, что их показания более точны и более воспроизводимы. Повторяемость означает, что пользователи, считывающие одну и ту же температуру, дают одинаковые результаты в нескольких испытаниях.RTD, выдающие более повторяемые показания, означают, что их показания более стабильны, а их конструкция гарантирует, что RTD продолжат выдавать стабильные показания дольше, чем термопары. Кроме того, RTD получает более надежные сигналы, и их легче калибровать показания RTD из-за их конструкции.
Заключение
Вкратце, у каждого RTD и термопары есть свои преимущества и недостатки. Кроме того, каждая марка RTD и термопар имеет свои преимущества и недостатки.
