Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Термопара. Виды, устройство, монтаж термопар.


1. Термопары

Термопара (ТП) - это термоэлектрическое устройство замкнутой цепи, чувствительное к температуре, которое состоит из двух проводников, выполненных из разнородных металлов, которые соединены на обоих концах. Электрический ток создается, когда температура на одном конце или спае, отличается от температуры на другом конце. Это явление носит название эффекта Зеебека, который является основой измерения температуры с помощью термопар.

Один конец называется горячим спаем, а другой конец называется холодным спаем. Измерительный элемент с горячим спаем помещается внутрь оболочки первичного преобразователя, и на него воздействует температура технологического процесса. Холодный спай или опорный спай - это точка подключения вне технологического процесса, где температура известна и где измеряется напряжение. (например, в измерительном преобразователе, на входной плате системы управления или в устройстве формирования сигналов. )

В соответствии с эффектом Зеебека, напряжение, измеряемое на холодном спае, пропорционально разнице температур горячего и холодного спаев. Это напряжение может называться напряжением Зеебека, термоэлектрическим напряжением или термоэлектрической э.д.с. По мере роста температуры горячего спая напряжение, наблюдаемое на холодном спае, также возрастает нелинейно в зависимости от роста температуры. Линейность кривой «температура-напряжение» зависит от сочетания металлов, образующих термопару.


2. Компенсация температуры холодного спая (КХС)

Напряжение, измеряемое на холодном спае, зависит от разницы температур горячего и холодного спаев; поэтому, необходимо знать температуру холодного спая, чтобы рассчитать температуру горячего спая. Этот процесс называется «компенсацией холодного спая» (КХС). КХС выполняется управления, устройством аварийных отключений или другим устройством формирования сигнала. В идеале измерение КХС выполняется как можно ближе к точке измерения, потому что длинные провода термопары очень чувствительны к электрическим помехам, и сигнал в них ухудшается.



Рисунок 2a - Компенсация холодного спая

Точное проведение КХС имеет решающее значение для точности измерения температуры. Точность КХС зависит от двух факторов: точности измерения эталонной температуры и близости точки эталонного измерения к холодному спаю. Во многих измерительных преобразователях используется изотермическая клеммная колодка (часто выполненная из меди) со встроенным прецизионным термистором, ТС или транзистором для измерения температуры колодки.

СОВЕТ: Следует использовать полевые измерительные преобразователи, а не преобразователи с подключением проводами напрямую к диспетчерской.


3. Изготовление термопар

Процесс начинается с выбора высококачественной проволоки из материала, который требуется для термопары изготавливаемого типа. Проволоки соединяются различными способами, включая скручивание, сжатие, пайку, в т.ч. и высокотемпературную, а также различные виды сварки (например, сварка узким швом и сварка встык). Чтобы получить наилучшие рабочие характеристики горячий спай должен быть механически прочным, электрически непрерывным, не загрязнен никакими химическими примесями материалов, использующихся при сварке или пайке. При изготовлении высококачественных термопар большое внимание уделяется выбору марки проволоки и контролю процесса изготовления.

См. рисунок 3a.

Совет: Спай, полученный путем скручивания проволок, очень быстро теряет свои свойства, и использовать такой способ получения спая не рекомендуется.



Рисунок 3a - Способы изготовления горячего спая

 

3.1 Типы спаев

Спаи термопар изготавливаются в различных конфигурациях, каждая из которых имеет свои преимущества для применения в определенных системах. Спаи могут быть заземленными или незаземленными, а двухэлементные термопары могут быть изолированными или неизолированными. См. рисунок 3.1a.



Рисунок 3.1a - Конфигурации горячих спаев

Заземленные спаи термопар образуются, если спай термопары соединяется с оболочкой первичного преобразователя. Заземленные спаи обладают лучшей теплопроводностью, что, в свою очередь, повышает быстродействие. Однако заземление также делает цепи термопар более подверженными влиянию электрических шумов, которые могут искажать сигнал напряжения термопары, если контрольно-измерительный прибор не обеспечивает развязку. (Все высококачественные измерительные преобразователи и платы ввода/ вывода предусматривают электрическую развязку в стандартной комплектации). Заземленный спай также в большей степени подвержен загрязнению химическими примесями со временем.

Незаземленные спаи получаются тогда, когда элементы термопары не соединяются с оболочкой первичного преобразователя, а окружены изолирующим порошком. Незаземленные спаи имеют несколько меньшее быстродействие, чем заземленные спаи, но менее чувствительны к электрическим шумам.

Термопары с открытым спаем имеют горячий спай, выступающий из загерметизированного конца оболочки, обеспечивая высокое быстродействие. Герметизация препятствует попаданию влаги или других загрязнений внутрь оболочки. Обычно такие термопары применяются только в некоррозионных газах, например, в воздуховодах.

3.2 Термопары с двумя чувствительными элементами

Термопары с двумя чувствительными элементами бывают трех разных видов. См. рисунок 3.1a.

Изолированные конструкции имеют место в тех случаях, когда два независимых спая термопары размещаются в одной оболочке. Изолированные спаи могут давать неодинаковые показания температуры, но могут выявлять дрейф показаний вследствие загрязнения одного из элементов химическими примесями. Если один из спаев выходит из строя, это не обязательно влияет на второй спай.

Неизолированные конструкции имеют место, когда два спая термопары помещаются в одну оболочку и все четыре проволоки термопары физически соединяются. Неизолированные спаи дают одинаковые показания температуры для повышения достоверности измерения в данной точке. Однако если один из спаев выходит из строя, это вероятнее всего означает, оба спая отказали одновременно.


4. Типы термопар

Существует много типов термопар, в которых используются различные сочетания металлов. Эти сочетания имеют разные выходные характеристики, которые определяют диапазон температур, в котором можно применять ту или иную термопару, и соответствующий выходной сигнал напряжения. См. рисунок 4a и таблицу 4b. Чем больше амплитуда напряжения на выходе, тем выше разрешение измерения, что повышает повторяемость и точность результатов. Существуют соотношения между разрешением измерения и диапазоном температур, которые делают отдельные типы термопар подходящими для определенных диапазонов и применений.

Рисунок 4a - Зависимости э.д.с. термопары от температуры для широко используемых типов термопар


Таблица 4b - Подробная таблица термопар

нсх

Термоэлектрод

Сочетание металлов

Максимальная температура применения

Возможный диапазон температур

°C

°F

B

р

N

платинородий

платинородий

1825

3320

от 0 до 1820°С от 32 до 3308°F

Е

Р

N

хромель

константан

1220

2230

от-270 до 1 000°С от-454 до 1832Т

J

Р

N

Железо

Константан

1220

2230

от-200 до 1200°С от -328 до 2192Т

К

Р

N

Хромель

алюмель

1400

2550

от-270 до 1372°С от-454 ДО2501Т

N

Р

N

Нихросил

нисил

1340

2440

от -270 до 1300°С от-454 до 2372Т

R

Р

N

платинородий

платина

1770

3215

от-50 до 1768°С от -58 до 3214°F

S

Р

N

платинородий

платина

1770

3215

от-50 до 1768°С от -58 до 3214°F

Т

Р

N

медь

константан

1080

1980

от-270 до 400°С от-454 до 752°F

 

КАКОВЫ ДИАПАЗОНЫ ИЗМЕРЯЕМЫХ ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ТЕРМОПАР?

Существует много типов термопар, в которых используются различные сочетания металлов. Эти сочетания имеют разные выходные характеристики, которые определяют диапазон температур, в котором можно применять ту или иную термопару, и соответствующий выходной сигнал напряжения. Чем больше амплитуда напряжения на выходе, тем выше разрешающая способность измерения, что повышает повторяемость и точность результатов. Существуют соотношения между разрешением измерения и диапазоном температур, которые делают отдельные типы термопар подходящими для определенных диапазонов и применений.

Есть типы термопар, которые способны измерять очень низкие температуры, до - 270°C (-464°F), и другие типы, способные измерять температуры до 1768°C (3214°F).

 

4.1 Термопары типа K, хромель - алюмель

• Хромель (Chromel®) - это сплав, состоящий на 90% из никеля и на 10% из хрома, а Алюмель (Alumel®) - это сплав, содержащий 95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния.

• Термопары типа K - одни из самых распространенных термопар общего назначения, имеющие чувствительность приблизительно 41 мВ/ °C.

• Термоэлектрод из сплава Chromel® имеет положительный потенциал относительно термоэлектрода из сплава Alumel®.

• Это недорогие термопары, их диапазон измеряемых температур составляет от -270°C до +1372°C (от -454°F до +2501°F) и характеристика относительно линейна.

• Содержание никеля делает сплав магнитным и, как и в случае других магнитных металлов, выходной сигнал термопары отклоняется, когда материал достигает своей температуры Кюри, которая составляет примерно 350°C (662°F) для термопар типа K. Температура Кюри - это температура, при которой магнитный материал претерпевает серьезное изменение своих магнитных свойств, что вызывает существенное смещение выходного сигнала.

• Такие термопары можно использовать в постоянно окислительных или нейтральных средах.

• В основном они используются при температурах выше 538°C (1000°F)

• Воздействие серы приводит к преждевременному отказу термопар.

• Эксплуатация при определенных низких концентрациях кислорода вызывает отклонение

в работе, которое называется преимущественным окислением хрома в положительном термоэлектроде, что приводит к состоянию, которое принято называть “зеленой гнилью” и которое вызывает большой отрицательный уход калибровки, наиболее серьезно проявляющийся в диапазоне 816 - 1038 °C (1500 - 1900°F). Это состояние можно предотвратить / уменьшить с помощью вентиляции или инертного уплотнения защитной трубки.

• Не рекомендуется подвергать термопару воздействию температур, циклически меняющихся так, что они становятся выше и ниже 1000 °C (1800 °F), потому что в этом случае выходной сигнал меняется из-за эффектов гистерезиса.

СОВЕТ: Исторически сложилось так, что термопары типа K предлагается использовать всегда, если только нет причин для применения других типов термопар.

4.2 Термопара типа J, железо - константан

• Диапазон измеряемых температур термопар типа J уже, чем у термопар типа К, от -200 до +1200 °C (от 346 до 2193 °F), но у них выше чувствительность, которая составляет порядка 50 мкВ/ °C.

• Они имеют очень близкую к линейной характеристику в диапазоне от 149 до 427 °C (от 300 до 800 °F), а при температуре ниже 0 °C (32 °F) становятся хрупкими

• При температуре Кюри железа, которая составляет 770 °C (1418 °F), происходит резкое и имеющее постоянный характер измерение выходной характеристики, которое определяет практически достижимый верхний предел температуры.

• Железо подвержено окислению при температурах выше 538 °C (1000 °F), что отрицательно влияет

на точность термопар. В таких условиях следует использовать только проволоку крупного диаметра.

• Термопары типа J подходят для применения в вакууме, в восстановительной или инертной среде.

 

• При использовании в окислительной среде срок службы термопар сокращается.

• Оголенные элементы не должны подвергаться воздействию сред, в которых присутствует сера, при температурах выше 538°C (1000°F)

4.3 Термопары типа E, хромель - константан)

• Хромель - это сплав, состоящий из 90% никеля и 10% хрома, и из него изготавливается положительный термоэлектрод

• Константан - это сплав, обычно состоящий из 55% меди и 45% никеля

• Термопары типа E имеют диапазон измеряемых температур от -270 до 1000°C (от -454°F до 1832°F)

• Это немагнитные термопары, и они имеют наибольшее изменение выходного напряжения в зависимости от температуры среди всех стандартных типов термопар (68 мкВ/ °C)

• Они также имеют большую тенденцию к дрейфу показаний по сравнению с другими типами.

• Такие термопары рекомендуется использовать в постоянно окислительных или инертных средах.

• Пределы их погрешностей при использовании при температурах ниже нуля не установлены.

4.4 Термопары типа T, медь - константан

• Термопары типа T имеют чувствительность 38 мкВ/

°C и диапазон измеряемых температур от -270°C до 400°C (от -454°F до 752°F)

• Их можно использовать в окислительных, восстановительных или инертных средах, а также в вакууме

• Они имеют высокую стойкость к коррозии во влажной среде.

• Такие термопары демонстрируют хорошую линейность характеристики и обычно используются при температурах от очень низких (криогенных) до средних.

4.5 Термопары типа N, нихросил - нисил

• Нихросил - это никелевый сплав, содержащий 14,4% хрома, 1,4% кремния и 0,1% магния, и являющийся положительным плечом в термопаре

• Нисил - это сплав никеля и 4,4% кремния

• Термопара типа N - это самая новая конструкция, одобренная международными стандартами, и ее применение во всем мире растет.

• Эти сплавы позволяют термопарам типа N достигать значительно более высокой термоэлектрической стабильности, чем у термопар из основных металлов типа E, J, K и T.

• Термопары типа N имеют чувствительность 39 мкВ/

°C и возможный диапазон температур от -270°C до 1300Т(от -454 °F до 2372 °F)

• Термопары типа N надежно эксплуатировались в течение продолжительного времени при температурах по крайней мере до 1200 °C (2192 °F)

• Некоторые исследования показали, что в окислительных средах термоэлектрическая стабильность термопар типа N примерно такая же, как у термопар из благородных металлов типа R и S при температурах примерно до 1200 °С (2192 °F)

• Термопары типа N не следует использовать в вакууме или восстановительных средах, или в средах которые меняются с восстановительных на окислительные.

4.6 Термопары типов R и S, платинородий-платина

• Термопары типа R (платина-13% родия / платина) и типа S (платина-10% родия / платина) имеют возможный температурный диапазон от -50 до 1768°C (от 58°F до 3214°F)

• Оба эти типа имеют чувствительность порядка 10 мкВ/ °C и таким образом не подходят для применения при низких температурах, где лучше использовать другие типы.

• Поскольку они изготавливаются из платинового сплава, они достаточно дорогие и обычно используются при очень высоких температурах, где другие термопары работают плохо.

• Благодаря высокой стабильности, термопары типа S используются для определения Международной температурной шкалы между точкой замерзания сурьмы (630,5°C / 1166,9°F) и точкой плавления золота (1064,43°C (1945,4°F))

• Для правильной установки требуется, чтобы термопара была защищена неметаллической защитной трубкой и керамическими изоляторами.

• Длительное воздействие высоких температур вызывает рост зерен металла и может привести

к механическому отказу и отрицательному уходу показаний из-за диффузии родия в термоэлектрод из чистой платины, а также из-за улетучивания родия.

• Вообще термопары типа R используются в промышленности, а термопары типа S в основном используются в лабораториях.

4.7 Термопары типа B, платинородий - платинородий

• Термопары типа B (платина-30% родия / платина-6% родия) имеют возможный диапазон температур примерно от 0 °C до 1820 °C (от 32 °F до 3308 °F).

• Термопары типа B обычно размещаются в чистом воздухе / окислительных средах, но не должны подвергаться воздействию восстановительных сред.

• Повышенное содержание родия в термопарах типа B помогает уменьшить рост зерна, позволяя несколько увеличить температурный диапазон по сравнению с термопарами типа R и S..


5. Стандарты на цвета проводников термопар

Проводники термопар состоят из двух отдельных термоэлектродов (положительного и отрицательного), имеющих цветную изоляцию. Ввиду эффекта Зеебека провода термопар имеют определенную полярность, поэтому положительные и отрицательные провода необходимо подключать к правильным клеммам. Имеются разнообразные стандарты на цвета изоляции проводников для идентификации каждого типа

термопар. См. таблицу 5a В разных стандартах используются уникальные цвета проводов, чтобы отличать положительные и отрицательные выводы. В Северной Америке обычно отрицательный вывод имеет красную изоляцию в соответствии со стандартом ASTM E230. Но самым широко используемым в мире стандартом на провода термопар является IEC 60584, согласно которому отрицательный провод обычно белый. Ясно, что стандарты, согласно которым термопара изготовлена, должны быть известны, чтобы правильно подключать провода по их цветам. Существуют другие стандарты, используемые в различных странах, включая BS1843 (Великобритания и Чешская республика), DIN43710 (Германия), JIS-C1610 (Япония) и NFC 42-324 (Франция). См. таблицу 5a.

СОВЕТ: Пользователь должен проверить, какой стандарт используется на его предприятии, и убедиться в том, что цветовая кодировка доведена до сведения персонала, занимающегося установкой, пусконаладкой и техническим обслуживанием.


6. Удлинительные провода

Удлинительные провода используются либо для связи термопар с системой управления / контроля, либо для соединения их с удаленным измерительным преобразователем. Удлинительные провода термопар, за очень редким исключением, выполняются из того же металла, что и провода термопар. Если металлы не соответствуют друг другу, на каждом конце удлинительного провода создаются дополнительные холодные спаи, которые существенно влияют на измерение температуры. На рисунке 6a видно, что если медные провода используются для подключения термопары, создается «предварительный холодный спай», который может вызывать значительную погрешность, существенно варьирующуюся с изменением температуры окружающей среды вокруг спая 1. Измеряемое напряжение термопары с медными удлинительными проводами не равно измеряемому напряжению термопары с правильными удлинительными проводами. Фактически, если используются медные удлинительные провода, почти невозможно получить какую-либо температуру технологического процесса с приемлемой точностью по измеряемому напряжению.



Рисунок 6a - Несколько спаев, появляющихся при использовании разнородных удлинительных проводов

 


Таблица 5a - Международная кодировка цветов изоляции термопар

Тип термопары

Североамериканский стандарт ASTM Е230

Международный стандарт IEC 60584

Стандарт Великобритании BS 1843

Немецкий стандарт DIN 43710

Японский стандарт JIS С1610

Французский стандарт NFC 42-324

Цвет проводов термопары

Цвет удлинительных проводов

В

не применяется

не применяется

не применяется

- Проводник: Красный

+ Проводник: Серый

Оболочка: Серый

- Проводник: Белый

+ Проводник: Серый

Оболочка: Серый

не применяется

не применяется

не применяется

- Проводник: Серый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Серый

- Проводник: Серый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Серый

не применяется

не применяется

не применяется

Е

- Проводник:Красный

+ Проводник: Пурпурный

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Красный

+ Проводник: Пурпурный

Оболочка: Пурпурный

- Проводник: Белый

+ Проводник: Пурпурный

Оболочка: Пурпурный

- Проводник: Синий

+ Проводник: Коричневый

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Чёрный

+ Проводник: Красный

Оболочка: Чёрный

- Проводник: Белый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Пурпурный

- Проводник: Пурпурный

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Пурпурный

J

- Проводник:Красный

+ Проводник: Белый

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Красный

+ Проводник: Белый

Оболочка: Чёрный

- Проводник: Белый

+ Проводник: Чёрный

Оболочка: Чёрный

- Проводник: Синий

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Чёрный

- Проводник: Синий

+ Проводник: Красный

Оболочка: Синий

- Проводник: Белый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Желтый

- Проводник: Чёрный

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Чёрный

К

- Проводник:Красный

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Красный

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Желтый

- Проводник: Белый

+ Проводник: Зеленый

Оболочка: Зеленый

- Проводник: Синий

+ Проводник: Коричневый

Оболочка: Красный

- Проводник: Зелёный

+ Проводник: Красный

Оболочка: Зелёный

- Проводник: Белый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Синий

- Проводник: Пурпурный

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Желтый

N

- Проводник:Красный

+ Проводник: Оранжевый

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Красный

+ Проводник: Оранжевый

Оболочка: Оранжевый

- Проводник: Белый

+ Проводник: Розовый

Оболочка: Розовый

- Проводник: Синий

+ Проводник: Оранжевый

Оболочка: Оранжевый

не применяется

не применяется

не применяется

не применяется

не применяется

не применяется

не применяется

не применяется

не применяется

R

не применяется

не применяется

не применяется

- Проводник: Красный

+ Проводник: Чёрный

Оболочка: Зелёный

- Проводник: Белый

+ Проводник: Оранжевый

Оболочка: Оранжевый

- Проводник: Синий

+ Проводник: Белый

Оболочка: Зелёный

- Проводник: Белый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Белый

- Проводник: Белый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Чёрный

- Проводник:Зелёный

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Зелёный

S

не применяется

не применяется

не применяется

- Проводник: Красный

+ Проводник: Чёрный

Оболочка: Зелёный

- Проводник: Белый

+ Проводник: Оранжевый

Оболочка: Оранжевый

- Проводник: Синий

+ Проводник: Белый

Оболочка: Зелёный

- Проводник: Белый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Белый

- Проводник: Белый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Чёрный

- Проводник:Зелёный

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Зелёный

Т

- Проводник:Красный

+ Проводник:Синий

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Красный

+ Проводник: Синий

Оболочка: Синий

- Проводник: Белый

+ Проводник: Коричневый

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Синий

+ Проводник: Белый

Оболочка: Синий

- Проводник: Коричневый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Белый

+ Проводник: Красный

Оболочка: Коричневый

- Проводник: Синий

+ Проводник: Желтый

Оболочка: Синий

 

В некоторых случаях, когда экономические соображения могут не позволять использовать дорогостоящие удлинительные провода из редких металлов, таких как платиновые сплавы, используемые в термопарах типа R, S и B, можно использовать в узком диапазоне менее дорогие медные сплавы, которые имеют э. д.с., похожую на э.д.с. самой термопары. Такие выводы называются «компенсационными проводами» и они несколько снижают вышеуказанную погрешность.

Совет: Имеется множество факторов, отрицательно влияющих на измерения с помощью дистанционно смонтированных термопар, включая

- возможные погрешности, которые могут вноситься в измерение с помощью термопар из-за ЭМП и РЧП при применении удлинительных проводов или компенсационных проводов,

- стоимость специальных проводов,

- стоимость замены удлинительных проводов термопар на регулярной основе

- возможность ошибок при подключении проводов из-за несоблюдения цветовой кодировки.

Учитывая все это, настоятельно рекомендуется применять измерительные преобразователи, монтируемые непосредственно на первичный преобразователь, везде, где это возможно.


7. Способы монтажа

Так как термопары изготавливаются с использованием таких же размеров , что и ТС, описанные выше способы монтажа применимы и к термопарам. См. п. 3.2.3.3 выше в разделе, посвященном ТС.


8. Точность термопар

На точность термопар влияют несколько факторов, включая тип термопары, ее диапазон измеряемых температур, чистоту

материала, электрические шумы (ЭМП и РЧП), коррозию, ухудшение свойств спая и процесс изготовления. Термопары выпускаются со стандартным классом допуска или специальным классом допуска, которые называются классом 2 и классом 1, соответственно. Наиболее часто применяемым международным стандартом является IEC-60584-2. В США чаще всего применяется стандарт ASTM E230. Каждый стандарт устанавливает пределы допусков, которым должны соответствовать изделия. См. таблицу 8a и таблицу 8b.


Таблица 8a - Требования к допускам термопар для обеспечения соответствия стандарту IEC 60584-2

Типы

Класс точности 1

Класс точности 2

Класс точи ости 3 1)

Тип Т

Температурный диапазон

-40 °С до +125 °С

-40 °С до+133 °С

-67 °С до +40 °С

Точность

±0. 5° С

±1 °С

±1 °С

Температурный диапазон

125 °С до 350 °С

133 °С до 350 °С

-200 °С до -67 °С

Точность

±0.004 • | t |

±0.0075 • | t |

±0.015- | t |

Тип Е

Температурный диапазон

-40 °С до +375 °С

-40 °С до +333 °С

-167 °С до +40 °С

Точность

±1.5 °С

±2.5 °С

±2.5 °С

Температурный диапазон

375 °С до 800 °С

333 °С до 900 °С

-200 °С до-167 °С

Точность

±0.004 • | t |

±0.0075 • | t |

±0.015- | t |

Тип J

Температурный диапазон

-40 °С до +375 °С

-40 °С до +333 °С

Значение допуска

±1. 5 °С

±2.5 °С

Температурный диапазон

375 °С до 750 °С

333 °С до 750 °С

Значение допуска

±0.004 • | t |

±0.0075 • | t |

Тип К,

Тип N

Температурный диапазон

0°С до 1100 °С

-40 °С до +333 °С

-167 °С до +40 °С

Точность

±1 °С

±2.5 °С

±2.5 °С

Температурный диапазон

1100°С до 1600°С

333 °С до 1200 °С

-200 °С до-167 °С

Точность

±[1 +0,003 (t-1100)] °с

±0.0075 • | t |

±0.015- | t |

Тип R,

тип S

Температурный диапазон

0°С ДО 1100 °С

0 °С до +600 °С

Точность

±1 °с

±1. 5 °С

Температурный диапазон

1100°С до 1600°С

600 °С до 1600 °С

Точность

±[1 +0,003 (t-1100)] °с

±0.0025 • | t |

Тип В

Температурный диапазон

600 °С до 800 °С

Точность

+4 °С

Температурный диапазон

600 °С до 1700 °С

800 °С до 1700 °С

Точность

±0.0025 • | t |

±0.005- | t |

1) Материалы термопар обычно поставляются таким образом, чтобы они отвечали производственным допускам, указанным в таблице для температур выше -40 °C. Однако эти материалы могут не укладываться в производственные допуски при низких температурах, указанных в колонке класса 3 для термопар типа T, E, K и N . Если требуется, чтобы термопары соответствовали предельным значениям класса 3, а также класса 1 или 2, заказчик должен указать это, поскольку в этом случае обычно требуется выбирать материалы

 

Допуски на значения э.д.с. в зависимости от температуры для термопар

ПРИМЕЧАНИЕ 1 - Допуски в этой таблице применяются к новым, практически однородным проводам термопар, обычно имеющим диаметр в диапазоне 0,25 - 3 мм и используемым при температуре, не превышающей рекомендуемые предельные значения таблицы 6 . Если изделия используются при более высоких температурах, эти допуски могут оказаться неприменимы.

ПРИМЕЧАНИЕ 2 - При данной температуре, указанной в градусах °C, точность, указанная в °F, в 1,8 раза больше, чем точность, указанная в °C. В тех случаях, когда точность указывается в процентах, значение в процентах применяется к измеряемой температуре, выражаемой в градусах Цельсия. Чтобы определить точность в градусах Фаренгейта, умножьте точность в градусах Цельсия на 9/5.

ПРИМЕЧАНИЕ 3 - Внимание: Пользователи должны иметь информацию об определенных характеристиках материалов термопар, включая то, что зависимость э.д.с. от температуры может меняться со временем; следовательно, результаты испытаний и эксплуатационные характеристики, полученные на момент изготовления, не обязательно могут оставаться постоянными в течение всего продолжительного периода эксплуатации. Точности, указанные в этой таблице, применимы только к новым проводам, поставленным пользователю, и не учитывают изменений характеристик в ходе эксплуатации. Величина такого изменения будет зависеть от таких факторов, как размер термоэлектрода, температура, время воздействия и окружающая среда. Кроме того, следует заметить, что ввиду возможных изменений однородности, попытка повторной калибровки бывших в эксплуатации термопар вероятнее всего даст неправильные результаты, и проводить ее не рекомендуется. Но может оказаться целесообразным сравнение бывшей в употреблении термопары на месте с новыми или гарантированно обладающими хорошими точностными характеристиками термопарами, чтобы убедиться в ее пригодности для дальнейшей эксплуатации в условиях, в которых проводилось сравнение.

Таблица 8a - Требования к допускам термопар для обеспечения соответствия стандарту ASTM E230-11

 

Температурный диапазон

Точность- эталонный спай при 0 °С [ 32 °F ]

Тип термопары

°С

°F

Допустимое отклонение

Специальные допуски

°С (в зависимости от того, что больше)

°F

°С (в зависимости от того, что больше)

°F

T

J

К или N

R или S

В

от 0 до 370

от 32 до 700

±1,0 или ±0,75%

Примечание 2

±0,5 или ±0,4%

Примечание 2

от 0 до 760

от 32 до 1400

±2,2 или ±0,75%

±1,1 или ±0,4%

от 0 до 870

от 32 до 1600

±1,7 или ±0,5%

±0,01 °С или ±0. ,4%

От 0 до 1260

от 32 до 2300

±2,2 °С или ±0,75%

±1,1 Тили ±0,4%

от 0 до 1480

от 32 до 2700

±1,5 °С или ±0,25%

±0,6 °С или ±0,1%

от 870 до 1700

от 1600 до 3100

±0,5%

±0,25%

С

От 0 до 2315

от 32 до 4200

±4,4 или 1%

Примечание 2

Применимо примечание

 

ТA

*EA

КA

от -200 до 0

от -328 до 32

±1,0 или ±1.5%

 

В

 

от -200 до 0

от -328 до 32

±1,7 или ±1%

В

от -200 до 0

от -328 до 32

±2,2 или ±2%

В

* Указанные стандартные допуски не применимы к термопарам типа E с минеральной изоляцией, с металлической оболочкой (MIMS). Стандартные допуски для термопар MIMS типа E соответствуют большему из значений ±2,2 °C или ±0,75% в диапазоне от 0 до 870 °C и большему из значений ±2,2 °C или ±2% в диапазоне от -200 до 0 °C.

A Термопары и материалы термопар обычно поставляются таким образом, чтобы они соответствовали допустимым отклонениям, указанным в таблице для температур выше 0 °C. Однако эти же материалы могут не укладываться в допуски при температурах ниже 0 °C во второй части таблицы. Если требуется, чтобы материалы соответствовали допускам, указанным для температур ниже 0° C, покупатель должен указать это при оформлении заказа. Обычно в этом случае требуется подбор материалов.

B Специальные допуски для температур ниже 0 °C трудно подтвердить ввиду ограниченного объема имеющейся информации.

Тем не менее, при обсуждении поставки между покупателем и поставщиком рекомендуется руководствоваться следующими значениями для термопар типа E и T :

Тип E, от -200 до 0 °C, ±1,0 °C или ±0,5% (в зависимости от того, что больше)

Тип Т, от -200 до 0 °C, ±0,5 °C или ±0,8% (в зависимости от того, что больше)

Начальные значения допуска для термопар типа J при температурах ниже 0 °C и специальных допусков для термопар типа K при температурах ниже 0 °C не указаны из-за характеристик материалов. Данных по термопарам типа N при температурах ниже 0 °C в настоящее время нет.


Быстродействие измерения

Динамическое быстродействие первичного преобразователя может быть важно, если температура технологического процесса меняется быстро и в систему управления необходимо подавать быстро меняющиеся входные сигналы. Первичный преобразователь, установленный непосредственно в технологическую линию, будет иметь большее быстродействие, чем первичный преобразователь с защитной гильзой.

Важно отметить, что если никакой защитной гильзы не применяется, чувствительный элемент подвергается воздействию среды технологического процесса и его невозможно заменить, не прерывая потока, для чего часто требуется останавливать технологический процесс и опорожнять технологическую систему. Указания по проектированию на большинстве производств не позволяют использовать первичные преобразователи без защитных гильз. Такие установки гораздо менее безопасны с точки зрения возможной разгерметизации технологических установок, в них возможны более частые выходы из строя первичных преобразователей из-за воздействия неблагоприятных условий технологического процесса, и они часто требуют дорогостоящих остановок технологического процесса для замены отказавшего первичного преобразователя. Применение защитных гильз решает эту проблему.

Но если используется защитная гильза, очевидно, что время реакции увеличивается (быстродействие уменьшается) из-за возрастания тепловой массы узла. Ключом к оптимизации быстродействия является уменьшение массы при сохранении достаточной физической прочности, чтобы узел выдерживал давление технологического процесса и силы, создаваемые потоком среды. Защитные гильзы меньшего диаметра обеспечивают более высокое быстродействие, так как требуется нагревать и охлаждать меньшее количество материала. Также важно правильно установить первичный преобразователь, чтобы добиться высокого быстродействия. Первичный преобразователь должен быть достаточно длинным, чтобы его конец касался дна защитной гильзы для обеспечения хорошей теплопроводности. Диаметр первичного преобразователя также должен быть таким, чтобы он плотно входил в защитную гильзу и воздушный зазор между первичным преобразователем и защитной гильзой был минимален. Кроме того, быстродействие улучшается путем использования подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем. Характеристики измеряемой среды также влияют на быстродействие, особенно ее скорость потока и плотность. Быстро движущаяся среда передает тепло и меняющуюся температуру лучше, чем медленно движущаяся, а более плотные среды (жидкости) являются лучшими проводниками тепла, чем среды с малой плотностью (газы).

Сравнение быстродействия систем измерения температуры, использующих термопару без защитной гильзы или ТС без защитной гильзы в системе с текущей водой показало, что заземленный конец термопары имеет быстродействие примерно в 2 раза выше, чем подпружиненный датчик ТС. При измерениях в потоке воздуха ТС работает несколько быстрее, чем термопара.

Однако эти преимущества существенно нивелируются, если не исчезают полностью, когда первичный преобразователь устанавливается в защитную гильзу. Масса защитной гильзы настолько велика по сравнению с массой первичного преобразователя, что она очевидно оказывает доминирующее влияние на быстродействие системы.

При использовании первичного преобразователя диаметром 6 мм (1/4 дюйма) в системе измерения температуры воды, быстродействие термопары и ТС примерно одинаковое, а при использовании первичного преобразователя диаметром 3 мм, термопара несколько быстрее, чем ТС. При измерении температуры воздуха быстродействие термопар и ТС примерно одинаковое при использовании как 3-миллиметровых (1/8 дюйма), так и 6-миллиметровых первичных преобразователей.

Поскольку в очень малом количестве технологических процессов используются для измерения первичные преобразователи без защитных гильз, изначально присущее термопарам преимущество в быстродействии значительно нивелируется. Вдумчивый разработчик выбирает наилучший первичный преобразователь для данной системы, основываясь на множестве других факторов, и не руководствуется вводящими в заблуждение утверждениями, которые можно слышать так часто: «термопары всегда быстрее, чем ТС».


Многоточечные первичные преобразователи и первичные преобразователи для измерения температурного профиля

Многоточечные первичные преобразователи температуры для измерения температурного профиля измеряют температуры в различных точках вдоль линии. Они нашли широкое применение в химической и нефтехимической отраслях для снятия распределения температур в баках, реакторах, установках каталитического крекинга и дистилляционных установках или колоннах фракционирования. Многоточечные первичные преобразователи температуры для снятия распределения температуры обеспечивают экономичное, легко устанавливаемое и обслуживаемое решение сбора данных.

Эти первичные преобразователи для снятия распределения температуры способны обеспечивать измерение в нескольких точках, от 2 до 60, в одной защитной трубке с одной точкой ввода в установку. Первичными преобразователями могут быть либо датчики ТС, либо термопары, в зависимости от требований конкретной системы. Полные данные см. в листах технических данных поставщиков, а также см. главу 9, где приведены некоторые примеры применения таких первичных преобразователей.

Заключение

В этой главе мы подробно рассмотрели теорию, расчет, конструкцию, установку и эксплуатацию двух первичных преобразователей температуры, наиболее широко применяемых в промышленных технологических процессах - термопреобразователей сопротивления и термопар. Из сказанного выше о точности и эксплуатационных характеристиках каждого из типов первичных преобразователей можно сделать вывод, что существует множество факторов, влияющих на принятие решения, которые необходимо учитывать при выборе правильного первичного преобразователя для конкретной системы.

В некоторых системах с высокими температурами термопары являются единственным возможным решением, а в других системах могут работать любые первичные преобразователи. При принятии решения следует руководствоваться и другими соображениями, включая требуемую точность системы измерения, эксплуатационные характеристики при длительной эксплуатации и стоимость эксплуатации.

Термопара - принцип работы | Сиб Контролс

Принцип работы термопар

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

 

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

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

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

Мы можем выразить эту связь математически следующим образом:

Vmeter = VJ1 − VJ2

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

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

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

Студенты и профессионалы очень часто находят общий принцип влияния «холодного» спая и его эффектов невероятно запутанным. Чтобы разобраться в данном вопросе, необходимо вернуться к простому контуру с железо - медными проводами, показанному ранее как «отправная точка», а затем вывести поведение данного контура, применяя первый закон Кирхгоффа: алгебраическая сумма напряжений в любом контуре должна быть равна нулю. Мы знаем, что соединение разнородных металлов создает напряжение, если его температура выше абсолютного нуля. Мы также знаем, что с тем, чтобы сделать полный контур из железного и медного провода, мы должны сформировать второе соединение железа и меди, полярность напряжения этого второго соединения будет обязательно противоположной полярности первого. Если мы обозначим первое соединение железа и меди как J1, а J2 второе, мы абсолютно уверенны в том, что напряжение, измеренное вольтметром в этой схеме, будет VJ1 − VJ2.

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

Термопары. Конструкции, типы, характеристики термопар. Метотехника

ПРОДУКЦИЯ


 

Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

 

8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

(800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
e-mail: [email protected]

Нихром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Фехраль

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нихром в изоляции

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Титан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Вольфрам

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Молибден

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Кобальт

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Термопарная проволока

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Провода термопарные

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Никель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Монель

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Константан

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Мельхиор

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Твердые сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Порошки металлов

Продукция

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Нержавеющая сталь

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Жаропрочные сплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ферросплавы

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Олово

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Тантал

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ниобий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Ванадий

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Хром

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Рений

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Прецизионные сплавы

Продукция

Описание

Магнитомягкие

Магнитотвердые

С заданным ТКЛР

С заданной упругостью

С высоким эл. сопротивлением

Сверхпроводники

Термобиметаллы

Термопары широко применяются для измерения температур благодаря своим характеристикам. Данные средства дают высокую точность измерений, позволяют проводить их в широком диапазоне температур, а также имеют достаточно простое устройство и достаточно надежны.

Среди большого количества типов термопар стоит выделить термопары хромель-алюмель, хромель-копель, ВР5/ВР20, которые являются наиболее востребованными ввиду своих характеристик.

На странице представлена информация о принципе работы, конструкциях, типах и характеристиках термопар.


Принцип работы и конструкции термопар

В простейшем случае термопара представляет из себя два разнородных проводника, которые образуют замкнутую электрическую цепь. Для получения такой цепи концы проводников соединяют друг с другом с помощью пайки, сварки или скрутки.

Если поместить один конец (спай) термопары в среду с температурой T1, а другой - с температурой T2, то в цепи будет протекать электрический ток, который вызывается термо-ЭДС. Данное явление получило название эффект Зеебека. При этом величина термо-ЭДС зависит только от разности температур спаев и материалов проводников. Таким образом, по изменению величины термо-ЭДС можно определить соответствующее изменение температуры. Проводники принято называть термоэлектродами, а места соединения проводников - спаями.

Схема простейшей термопары. t1 > t2. А - положительный термоэлектрод, В - отрицательный термоэлектрод. Спай с температурой t1 - горячий спай (рабочий конец), с температурой t2 - холодный спай (свободный конец). Стрелками показано направление тока.


На практике температуру измеряют с помощью термоэлектрического термометра, в котором термопара является чувствительным элементом. Помимо нее в такой системе присутствуют и другие компоненты, которые, например, измеряют термо-ЭДС и преобразуют полученные значения в градусы.

Основными факторами, которые определяют конструкцию термопары, являются условия ее эксплуатации. Основные из них: диапазон измеряемых температур и свойства среды, в которой осуществляются измерения. Перечисленные факторы влияют на способ соединения термоэлектродов в рабочем спае, изоляции термоэлектродов, защиты термопары.

Соединение термоэлектродов может проводиться с помощью сварки, спайки или скрутки. В зависимости от диапазона измеряемых температур термоэлектроды могут быть изолированы друг от друга с помощью воздуха или специальных керамических трубок. В зависимости от свойств среды, в которой осуществляются измерения, термопара может иметь защитный чехол.

Конструкция термопары. 1 - защитная гильза, 2 - неподвижный штуцер (существуют варианты исполнения с передвижным штуцером), 3 - головка, 4 - розетка из изоляционного материала с зажимами для присоединения термоэлектродов и удлиняющих проводов, 5 - патрубок с сальниковым уплотнением, 6 - соединительная трубка, 7 - термоэлектроды.

Типы термопар и их характеристики

Наиболее распространенной классификацией термопар является классификация по типу материалов, из которых изготовлены термоэлектроды. Например, благородные металлы, тугоплавкие и другие. Ниже представлены типы термопар, разделенные по указанному принципу.

Термопары из неблагородных металлов

Наиболее широким классом термопар являются термопары, изготовленные из неблагородных металлов. Среди наиболее используемых можно выделить термопары хромель-алюмель, хромель-копель, железо-константан.

Термопара хромель-алюмель (ТХА, тип K)

  • Используется для измерения температур в диапазоне от -200 °С до +1100 (+1300) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • В диапазоне температур от 200 до 500 °С может возникнуть эффект гистерезиса, когда показания при нагревании и охлаждении могут различаться. В некоторых случаях разница достигает 5 °С.
  • Работает в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода.
  • После термического старения показания снижаются.
  • Может произойти изменение термо-ЭДС при использовании в разряженной атмосфере, т.к. хром может выделяться из Ni-Cr вывода (так называемая миграция). При этом термопара показывает заниженную температуру.
  • Атмосфера серы вредна для термопары, т.к. негативно воздействует на оба электрода.
Термопара хромель-копель (ТХК, тип L) и хромель-константан (ТХКн, тип E)
  • Используется для измерения температур в диапазоне от -200 °С до +800 (+1100) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • Обладает самой высокой чувствительностью из всех промышленных термопар.
Термопара железо-константан (ТЖК, тип J)
  • Используется для измерения температур в диапазоне от -203 °С до +750 (+1100) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • Работает в восстановительной и окислительной средах.
  • Хорошо работает в разряженной атмосфере.
  • При температурах выше 500 °С необходимо наличие газоплотной защиты термопары, если в среде измерения присутствует сера.
  • Обладает высокой чувствительностью.
  • Имеет невысокую стоимость, так как в состав термопары входит железо.
  • На электроде из железа может образоваться ржавчина из-за конденсации влаги.
  • Показания повышаются после термического старения.
Термопара медь-константан (ТМК, тип Т) и медь-копель (ТМК, тип M)
  • Используется для измерения температур в диапазоне от -250 °С до +400 (+600) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • Может работать в окислительной или восстановительной атмосфере, а также в вакууме.
  • Наиболее точная термопара для измерения темпераур 0-250 °С.
  • Не рекомендуется использование термопар данного типа при температурах выше 400 °С.
  • Не чувствительна к повышенной влажности.
  • Оба термоэлектрода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.
Термопара нихросил-нисил (ТНН, тип N)
  • Используется для измерения температур до +1200 (+1250) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • Это относительно новый тип термопары, разработанный на основе термопары типа К. Термопара типа К может легко загрязняться примесями при высоких температурах. Сплавляя оба электрода с кремнием, можно тем самым загрязнить термопару заранее, и таким образом снизить риск дальнейшего загрязнения во время работы.
  • Высокая стабильность при температурах от 200 до 500 °С (значительно меньший гистерезис, чем для термопары типа К).
  • Считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.

Термопары из тугоплавких металлов

К данному классу относятся термопары, предназначенные для измерения высоких температур.

Термопара ВР5-ВР20 (ТВР, тип A)

  • Используется для измерения высоких температур в диапазоне от +1300 °С до +2500 (+3000) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • Может работать в инертной атмосфере или вакууме.
  • Обладает хорошими механическими свойствами при высоких температурах.
Термопара вольфрам-молибден (ТВМ)
  • Используется для измерения высоких температур в диапазоне от +1400 °С до +1800 (+2400) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • Может работать в инертной среде, среде водорода или вакууме.
  • Имеет невысокую стоимость по сравнению с другими термопарами для измерения высоких температур.
  • Имеет низкую чувствительность.

Термопары из благородных металлов

Данные термопары являются самыми точными и часто применяются в качестве эталонных.

Термопара платинородий-платина (ТПП, тип S, R)

  • Используется для измерения температур в диапазоне от 300 °С до +1400 (+1600) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • Может работать в окислительной и инертной атмосфере. При наличии защиты может использоваться в восстановительных средах.
  • Не рекомендуется применение ниже 300 °С, т.к термо-ЭДС в этой области мала и крайне нелинейна.
  • Дает высокую точность измерений.
  • Имеет хорошую воспроизводимость и стабильность термо-ЭДС.
  • Используется в качестве эталонной термопары.
  • Имеет высокую стоимость.
  • Чувствительна к химическим загрязнениям металлическими и неметаллическими примесями.
Термопара платинородий-платинородий (ТПР, тип B)
  • Используется для измерения температур в диапазоне от 600 °С до +1600 (+1800) °С. В скобках указана максимальная температура при кратковременном измерении.
  • Может работать в окислительной и нетральной среде. Возможно использование в вакууме. При наличии защиты может использоваться в восстановительных средах.
  • Не рекомендуется применение при температуре ниже 600 °С, где термо-ЭДС очень мала и нелинейна.
  • Дает высокую точность измерений.
  • Имеет хорошую воспроизводимость и стабильность термо-ЭДС.
  • Используется в качестве эталонной термопары.
  • Имеет высокую стоимость.
  • Чувствительна к химическим загрязнениям металлическими и неметаллическими примесями.

принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.

Стандартная термопара
Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термопары

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Спай термопары

В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.

Цепь термопары

Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.

Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.

Воздействие нагрева одного спая термопары

Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Рабочий спай и холодный спай

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Типы термопар и диапазон их температур

Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными. Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.

Цвет изоляции проводов термопар

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Потенциометр

Конструкция термопар. Статьи. Поддержка. ТД Эталон

В производственных процессах, где температурный контроль имеет решающее значение, широкое применение нашли термоэлектрические термометры, в основе которых лежат термопары. Они являются одними из самых распространенных средств измерения температуры. Об этом свидетельствует большое количество типов термопар, а также наличие стандартов, регламентирующих требования и характеристики.

Конструкции термоэлектрических преобразователей разнообразны. В целом, термопара представляет собой две проволоки из разнородных материалов, нагреваемые концы которых скручиваются, а затем свариваются или реже, в специальных случаях - спаиваются. Для предохранения от воздействия среды, термоэлектроды помещаются в защитную арматуру.

Один из вариантов конструктивного исполнения термопары:

1 – чувствительный элемент, состоящий из двух разнородных термоэлектродов, сваренных между собой на конце 2 (горячий спай).

Термоэлектроды армируют изоляцией* 3 по всей длине и размещают в защитную арматуру 4.

* В качестве изоляции применяются одно- или двухканальные трубки, или бусы из фарфора (при температуре до 1300°С) и окислы алюминия, магния или бериллия (свыше 1300°С.)

В головке 5, снабженной крышкой 6, штуцером под кабель 7, находится розетка с клеммами 8 для присоединения к измерительному прибору посредством удлиняющего кабеля.

9 – неподвижный штуцер*

*Возможны варианты исполнения с передвижным штуцером.

L – длина монтажной (рабочей) части термоэлектрического преобразователя, которая погружается в среду измерения, различна для каждого конкретного типа термопары.

Термопары различаются:

  • По способу контакта с измеряемой средой: погружаемые, поверхностные

 

  • По условиям эксплуатации: стационарные, переносные, разового применения, многократного применения, кратковременного применения

 

  • По защищенности от воздействия окружающей среды: обыкновенные, водозащищенные, защищенные от агрессивных сред, взрывозащищенные, защищенные от других механических воздействий

 

  • По герметичности к измеряемой среде: негерметичные, герметичные

 

  • По степени тепловой инерционности*: малой МИ (до 40 сек.), средней СИ (до 1 минуты), большой БИ (до 3,5 минут), ненормированной НИ

ТПП-0201 – показатель тепловой инерции 7 с

ТХА-9626 - показатель тепловой инерции 300 с

ТСП-9201 - показатель тепловой инерции, в зависимости от исполнения: 6,5 с; 20 с; 40 с

*Свойство, определяющее, как быстро термопара реагирует на изменение температуры среды, в которой осуществляются измерения, называется тепловой инерционностью.

 

  • По устойчивости к механическим воздействиям: обыкновенные, виброустойчивые

ТХА-9204 – устойчивость к вибрации группа N3*

* Группа N3 - места, подверженные вибрации от работающих механизмов. Типовое размещение на промышленных объектах.

 

  • По числу зон: однозонные, многозонные

 

  • По наличию контакта термопары с металлической частью защитной арматуры: с открытой термопарой, с закрытой изолированной термопарой, с закрытой неизолированной термопарой

 

Конструкцию термопары определяют многие факторы. Учитываются условия эксплуатации, агрегатное состояние вещества, температуру которого требуется измерять, агрессивность внешней среды, диапазон измеряемых температур, тепловая инерционность и многие другие. На сайте ТД Эталон представлены термопары различных конструктивных исполнений, наши специалисты с готовностью помогут вам определиться с выбором того или иного конструктивного решения термопары, подходящего под ваши нужды.

классификация, как работает, особенности применения

Термопа́ра — устройство основанное на преобразовании электрического сигнала в показатель температуры при изменении физических параметров веществ, из которых состоит прибор. Термопары широко распространены в промышленности, коммунальном хозяйстве, используются в массе бытовых приборов и автомобилях. От самых простых приборов (которые можно встретить в обычных утюгах) до сложных и дорогих (жаростойкие термопластины для измерения температуры на газовых турбинах) их можно встретить везде, где стоит задача измерения температуры.

Как работает термопара?

Термопара состоит из пары проводников из отличающихся материалов, соединенных между собой только с одной стороны.

Регистрирующие приборы (аналоговые, цифровые) измеряют разницу термо-ЭДС возникающих в местах спайки и на концах проводников.

Действие прибора построено на эффекте Зеебека(термоэлектрической эффект). Представьте две проволоки соединенные между собой двумя спайками. Если нагревать/охлаждать одну спайку, то по кольцу потечет ток. Его вызывает термо-ЭДС, которая возникает за счет разности потенциалов между спайками.

Интересное видео о термопарах от НИЯУ МИФИ смотрите ниже:

При одинаковой температуре спаек сума токов в цепи равна нулю – ток не течет. При отличающихся температурах возникает разность потенциалов между спайками. От интенсивности нагревания/охлаждения зависит и разность потенциалов.

Термо-ЭДС можно измерить. Она пропорциональна изменению разности температур на спайках. Самый простой способ измерения параметров тока в таких условиях – гальванометр (применяется для демонстрации эффекта Зеебека).

В современных сложных термопарах применяются электронные средства преобразования сигнала.

Особенности работы с термопарами для точных и высокоточных измерений

  1. Недостаток большинства термопар – это необходимость градуировки каждого прибора в отдельности.

    Для точных измерений на предприятиях-изготовителях каждая термопара проходит отдельные испытания.

  2. Необходимо вносить поправку на температуру среды измерительных устройств.
  3. Термопара должна находиться в одинаковых условиях по всей длине измерительного участка.
  4. Для определения наиболее точного результата можно использовать рядом с основной термопарой контрольные термопары.
  5. Для точных измерений используют провода с экранами, для уменьшения наводок: токи, вызываемые термо-ЭДС, незначительны по своей величине.

Ещё одно интересное видео о термопарах смотрите ниже:

Классификация термопар, их свойства и сферы применения

В российском ГОСТе применяется трехбуквенное обозначение кириллицей групп термопар, в международной классификации (МЭК) приняты латинские однобуквенные обозначения.

В большинстве случаев группы термопар соответствуют обеим системам классификации.

В таблице даны обозначения по ГОСТу, в скобках приведены аналоги по МЭК:

Тип термопары Материал Свойства
ТХА (К) Вольфрам + родий Для работы в нещелочных средах. Измеряет в пределах −250…+2500°С
ТНН (N) Никросил+ нисил Диапазон температур — 0…1230°С, относится к группе универсальных термопар
ТЖК (J) Железо + константан -200 до +750°С дешевый и надежный вариант для промышленности.
ТМК (Т) Медь + константан -250…+ 400°Снедорогие термопары
ТХК (L) Хромель+ копель наибольшая чувствительностью, но ограничены по диапазону измерений – до 600 °С и очень хрупкие.
ТПП (R, S) Платинородий + платина Для работы в газовых средах, окисленных средах. Недостаток – чувствительны к примесям, нагарам, требуют стерильных условий производства.
ТВР (А-1, А-2, А-3) Вольфрам + рений Диапазон измерений -22О0°С в нормальных средах. Сложны в производстве и эксплуатации.

В таблице приведены наиболее часто встречаемые в сети интернет термопары.

Также существуют другие виды термопар для редких условий работы. Как правило, это штучные приборы, разрабатываемые только под заказ.

Термопара – устройство и принцип работы простым языком

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

Общие характеристики

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

Термопары

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

  • спайка;
  • ручная скрутка;
  • сварка.

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

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

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

ВИДЕО: Измерение температуры с помощью термопары

Принцип действия термопары

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

Схематическая работа устройства

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

Чтобы измерить значение микро или милливольт электрической движущей силы, следует разъединить кольцо и соединить его при помощи микровольтметра. Количество милливольт полностью зависит от интенсивности нагрева соединений и температурного режима холодного узла. Принцип работы простым языком базируется на разности значений температуры двух соединительных спаев, между холодным и горячим обозначением.

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

Конструкция устройства

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

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

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

Термопара для котельного оборудования

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

Разновидности термопары

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

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

Принцип работы термопары

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

Термопары хромель-алюмель

Монтаж

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

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

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

Термопара для печи

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки применения измерителя

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

Плюсы:

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

Термопара "Арбат"

Минусы:

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

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

Ступица для термопар

Термопара - это датчик, измеряющий температуру. Он состоит из двух разных типов металлов, соединенных одним концом. Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно соотнесено с температурой. Термопара - это простой, надежный и экономичный датчик температуры, используемый в широком диапазоне процессов измерения температуры.

Термопары производятся в различных стилях, например, зонды термопар, зонды термопар с разъемами, зонды термопар с переходным соединением, инфракрасные термопары, термопары с неизолированным проводом или даже просто термопары.

Термопары обычно используются в широком диапазоне приложений. Из-за широкого диапазона моделей и технических характеристик, но чрезвычайно важно понимать его основную структуру, функциональность и диапазоны, чтобы лучше определить правильный тип термопары и материал термопары для применения.

Как работает термопара?

Когда два провода, состоящие из разнородных металлов, соединяются с обоих концов и один из концов нагревается, в термоэлектрической цепи протекает постоянный ток.

Если эта цепь разорвана в центре, чистое напряжение разомкнутой цепи (напряжение Зеебека) является функцией температуры перехода и состава двух металлов. Это означает, что, когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно соотнесено с температурой.

Узнать больше

Зонды термопары против провода термопары?

Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок.Наиболее распространены термопары из «неблагородных металлов», известные как типы J, K, T, E и N. Существуют также высокотемпературные калибровки - также известные как термопары из благородных металлов - типов R, S, C и GB.

Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре.

Хотя калибровка термопары определяет диапазон температур, максимальный диапазон также ограничен диаметром провода термопары.То есть очень тонкая термопара может не достичь полного диапазона температур.

Термопары типа

K известны как термопары общего назначения из-за их низкой стоимости и диапазона температур.

Узнать больше

Как выбрать термопару? Поскольку термопара может принимать разные формы и формы, важно понимать, как правильно выбрать правильный датчик.
Наиболее распространенными критериями, используемыми при выборе, являются температурный диапазон, химическая стойкость, стойкость к истиранию и вибрации, а также требования к установке.Требования к установке также будут определять ваш выбор датчика термопары.

Существуют разные типы термопар, и их применение может отличаться. Открытая термопара будет работать лучше всего, когда требуется большое время отклика, но незаземленная термопара лучше в агрессивных средах.

Узнать больше

Как мне узнать, какой тип соединения выбрать?

Доступны зонды с термопарами в оболочке с одним из трех типов спая: заземленным, незаземленным или открытым.На конце зонда с заземленным переходом провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей теплопередаче снаружи через стенку зонда к спайу термопары. В незаземленном зонде спай термопары отделен от стенки зонда. Время отклика ниже, чем у заземленного типа, но незаземленный предлагает электрическую изоляцию.

Продукты OMEGA, используемые в этом приложении

Какова точность и температурный диапазон различных термопар?

Важно помнить, что и точность, и диапазон зависят от таких факторов, как сплавы термопары, измеряемая температура, конструкция датчика, материал оболочки, измеряемая среда, состояние среды (жидкая, твердая , или газ) и диаметр либо провода термопары (если он оголен), либо диаметр оболочки (если провод термопары не оголен, но в оболочке).

Узнать больше

Зонды термопары против провода термопары?

Важно помнить, что датчик температуры измеряет только его собственную температуру. Тем не менее, выбор датчика типа зонда по сравнению с датчиком проводного типа - это вопрос того, как лучше всего довести температуру спая термопары до температуры процесса, которую вы пытаетесь измерить.

Использование датчика проволочного типа может быть приемлемым, если жидкость не воздействует на изоляцию или материалы проводника, если жидкость находится в состоянии покоя или почти в этом состоянии, а температура находится в пределах возможностей материалов.Но если предположить, что жидкость коррозионная, высокотемпературная, находится под высоким давлением или течет по трубе, тогда датчик типа зонда, возможно, даже с защитной гильзой, будет лучшим выбором.

Все сводится к тому, как лучше всего довести спай термопары до той же температуры, что и процесс или материал, температуру которого вы пытаетесь измерить, чтобы получить необходимую информацию.

Узнать больше

Статьи по теме

Два способа измерения температуры с помощью термопар: простота, точность и гибкость

Введение

Термопара - это простой и широко используемый компонент для измерения температуры.В этой статье представлен базовый обзор термопар, описаны общие проблемы, возникающие при их проектировании, и предложены два решения по преобразованию сигналов. Первое решение сочетает в себе компенсацию холодного спая и преобразование сигнала в единой аналоговой ИС для удобства и простоты использования; второе решение отделяет компенсацию холодного спая от обработки сигнала, чтобы обеспечить измерение температуры с помощью цифрового выхода с большей гибкостью и точностью.

Теория термопар

Термопара, показанная на Рисунке 1, состоит из двух проводов из разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце, и называется спай измерения («горячий»).Другой конец, где провода не соединены, подключается к дорожкам схемы преобразования сигнала, обычно сделанным из меди. Этот спай между металлами термопары и медными дорожками называется опорным спаем («холодный»). *

Рисунок 1. Термопара.

* Мы используем термины «измерительный спай» и «эталонный спай», а не более традиционные «горячий спай» и «холодный спай». Традиционная система именования может сбивать с толку, поскольку во многих приложениях измерительный спай может быть холоднее эталонного спая.

Напряжение, возникающее на спая, зависит от температуры на обоих стыке измерительного и опорного узла. Поскольку термопара является дифференциальным устройством, а не устройством для измерения абсолютной температуры, для получения точных абсолютных показаний температуры необходимо знать температуру эталонного спая. Этот процесс известен как компенсация холодного спая (компенсация холодного спая).

Термопары

стали промышленным стандартом для экономичного измерения широкого диапазона температур с разумной точностью.Они используются в различных областях применения при температурах до + 2500 ° C в котлах, водонагревателях, печах и авиационных двигателях - и это лишь некоторые из них. Самая популярная термопара - тип K , состоящая из Chromel ® и Alumel ® (никелевые сплавы с товарными знаками, содержащие хром и алюминий , марганец и кремний, соответственно), с диапазоном измерения - От 200 ° C до + 1250 ° C.

Зачем нужна термопара?

Преимущества
  • Температурный диапазон: Большинство практических температурных диапазонов, от криогенных до выхлопа реактивных двигателей, можно обслуживать с помощью термопар. В зависимости от используемой металлической проволоки термопара может измерять температуру в диапазоне от –200 ° C до + 2500 ° C.
  • Надежность: термопары - это надежные устройства, устойчивые к ударам и вибрации, и подходящие для использования в опасных средах.
  • Быстрый отклик. Поскольку термопары маленькие и обладают низкой теплоемкостью, они быстро реагируют на изменения температуры, особенно если чувствительный спай обнажен. Они могут реагировать на быстро меняющиеся температуры в течение нескольких сотен миллисекунд.
  • Без самонагрева: поскольку термопарам не требуется мощность возбуждения, они не склонны к самонагреву и искробезопасны.
Недостатки
  • Комплексное преобразование сигнала: требуется существенное преобразование сигнала для преобразования напряжения термопары в пригодное для использования значение температуры. Традиционно обработка сигнала требовала больших затрат времени на разработку, чтобы избежать ошибок, снижающих точность.
  • Точность: Помимо погрешностей, присущих термопарам из-за их металлургических свойств, измерение термопар является настолько точным, насколько может быть измерена температура эталонного спая, обычно в пределах от 1 ° C до 2 ° C.
  • Восприимчивость к коррозии: поскольку термопары состоят из двух разнородных металлов, в некоторых средах коррозия со временем может привести к ухудшению точности. Следовательно, им может потребоваться защита; и уход и обслуживание имеют важное значение.
  • Восприимчивость к шуму: при измерении изменений сигнала микровольтного уровня могут возникнуть проблемы с шумом от паразитных электрических и магнитных полей. Скручивание пары проводов термопары может значительно уменьшить наводку магнитного поля. Использование экранированного кабеля или прокладки проводов в металлическом кабелепроводе и ограждении может уменьшить наводку электрического поля.Измерительный прибор должен обеспечивать фильтрацию сигнала аппаратно или программно с сильным подавлением частоты сети (50 Гц / 60 Гц) и ее гармоник.

Трудности измерения с помощью термопар

Преобразовать напряжение, генерируемое термопарой, в точное показание температуры непросто по многим причинам: сигнал напряжения мал, зависимость температуры от напряжения нелинейная, требуется компенсация холодного спая, а термопары могут создавать проблемы с заземлением.Давайте рассмотрим эти вопросы по порядку.

Сигнал напряжения мал: Наиболее распространенными типами термопар являются J, K и T. При комнатной температуре их напряжение изменяется на 52 мкВ / ° C, 41 мкВ / ° C и 41 мкВ / ° C соответственно. Другие менее распространенные типы имеют еще меньшее изменение напряжения с температурой. Этот слабый сигнал требует каскада с высоким коэффициентом усиления перед аналого-цифровым преобразованием. В таблице 1 сравниваются чувствительности различных типов термопар.

Таблица 1. Изменение напряжения в зависимости отПовышение температуры
(коэффициент Зеебека) для различных типов термопар при 25 ° C.

Термопара
Тип
Коэффициент Зеебека
(мкВ / ° C)
E 61
Дж 52
К 41
N 27
R 9
S 6
т 41

Поскольку сигнал напряжения невелик, схема формирования сигнала обычно требует усиления около 100 или около того - довольно простое преобразование сигнала.Что может быть сложнее, так это отличить реальный сигнал от шума, улавливаемого выводами термопары. Провода термопары длинные и часто проходят в среде с электрическими помехами. Шум, улавливаемый проводами, может легко подавить крошечный сигнал термопары.

Для выделения сигнала из шума обычно комбинируются два подхода. Первый - использовать усилитель с дифференциальным входом, например инструментальный усилитель, для усиления сигнала. Поскольку большая часть шума возникает на обоих проводах (, синфазный сигнал, ), дифференциальное измерение устраняет его.Второй - это фильтрация нижних частот, которая удаляет внеполосный шум. Фильтр нижних частот должен устранять как радиочастотные помехи (выше 1 МГц), которые могут вызвать выпрямление в усилителе, так и 50 Гц / 60 Гц (источник питания) гул . Важно установить фильтр для радиопомех перед усилителем (или использовать усилитель с фильтрами на входах). Расположение фильтра 50/60 Гц часто не критично - его можно комбинировать с фильтром RFI, размещенным между усилителем и АЦП, встроенным как часть сигма-дельта АЦП, или его можно запрограммировать в программном обеспечении. как усредняющий фильтр.

Компенсация холодного спая: Температура холодного спая термопары должна быть известна для получения точных показаний абсолютной температуры. Когда термопары были впервые использованы, это было сделано путем выдерживания холодного спая в ледяной бане. На рисунке 2 изображена схема термопары, один конец которой находится при неизвестной температуре, а другой конец находится в ледяной бане (0 ° C). Этот метод использовался для исчерпывающей характеристики различных типов термопар, поэтому почти во всех таблицах термопар используется 0 ° C в качестве эталонной температуры.

Рис. 2. Базовая схема железо-константановой термопары.

Но держать эталонный спай термопары в ледяной бане нецелесообразно для большинства измерительных систем. Вместо этого в большинстве систем используется метод, называемый компенсацией холодного спая (также известный как компенсация холодного спая ). Температура эталонного спая измеряется с помощью другого термочувствительного устройства - обычно ИС, термистора, диода или RTD (резистивного датчика температуры). Затем значение напряжения термопары компенсируется, чтобы отразить температуру холодного спая. Важно, чтобы эталонный спай считывался как можно точнее - с помощью точного датчика температуры, поддерживающего ту же температуру, что и эталонный спай. Любая ошибка в считывании температуры холодного спая будет отображаться непосредственно в окончательном показании термопары.

Для измерения эталонной температуры доступны различные датчики:

  1. Термисторы: они имеют быстрый отклик и небольшой корпус; но они требуют линеаризации и имеют ограниченную точность, особенно в широком диапазоне температур.Им также требуется ток для возбуждения, который может вызвать самонагревание и дрейф. Общая точность системы в сочетании с формированием сигнала может быть низкой.
  2. Резистивные датчики температуры (RTD): RTD точны, стабильны и достаточно линейны, однако размер корпуса и стоимость ограничивают их использование в приложениях для управления технологическим процессом.
  3. Дистанционные термодиоды: диод используется для измерения температуры возле разъема термопары. Микросхема кондиционирования преобразует напряжение на диоде, которое пропорционально температуре, в аналоговый или цифровой выход.Его точность ограничена примерно ± 1 ° C.
  4. Встроенный датчик температуры: Встроенный датчик температуры, автономная ИС, которая определяет температуру локально, должна быть осторожно установлена ​​рядом с эталонным спаем и может сочетать компенсацию холодного спая и формирование сигнала. Может быть достигнута точность с точностью до малых долей в 1 ° C.

Сигнал напряжения нелинейный: Наклон кривой отклика термопары изменяется в зависимости от температуры.Например, при 0 ° C выходной сигнал термопары типа T изменяется на 39 мкВ / ° C, но при 100 ° C крутизна увеличивается до 47 мкВ / ° C.

Есть три распространенных способа компенсации нелинейности термопары.

Выберите относительно плоский участок кривой и аппроксимируйте наклон как линейный в этой области - подход, который особенно хорошо работает для измерений в ограниченном диапазоне температур. Никаких сложных вычислений не требуется. Одна из причин популярности термопар K- и J-типа заключается в том, что они обе имеют большие диапазоны температур, для которых наклон приращения чувствительности (коэффициент Зеебека) остается довольно постоянным (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Изменение чувствительности термопары в зависимости от температуры. Обратите внимание, что коэффициент Зеебека K-типа примерно постоянен и составляет около 41 мкВ / ° C от 0 ° C до 1000 ° C.

Другой подход состоит в том, чтобы сохранить в памяти справочную таблицу, которая сопоставляет каждый набор напряжений термопары с соответствующей температурой. Затем используйте линейную интерполяцию между двумя ближайшими точками в таблице, чтобы получить другие значения температуры.

Третий подход заключается в использовании уравнений более высокого порядка, которые моделируют поведение термопары.Хотя этот метод является наиболее точным, он также требует больших вычислительных ресурсов. Для каждой термопары существует две системы уравнений. Один набор преобразует температуру в напряжение термопары (полезно для компенсации холодного спая). Другой набор преобразует напряжение термопары в температуру. Таблицы термопар и уравнения термопар более высокого порядка можно найти на http://srdata.nist.gov/its90/main/. Все таблицы и уравнения основаны на температуре холодного спая 0 ° C. Компенсацию холодного спая необходимо использовать, если он имеет любую другую температуру.

Требования к заземлению: Производители термопар изготавливают термопары как с изолированными, так и с заземленными наконечниками для измерительного спая (рисунок 4).

Рисунок 4. Типы измерительного спая термопары.

Устройство преобразования сигнала термопары должно быть спроектировано таким образом, чтобы избежать контуров заземления при измерении заземленной термопары, но также иметь путь для входных токов смещения усилителя при измерении изолированной термопары. Кроме того, если наконечник термопары заземлен, диапазон входного сигнала усилителя должен быть рассчитан на обработку любых разностей потенциалов заземления между наконечником термопары и заземлением измерительной системы (рисунок 5).

Рисунок 5. Варианты заземления при использовании разных типов наконечников.

Для неизолированных систем система формирования сигнала с двумя источниками питания обычно будет более надежной для типов заземленных и открытых наконечников. Благодаря широкому диапазону входного синфазного сигнала усилитель с двумя источниками питания может справиться с большим перепадом напряжения между землей печатной платы и землей на наконечнике термопары. Системы с однополярным питанием могут удовлетворительно работать во всех трех случаях, если синфазный диапазон усилителя имеет некоторую возможность измерения под землей в конфигурации с однополярным питанием.Чтобы справиться с ограничением синфазного сигнала в некоторых системах с однополярным питанием, полезно смещение термопары до среднего напряжения. Это хорошо работает для изолированных наконечников термопар или если вся измерительная система изолирована. Однако он не рекомендуется для неизолированных систем, предназначенных для измерения заземленных или открытых термопар.

Практические решения с термопарами: Преобразование сигнала термопары сложнее, чем в других системах измерения температуры.Время, необходимое для разработки и отладки системы формирования сигнала, может увеличить время вывода продукта на рынок. Ошибки в формировании сигнала, особенно в секции компенсации холодного спая, могут привести к снижению точности. Следующие два решения устраняют эти проблемы.

В первом описывается простое аналоговое интегрированное аппаратное решение, сочетающее прямое измерение с помощью термопары с компенсацией холодного спая с использованием одной ИС. Второе решение представляет собой программную схему компенсации холодного спая, обеспечивающую повышенную точность измерения термопар и гибкость в использовании многих типов термопар.

Измерительное решение 1: оптимизировано для простоты

На рисунке 6 показана схема измерения термопары К-типа. Он основан на использовании усилителя термопары AD8495, который разработан специально для измерения термопар типа K. Это аналоговое решение оптимизировано для минимального времени разработки: оно имеет прямую сигнальную цепочку и не требует программирования.

Рис. 6. Измерительное решение 1: оптимизировано для простоты.

Каким образом эта простая сигнальная цепочка удовлетворяет требованиям к формированию сигнала для термопар K-типа?

Масштабный коэффициент усиления и выхода: Сигнал малой термопары усиливается коэффициентом усиления AD8495, равным 122, что дает чувствительность выходного сигнала 5 мВ / ° C (200 ° C / В).

Подавление шума: Высокочастотный синфазный и дифференциальный шум удаляется внешним фильтром радиопомех. Низкочастотный синфазный шум подавляется инструментальным усилителем AD8495. Любой оставшийся шум устраняется внешним постфильтром.

Компенсация холодного спая: AD8495, который включает в себя датчик температуры для компенсации изменений температуры окружающей среды, должен быть размещен рядом с холодным спаем, чтобы поддерживать одинаковую температуру для точной компенсации холодного спая.

Коррекция нелинейности: AD8495 откалиброван для выдачи выходного сигнала 5 мВ / ° C на линейном участке кривой термопары K-типа с погрешностью линейности менее 2 ° C в диапазоне от –25 ° C до + 400 ° Диапазон температур C. Если требуются температуры за пределами этого диапазона, в примечании к применению AN-1087 компании Analog Devices описывается, как можно использовать справочную таблицу или уравнение в микропроцессоре для расширения диапазона температур.

Работа с изолированными, заземленными и незащищенными термопарами: На рисунке 5 показан резистор сопротивлением 1 МОм, подключенный к земле, который подходит для всех типов наконечников термопар.AD8495 был специально разработан для измерения нескольких сотен милливольт под землей при использовании с одним источником питания, как показано. Если ожидается больший перепад заземления, AD8495 также может работать от двух источников питания.

Подробнее об AD8495: На рисунке 7 показана блок-схема усилителя термопары AD8495. Усилители A1, A2 и A3 - и показанные резисторы - образуют инструментальный усилитель, который усиливает выходной сигнал термопары K-типа с коэффициентом усиления, подходящим для создания выходного напряжения 5 мВ / ° C.Внутри коробки с надписью «Компенсация реф. Перехода» находится датчик температуры окружающей среды. С измерением температуры перехода поддерживается постоянным, дифференциальное напряжение от термопары будет уменьшаться, если температура спая поднимается по какой-либо причине. Если крошечные (3,2 мм × 3,2 мм × 1,2 мм) AD8495 находится в непосредственной тепловой близости от спая, компенсация опорного спая схемотехника впрыскивает дополнительное напряжение в усилитель, так что выход остается напряжение постоянным, таким образом, компенсируя ссылки изменение температуры.

Рисунок 7. Функциональная блок-схема AD8495.

В таблице 2 приведены характеристики интегрированного аппаратного решения с использованием AD8495:

Таблица 2. Решение 1 (Рисунок 6) Сводная информация о производительности

Термопара Тип Диапазон измерения температуры спая Диапазон температур холодного спая Точность
при 25 ° C
Потребляемая мощность
К от –25 ° C до + 400 ° C

от 0 ° C до 50 ° C

± 3 ° C (класс А)

± 1 ° C (класс C)

1. 25 мВт

Измерительное решение 2: оптимизировано для точности и гибкости

На рис. 8 показана схема измерения термопары J-, K- или T-типа с высокой степенью точности. Эта схема включает высокоточный АЦП для измерения напряжения малосигнальной термопары и высокоточный датчик температуры для измерения температуры холодного спая. Оба устройства управляются через интерфейс SPI от внешнего микроконтроллера.

Рис. 8. Измерительное решение 2: оптимизировано для обеспечения точности и гибкости.

Как эта конфигурация соответствует требованиям к согласованию сигналов, упомянутым ранее?

Устранение шума и усиление напряжения: AD7793, подробно показанный на рисунке 9 - высокоточный маломощный аналоговый входной каскад, - используется для измерения напряжения термопары. Выход термопары фильтруется извне и подключается к набору дифференциальных входов AIN1 (+) и AIN1 (-). Затем сигнал направляется через мультиплексор, буфер и инструментальный усилитель, который усиливает небольшой сигнал термопары, и на АЦП, который преобразует сигнал в цифровой.

Рисунок 9. Функциональная блок-схема AD7793.

Компенсировать температуры спая: The ADT7320 (подробно на рисунке 10), если их поместить достаточно близко к спаю, может измерять температуру опорного спая точно, до ± 0,2 ° C, от -10 ° C до +85 ° C. Встроенный датчик температуры генерирует напряжение, пропорциональное абсолютной температуре, которое сравнивается с внутренним опорным напряжением и подается на прецизионный цифровой модулятор. Оцифрованный результат модулятора обновляет 16-битный регистр значения температуры.Затем регистр значения температуры может быть считан с микроконтроллера с использованием интерфейса SPI и объединен со считыванием температуры с АЦП для осуществления компенсации.

Рисунок 10. Функциональная блок-схема ADT7320.

Правильная нелинейность: ADT7320 обеспечивает отличную линейность во всем номинальном температурном диапазоне (от –40 ° C до + 125 ° C), не требуя корректировки или калибровки пользователем. Таким образом, его цифровой выход можно рассматривать как точное представление состояния холодного спая.

Чтобы определить фактическую температуру термопары, это эталонное измерение температуры должно быть преобразовано в эквивалентное термоэлектрическое напряжение с использованием уравнений, предоставленных Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). Затем это напряжение добавляется к напряжению термопары, измеренному AD7793; и суммирование затем переводится обратно в температуру термопары, снова с использованием уравнений NIST.

Работа с изолированными и заземленными термопарами: На рисунке 8 показана термопара с оголенным наконечником.Это обеспечивает лучшее время отклика, но такая же конфигурация может также использоваться с термопарой с изолированным наконечником.

В Таблице 3 приведены характеристики программного решения для измерения холодного спая с использованием данных NIST:

Таблица 3. Решение 2 (Рисунок 8) Сводная информация о производительности

Термопара Тип Диапазон измерения температуры спая Диапазон температур холодного спая Точность
Потребляемая мощность
Дж, К, Т Полный диапазон

от –10 ° C до + 85 ° C

от –20 ° C до + 105 ° C

± 0. 2 ° С

± 0,25 ° С

3 мВт

3 мВт

Заключение

Термопары обеспечивают надежное измерение температуры в довольно широком диапазоне температур, но они часто не являются первым выбором для измерения температуры из-за необходимого компромисса между временем разработки и точностью. В этой статье предлагаются рентабельные способы решения этих проблем.

Первое решение сконцентрировано на уменьшении сложности измерения с помощью аппаратного метода компенсации аналогового эталонного спая. В результате получается прямая сигнальная цепочка без необходимости программирования программного обеспечения, основанная на интеграции, обеспечиваемой усилителем термопары AD8495, который выдает выходной сигнал 5 мВ / ° C, который может подаваться на аналоговый вход самых разных микроконтроллеров.

Второе решение обеспечивает высочайшую точность измерения, а также позволяет использовать различные типы термопар. Программный метод компенсации эталонного спая, он основан на высокоточном цифровом датчике температуры ADT7320, который обеспечивает гораздо более точное измерение компенсации эталонного спая, чем это было возможно до сих пор. ADT7320 поставляется полностью откалиброванным и рассчитанным на диапазон температур от –40 ° C до + 125 ° C. Полностью прозрачный, в отличие от традиционного измерения термистора или датчика RTD, он не требует дорогостоящего этапа калибровки после сборки платы и не потребляет ресурсы процессора или памяти с коэффициентами калибровки или процедурами линеаризации.Потребляя только микроватты энергии, он позволяет избежать проблем с саморазогревом, которые снижают точность традиционных резистивных датчиков.

Приложение

Использование уравнения NIST для преобразования температуры ADT7320 в напряжение

Компенсация холодного спая термопары основана на соотношении:

(1)

где:

Δ В = выходное напряжение термопары

В @ Дж 1 = напряжение, генерируемое на спайе термопары

V @ J 2 = напряжение, генерируемое в спае

Чтобы это соотношение компенсации было действительным, обе клеммы холодного спая должны поддерживаться при одинаковой температуре. Выравнивание температуры достигается с помощью изотермической клеммной колодки, которая позволяет выравнивать температуру обоих клемм при сохранении гальванической развязки.

После измерения температуры эталонного спая ее необходимо преобразовать в эквивалентное термоэлектрическое напряжение, которое будет генерироваться спайом при измеренной температуре. Один метод использует полином степенного ряда. Рассчитано термоэлектрическое напряжение:

(2)

где:

E = термоэлектрическое напряжение (микровольты)

a n = полиномиальные коэффициенты, зависящие от типа термопары

T = температура (° C)

n = порядок полинома

NIST публикует таблицы полиномиальных коэффициентов для каждого типа термопар.В этих таблицах приведены списки коэффициентов, порядок (количество членов в полиноме), допустимые диапазоны температур для каждого списка коэффициентов и диапазон ошибок. Для некоторых типов термопар требуется более одной таблицы коэффициентов, чтобы охватить весь рабочий температурный диапазон. Таблицы для полиномов степенных рядов перечислены в основном тексте.

Термопара | Аналоговые устройства

AD7124-8 - маломощный, малошумный, полностью интегрированный аналоговый интерфейс для высокоточных измерений.Устройство содержит 24-битный аналого-цифровой Σ-Δ с низким уровнем шума. преобразователь (АЦП) и может быть настроен на 8 дифференциальных входы или 15 несимметричных или псевдодифференциальных входов. Ончип каскад с низким коэффициентом усиления гарантирует, что сигналы малой амплитуды могут быть подключенным непосредственно к АЦП.

Одним из основных преимуществ AD7124-8 является то, что он дает пользователю гибкость в использовании одного из трех интегрированных источников питания режимы. Потребление тока, диапазон выходных скоростей передачи данных, и среднеквадратичное значение шума можно настроить с помощью выбранного режима мощности. Устройство также предлагает множество вариантов фильтрации, гарантируя, что пользователь обладает высочайшей степенью гибкости. AD7124-8 может одновременно достигать 50 Гц и 60 Гц. подавление при работе со скоростью выходных данных 25 SPS (одиночный установление цикла), с подавлением более 80 дБ, достигнутым при более низких скорость вывода данных.

AD7124-8 устанавливает самую высокую степень сигнальной цепи интеграция. Устройство содержит точность, низкий уровень шума, низкий дрейфовый внутренний опорный сигнал запрещенной зоны и допускает внешний дифференциальное задание с внутренней буферизацией.Другой Ключевые интегрированные функции включают программируемое возбуждение с малым дрейфом источники тока, токи перегорания и генератор напряжения смещения, который устанавливает синфазное напряжение канала равным AV DD /2. Выключатель питания на нижней стороне позволяет пользователю выключить питание мостовые датчики между преобразованиями, обеспечивая абсолютное минимальное энергопотребление системы. Устройство также позволяет пользователю работать с внутренним часы или внешние часы.

Встроенный секвенсор каналов позволяет использовать несколько каналов. включены одновременно, и AD7124-8 последовательно преобразует на каждом активном канале, упрощая связь с устройство.В любой момент можно включить до 16 каналов, канал определяется как аналоговый вход или как диагностический, например как проверка источника питания или справочная проверка. Этот уникальный Функция позволяет чередовать диагностику с преобразованиями. AD7124-8 также поддерживает поканальную конфигурацию. В Устройство допускает восемь конфигураций или настроек. Каждая конфигурация состоит из усиления, типа фильтра, скорости выходных данных, буферизации и справочный источник. Пользователь может назначить любую из этих настроек на канал за каналом.

AD7124-8 также имеет расширенные диагностические функции. интегрирован как часть его всеобъемлющего набора функций. Эти диагностика включает циклический контроль избыточности (CRC), сигнал цепные проверки и проверки последовательного интерфейса, которые приводят к более надежное решение. Эта диагностика снижает потребность во внешних компоненты для реализации диагностики, в результате потребность в пространстве на плате, сокращение времени цикла проектирования и экономия средств. Эффекты режимов отказа и диагностический анализ (FMEDA) типичное приложение показало, что доля безопасных отказов (SFF) больше более 90% согласно IEC 61508.

Устройство работает от одного аналогового источника питания от 2,7 В. до 3,6 В или от двойного источника питания 1,8 В. Цифровой блок питания имеет диапазон от 1,65 В до 3,6 В. Он указан для диапазона температур от −40 ° C до + 125 ° C. AD7124-8 размещен в 32-выводном корпусе. Пакет LFCSP.

Обратите внимание, что во всем этом техническом описании многофункциональные контакты, такие как как DOUT / RDY, обозначаются либо полным именем вывода, либо одной функцией штифта, например RDY, когда только эта функция актуальна.

Приложения

  • Измерение температуры
  • Измерение давления
  • Управление производственными процессами
  • Приборы
  • Интеллектуальные преобразователи

Термопары

Введение в измерение температуры

Термопара - датчик для измерения температуры. Этот датчик состоит из двух разнородных металлических проводов, соединенных одним концом и подключенных к термометр с термопарой или другое устройство с функцией термопары на другом конце. При правильной настройке термопары могут обеспечивать измерения температуры. в широком диапазоне температур. Термопары

известны своей универсальностью в качестве датчиков температуры, поэтому обычно используются в широком диапазоне применений - от термопар промышленного использования до обычных термопар, используемых в коммунальных службах и обычных приборах.В связи с широким диапазоном моделей и технических характеристик, чрезвычайно важно понимать его основную структуру, принцип работы и диапазоны, чтобы лучше определить, какой тип и материал термопары подходит для вашего применения.

Подробнее о термопарах

Эффект Зеебека

В 1821 году Томас Зеебек обнаружил непрерывный ток в термоэлектрической цепи, когда два провода из разнородных металлов соединяются на обоих заканчивается и один из концов нагревается.

Как работает термопара?

Когда два провода, состоящие из разнородных металлов, соединяются на обоих концах и один из концов нагревается, в проводе течет постоянный ток. термоэлектрическая цепь. Если эта цепь разорвана в центре, сетевое напряжение разомкнутой цепи (напряжение Зеебека) является функцией соединения температура и состав двух металлов. Это означает, что когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно коррелировано с температура.

Типы термопар

Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок. Наиболее распространены термопары из «основного металла», известные как типы J, K, T, E. и N. Существуют также высокотемпературные калибровки - также известные как термопары из благородных металлов - типов R, S, C и GB.

Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопара.

Хотя калибровка термопары определяет диапазон температур, максимальный диапазон также ограничен диаметром термопары. провод. То есть очень тонкая термопара может не достичь полного диапазона температур.

Термопары типа

K известны как универсальные термопара из-за невысокой стоимости и температурного диапазона.

Как выбрать термопару


1.Определите область применения, в которой будет использоваться термопара

2. Проанализируйте диапазоны температур, в которых будет работать термопара.

3. Примите во внимание любую химическую стойкость, необходимую для материала термопары или оболочки

4. Оцените потребность в стойкости к истиранию и вибрации

5. Перечислите все требования для установки.

Как выбрать тип термопары?

Поскольку термопары измеряют в широком диапазоне температур и могут быть относительно прочными, термопары очень часто используются в промышленности. При выборе термопары используются следующие критерии:
- Температурный диапазон
- Химическая стойкость термопары или материала оболочки
- Устойчивость к истиранию и вибрации
- Требования к установке (может потребоваться совместимость с существующим оборудованием; существующие отверстия могут определять диаметр зонда)

Каково время отклика термопары?

Постоянная времени была определена как время, необходимое датчику для достижения 63.2% ступенчатого изменения температуры при заданном наборе условий. Чтобы датчик приблизился к 100% значения ступенчатого изменения, требуется пять постоянных времени. Термопара с открытым спаем обеспечивает самый быстрый отклик. Кроме того, чем меньше диаметр оболочки зонда, тем быстрее отклик, но максимальная температура может быть ниже. Однако имейте в виду, что иногда оболочка зонда не может выдерживать полный диапазон температур термопары. Узнайте больше о времени отклика термопары.

Как мне узнать, какой тип соединения выбрать?

Доступны зонды с термопарами в оболочке с одним из трех типов спая: заземленным, незаземленным или открытым. На конце зонда с заземленным переходом провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей теплопередаче. снаружи через стенку зонда до спая термопары.В незаземленном зонде спай термопары отделен от стенки зонда. Время отклика ниже, чем у заземленного типа, но незаземленный предлагает электрическую изоляцию.

Выберите подходящую термопару

Термопара с бисером и проволокой
Формы вращающихся анемометров с механической скоростью могут быть описаны как принадлежащие к классу лопастных или гребных. В этом стиле анемометра ось вращения должна быть параллельна направлению ветра и, следовательно, обычно горизонтальна. На открытых пространствах ветер меняется по направлению, и ось должна следовать за его изменениями. В случаях, когда направление движения воздуха всегда одно и то же, как, например, в вентиляционных шахтах и ​​зданиях, используются ветровые лопатки, известные как счетчики воздуха, которые дают наиболее удовлетворительный результат. Результаты.Пластинчатые анемометры доступны с дополнительными функциями, такими как измерение температуры, влажности и точки росы, измерение объема. возможность преобразования и регистрации данных. Датчик термопары
Зонд термопары состоит из провода термопары, помещенного внутри металлической трубки. Стенка трубки называется оболочкой зонда. Общие материалы оболочки включают нержавеющую сталь и Inconel®. Инконель поддерживает более высокие диапазоны температур, чем нержавеющая сталь, однако нержавеющая сталь часто предпочтительнее из-за его широкой химической совместимости. Для очень высоких температур также доступны другие экзотические материалы для оболочки. Посмотреть нашу линию высоких температурные экзотические термопары.

Наконечник термопары доступен в трех различных исполнениях. Заземленный, незаземленный и незащищенный. С заземленным наконечником термопара находится в контакт со стенкой оболочки. Заземленный переход обеспечивает быстрое время отклика, но он наиболее чувствителен к контурам электрического заземления. В необоснованном спаев термопара отделяется от стенки оболочки слоем изоляции. Наконечник термопары выступает за пределы стенки оболочки с открытым спаем. Термопары с открытым спаем лучше всего подходят для измерения воздуха.

Поверхностный зонд
Для большинства типов датчиков температуры сложно измерить температуру твердой поверхности. Чтобы обеспечить точное измерение, весь Площадь измерения датчика должна соприкасаться с поверхностью.Это сложно при работе с жестким датчиком и жесткой поверхностью. поскольку термопары изготовлены из пластичных металлов, спай может быть плоским и тонким, чтобы обеспечить максимальный контакт с жесткой твердой поверхностью. Эти термопары являются отличным выбором для измерения поверхности. Термопара может быть даже встроена в механизм, который вращается, что делает ее пригодной для измерения температура движущейся поверхности. Тип K - ChrOMEGA ™ / AlOMEGA ™. Беспроводные термопары
Беспроводные передатчики Bluetooth, которые подключаются к смартфонам или столам для регистрации и отслеживания измерений температуры.Эти преобразователи измеряют различные входные сигналы датчиков, включая, помимо прочего, температуру, pH, RTD, относительную влажность. Передача данных осуществляется по беспроводной технологии Bluetooth на смартфон или планшет. с установленным приложением. Приложение позволит смартфону выполнить сопряжение и настроить несколько передатчиков.

Часто задаваемые вопросы

Какова точность и температурный диапазон различных термопар?

Вы можете узнать больше о точности термопары и диапазонах температур с помощью этого цветового кода термопары. Таблица.Важно помнить, что и точность, и дальность зависят от таких факторов, как сплавы термопары, измеряемая температура, конструкция датчика, материал оболочки, измеряемая среда, состояние среды (жидкой, твердой или газообразной) и диаметром провода термопары (если он обнажен) или диаметром оболочки (если провод термопары не обнажены, но обшиты).

Что мне использовать: заземленный или незаземленный зонд?

Это зависит от приборов.Если есть вероятность, что может быть ссылка на землю (обычная для контроллеров с неизолированными входами), тогда требуется незаземленный зонд. Если прибор представляет собой портативный измеритель, то почти всегда можно использовать заземленный зонд.

Могу ли я использовать какой-либо мультиметр для измерения температуры с помощью термопар?

Величина термоэлектрического напряжения зависит от закрытого (чувствительного) конца, а также от открытого (измерительного) конца отдельных выводов термопары из сплава. Приборы для измерения температуры, в которых используются термопары, учитывают температуру на измерительном конце для определения температуры на измерительном конце. Большинство милливольтметров не имеют такой возможности и не имеют возможности выполнять нелинейное масштабирование, чтобы преобразовать милливольтметры в значение температуры. Можно использовать справочные таблицы для корректировки определенных показаний милливольт и расчета измеряемой температуры.Однако значение коррекции необходимо постоянно пересчитывать, так как оно обычно не является постоянным во времени. Небольшие изменения температуры на измерительном приборе и чувствительный конец изменит значение коррекции.

Как выбрать между термопарами, резистивными датчиками температуры (RTD), термисторами и инфракрасными приборами?

Вы должны учитывать характеристики и стоимость различных датчиков, а также доступное оборудование. Кроме того, термопары обычно могут измерять температуры в широком диапазоне температур, недорого и очень надежно, но они не так точны и стабильны, как термометры сопротивления и термисторы. RTD стабильны и имеют довольно широкий температурный диапазон, но не такие прочные и недорогие, как термопары. Поскольку они требуют использования электрического тока для При проведении измерений RTD могут иметь неточности из-за самонагрева.Термисторы, как правило, более точны, чем RTD или термопары, но у них гораздо больше более ограниченный температурный диапазон. Также они подвержены самонагреву. Инфракрасные датчики можно использовать для измерения температуры выше, чем у любого другого устройства. и делать это без прямого контакта с измеряемыми поверхностями. Однако они, как правило, не такие точные и чувствительны к поверхностному излучению. эффективность (точнее, коэффициент излучения поверхности). Используя оптоволоконные кабели, они могут измерять поверхности, которые находятся вне прямой видимости.

Справочные таблицы термопар

Термопары производят выходное напряжение, которое можно соотнести с температурой, которую измеряет термопара. Документы в таблице ниже укажите термоэлектрическое напряжение и соответствующую температуру для данного типа термопары. В большинстве документов также указывается термопара. диапазон температур, пределы погрешности и соображения окружающей среды.

Термопара типа B (° C) Термопара типа B (° F) Тип термопары C (° C) Тип термопары C (° F) Термопара типа E (° C) Термопара типа E (° F) Термопара типа J (° C) Термопара типа J (° F) Термопара типа K (° C) Термопара типа K (° F) Термопара типа N (° C) Термопара типа N (° F) Термопара типа R (° C) Термопара типа R (° F) Термопара типа S (° C) Термопара типа S (° F) Тип термопары T (° C) Термопара типа T (° F) Вольфрам и вольфрам /
Рений CHROMEGA ™ vs. Золото-0,07
Атомный процент железа

Термопары | Сопутствующие товары

↓ Посмотреть эту страницу на другом языке или регионе ↓

Что такое датчик термопары и как он работает

В этой статье мы обсудим, как сегодня измеряется температура с помощью термопар, достаточно подробно, чтобы вы:

  • См. , что такое термопары и как они работают
  • Изучите основные доступные типы термопар и способы их использования
  • Понимать , как термопары могут быть связаны с вашей системой DAQ

Вы готовы начать работу? Пойдем!

Введение

Знаете ли вы, что температура - САМЫЙ часто регистрируемый физический показатель? Знание температуры имеет решающее значение для правильной работы всего, от человеческого тела до автомобильного двигателя, и всего, что между ними.

Температура измеряется одним или несколькими типами датчиков температуры. Сегодня на рынке доступно несколько:

  • Датчики термопары [данная статья]
  • Датчики RTD
  • Термисторные датчики
  • Инфракрасные датчики температуры

В этой статье речь пойдет о термопарах. Вы также можете сразу перейти к сравнению различных типов датчиков температуры.

Что такое термопара?

Термопара - это датчик, который используется для измерения температуры.Термопара является очень популярным датчиком благодаря своей относительно низкой стоимости, взаимозаменяемости, широкому диапазону измерения и надежности.


Типовой датчик термопары
Hartke, Wikimedia Commons, общественное достояние

Термопары

широко используются во всех отраслях, от автоматизации производства и управления технологическими процессами до автомобилестроения, авиакосмической, военной, энергетической, металлургической, медицинской науки и многих других.

Они имеют стандартные типы разъемов, что делает их взаимозаменяемыми и простыми в использовании.На измерительной стороне датчика они могут быть такими же простыми, как два металла, скрученных вместе, или они могут быть заключены в прочный зонд для использования в тяжелых промышленных условиях.


Длинный зонд термопары, подключенный к измерителю
Harke / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Хотя термопары довольно популярны, с их помощью нелегко достичь точности намного выше 1 ° C. Но, несмотря на это, благодаря своим многочисленным преимуществам, они остаются самым популярным типом датчиков, используемых сегодня для промышленных измерений.

Типы термопар

Сочетание различных металлов дает нам множество диапазонов измерения. Это так называемые «типы термопар», и нам известно несколько из них:

  • Термопара типа K: , которая соединяет хром и алюминиевые сплавы, что дает широкий диапазон измерений от -200 ° C до +1350 ° C (от -330 ° F до +2460 ° F).
  • Тип термопары J
  • Термопара типа T
  • Термопара типа E
  • Термопара типа R
  • Термопара типа S
  • Термопара типа B
  • Термопара типа N
  • Термопара типа C

Термопары типов J, K, T и E также известны как Термопары из недрагоценных металлов .Термопары типов R, S и B известны как термопары из благородных металлов , которые используются при высоких температурах. Вот самые популярные типы термопар, которые используются сегодня:

ANSI МЭК Используемые сплавы Самый широкий диапазон Магнитный? Комментарии
Дж Дж железо-константан от -40 ° до 750 ° C
от -40 ° до 1382 ° F
Есть Лучше для высоких, чем для низких температур
К К Хромель-Алюмель от −200 ° до 1350 ° C
от −330 ° до 2460 ° F
Есть Самый широкий ассортимент, самый популярный. Никель магнитный.
т т Медь
(Cu)
от -270 до 400 ° C
от -454 до 752 ° F
Подходит для более низких температур и влажной среды.
E E Хромель-константан от −50 ° до 740 ° C Подходит для криогенного использования.
N N Nicrosil
(Ni-Cr-Si)
от -270 до 1300 ° C
от -450 до 2372 ° F
Широкий диапазон температур, более стабильный, чем тип K
B В Платина-30% родий
(Pt-30% Rh)
от 0 до 1820 ° C
от 32 до 3308 ° F
Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
R R Платина-13% родий
(Pt-13% Rh)
от -50 до 1768 ° C
от -58 до 3214 ° F
Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
S S Платина-10% родий
(Pt-10% Rh)
от -50 до 1768 ° C
от -58 до 3214 ° F
Высокая температура, не вставлять в металлические трубки
C
W3
W5
С
W3
W5
Вольфрам-3% рений
(W-3% Re)
от 0 до 2320 ° C
от 32 до 4208 ° F
Предназначен для работы в условиях высоких температур, но не в окислительных средах

Подробное сравнение термопар доступно на изображении ниже. Щелкните изображение для увеличения:

Как работает термопара?

Термопары

основаны на эффекте Зеебека , который говорит о том, что когда пара разнородных металлов, контактирующих друг с другом на каждом конце, подвергается изменениям температуры, они создают небольшой потенциал напряжения. Причем они делают это пассивно, т.е. им не нужно запитывать формирователь сигнала.

Как это возможно? Мы создаем бесплатную энергию из ничего? Вовсе нет - это просто физика!

Учтите, что электроны переносят как электричество, так и тепло.Возьмите кусок голого медного провода и обхватите его рукой с одного конца. Получив энергию от тепла вашей кожи, электроны будут распространяться от области, где вы касаетесь их, к более прохладному дальнему концу от вас, создавая температурный градиент по длине провода. Тепло превратилось в энергию.

Это явление было первоначально открыто итальянским ученым Алессандро Вольта (в честь которого мы назвали «вольт») в 1794 году. Но немецкий физик Томас Иоганн Зеебек открыл его заново в 1821 году.Он заметил, что когда провода, сделанные из двух разных металлов, соединялись на каждом конце и между этими концами была разница температур, на стыках создавался небольшой потенциал напряжения.

Мы называем этот потенциал напряжением Зеебека , а создание этого потенциала из тепловой энергии «эффектом Зеебека». Основываясь на наблюдениях Зеебека 200 лет назад, физики могут определить коэффициент Зеебека, то есть величину термоэлектрического напряжения, которое возникает из-за разницы температур в данном материале.

Термопара обнаруживает изменения температуры пары разнородных металлов при их контакте друг с другом

Десятилетия исследований, проб и ошибок привели к сегодняшнему пониманию того, какие металлы дают нам лучшие результаты, когда мы соединяем их в пару для создания термопары. Различные комбинации обеспечивают разные эффективные диапазоны измерения. И, конечно же, каждый металл имеет экологические свойства, которые в дальнейшем определяют, где и как их можно использовать.

Наука, лежащая в основе термопар, в настоящее время достаточно развита, и сегодня на рынке доступны стандартные «типы», такие как Тип K , в котором сочетаются хромель и алюмель, что обеспечивает очень широкий диапазон измерений. Подробнее о типах термопар ниже.

Звучит очень просто - возьмите пару проводов термопары и подключите один конец к вашей системе сбора данных или вольтметру и начните измерение температуры, верно? Что ж, это еще не все.

Есть два дополнительных шага, которые необходимо предпринять, чтобы преобразовать выходной сигнал термопары в пригодное для использования показание температуры: компенсация холодного спая и линеаризация .Давайте посмотрим на каждый из них, чтобы увидеть, как они работают и что делают.

Компенсация холодного спая

Для проведения абсолютного измерения термопара должна быть «привязана» к известной температуре на другом конце кабеля датчика. Раньше в качестве эталона использовалась ледяная баня с почти замороженной дистиллированной водой с известной температурой 0 ° C (32 ° F). Но так как это неудобно носить с собой, был создан другой метод с использованием крошечного термистора или RTD, защищенного от окружающей среды, для измерения температуры окружающей среды.Это называется « компенсация холодного спая » (CJC).

CJC внутри модуля термопары Dewesoft IOLITE TH. Белые провода подключаются к термистору, встроенному в белую термопасту.

«Горячий спай , » - это измерительный конец узла термопары, а другой конец - « холодный спай, », также известный как эталонный спай термопары, на котором находится микросхема CJC. Таким образом, хотя температура холодного спая может варьироваться, она обеспечивает известный эталон, по которому измерительная система может определять температуру на измерительном конце датчика с очень хорошей и повторяемой точностью.

Линеаризация

Малое выходное напряжение датчика термопары не является линейным, т.е. оно не изменяется линейно с изменениями температуры. Линеаризация может выполняться самим формирователем сигнала или с помощью программного обеспечения, работающего внутри системы сбора данных.

Кривые линеаризации для наиболее популярных типов термопар
Изображение из онлайн-курса обучения Dewesoft PRO

Проблемы и решения для измерения термопар

Из-за очень малых микровольт и милливольт на выходе этих датчиков, электрические шумы и помехи могут возникать, когда измерительная система не изолирована.Устройства Dewesoft DAQ решают эту проблему с помощью дифференциала преобразования сигнала . Почти все модули преобразования сигналов Dewesoft имеют гальваническую развязку в дополнение к дифференциальным. Это лучший способ подавить синфазное напряжение, попадающее в сигнальную цепь.

Еще один способ уменьшить шум - разместить дигитайзер как можно ближе к датчику. Избегание длинных сигнальных линий - это проверенная стратегия повышения качества сигнала и снижения затрат.Посмотрите наши модульные DAQ-устройства SIRIUS и KRYPTON, чтобы найти лучшие в своем классе решения.

Неадекватный CJC приводит к неправильным показаниям. Этот узел необходимо защитить от изменений температуры окружающей среды, чтобы обеспечить надежный ориентир. Dewesoft использует отдельный чип CJC для каждого канала в своих высокопроизводительных CJC, которые выфрезерованы из цельного блока алюминия и точно собраны для достижения наилучшего возможного эталона.

Провода для термопар

дороже простых медных проводов, что является еще одной причиной, по которой холодный спай следует располагать как можно ближе к источнику сигнала (при этом избегая резких перепадов температуры окружающей среды).

Системы

, такие как Dewesoft KRYPTON ONE с одноканальным изолированным модулем термопары , обеспечивают наилучшие результаты в этой области, позволяя распределять холодный эталон в любом месте, где расположены датчики, и соединяться между собой на расстоянии до 100 м (328 футов) друг от друга. Сигнал преобразуется в цифровой прямо в точке измерения и передается через EtherCAT в главную измерительную систему, устраняя шум и длинные участки дорогостоящих кабелей термопар.

Приложения для измерения термопар

Испытательный образец наверху печи оснащается термопарами типа K (обратите внимание на желтые разъемы на боковой стороне печи)
Achim Hering / CC BY (https: // creativecommons.org / licenses / by / 3.0)

Температура - это наиболее измеряемое физическое свойство в мире, а термопары - самый популярный датчик для измерения температуры. Следовательно, существуют буквально миллионы и миллионы применений термопар во всех отраслях и секторах. Вот лишь некоторые из них:

  • Электростанции (температура - показатель перегрева компонентов)
  • Бытовая техника, в которой недостаточно термисторов
  • Управление производственными процессами и автоматизация производства
  • Производство продуктов питания и напитков
  • Металлургические и целлюлозно-бумажные комбинаты
  • Экологический мониторинг и исследования
  • Научные исследования и разработки (НИОКР)
  • Производство и испытания фармацевтических и медицинских товаров
  • Автомобильные системы и испытательные приложения, испытания в жаркую и холодную погоду, испытания тормозов, испытания ADAS, анализ горения и многое другое
  • Системы и испытания авиационных и ракетных двигателей
  • Изготовление и испытание спутников и космических аппаратов

Преимущества и недостатки термопар

Преимущества термопары:

  • Автономный (пассивный)
  • Простота использования
  • Взаимозаменяемость, простота подключения
  • Сравнительно недорого
  • Доступен широкий выбор зондов для термопар
  • Широкий диапазон температур для многих типов
  • Более высокие температурные возможности по сравнению с другими датчиками
  • Не зависит от сопротивления уменьшается или увеличивается

Недостатки термопары:

  • Выход требует линеаризации
  • Требуется спай «холодного эталона» CJC
  • Низковольтные выходы чувствительны к шуму
  • Не так стабильно, как RTD
  • Не так точен, как RTD

Сравнение датчиков температуры: термопары, RTD и термисторы

Датчик Термистор Термопара RTD (Pt100)
Диапазон температур Самый узкий
от -40 ° C до 300 ° C
Widest
Тип J от -210 до 1200 ° C
Тип K от 95 до 1260 ° C
Другие типы могут иметь диапазон от -270 ° C до 3100 ° C
Узкий
от -200- до 600 ° C
Возможно до 850 ° C
Ответ Быстро от среднего до быстрого
Зависит от размера сенсора, диаметра провода и конструкции
Медленно
Зависит от размера и конструкции датчика
Долгосрочная стабильность Плохо Очень хорошо Лучшее
(± 0.От 5 ° C до ± 0,1 ° C / год)
Точность Ярмарка Хорошо Лучше
0,2%, 0,1% и 0,05%
Линейность Экспоненциальная Нелинейный
Обычно это делается в программном обеспечении
Достаточно хорошо
Но рекомендуется линеаризация
Строительство Хрупкий Соответствующие
Оболочки и трубки повышают хрупкость, но увеличивают время отклика
Хрупкий
Оболочки и трубки повышают хрупкость, но увеличивают время отклика
Размер Очень маленький Малый Больше
Электропроводка Очень просто Простой Комплекс
Требуемая мощность / возбуждение Нет Нет Обязательно
Внешние требования Нет CJC (компенсация холодного спая) и линеаризация сигнала формирователь сигнала RTD
Стоимость Самый низкий
Типы с низкой точностью очень недорогие, но есть и более точные и более дорогие.Доступны модели NTC и PTC (отрицательный и положительный температурный коэффициент).
Низкий
Типы R и S, в которых используется платина, более дорогие
Самый высокий

Технические характеристики типовые

Выбор подходящей термопары для вашего применения

Чтобы выбрать подходящий датчик для ваших измерений, важно учитывать ряд различных факторов:

  • Какую максимальную и минимальную температуру вам нужно измерить?
  • Какой бюджет?
  • Какой диапазон точности нужен?
  • В какой атмосфере он будет использоваться? (окислительные, инертные и др.)
  • Каков необходимый срок службы датчика?
  • Какова необходимая реакция (как быстро она должна реагировать на изменения температуры)?
  • Будет ли использование термопары периодическим или непрерывным?
  • Будет ли термопара подвергаться изгибу или изгибу в течение срока службы?
  • Будет ли он погружен в воду и на какую глубину?

Основываясь на ответах на эти вопросы и обращаясь к приведенной выше таблице типов термопар, должна быть возможность выбрать лучший общий датчик (и) для вашего приложения.

Обучающее видео по термопарам

Это видео с конференции Dewesoft по измерениям объясняет основные характеристики и принципы работы термопар и измерения температуры с помощью устройств и программного обеспечения Dewesoft DAQ.

Dewesoft Измерительные приборы для термопар

Dewesoft предлагает несколько систем сбора данных, которые могут эффективно измерять, сохранять и отображать температуру. И они могут сделать это, подключив самые популярные в мире датчики температуры для промышленных DAQ-приложений: термопару.Системы Dewesoft могут измерять, сохранять, анализировать и визуализировать температуру от одного до сотен каналов в режиме реального времени.

Обратите внимание, что программное обеспечение для сбора данных Dewesoft X позволяет отображать выходные данные температуры с любого датчика с выбранной вами температурной шкалой. Единицей измерения по умолчанию является Цельсий, но программное обеспечение обеспечивает легкое и простое преобразование в шкалу Фаренгейта (F) или в шкалу Кельвина (K), базовую единицу температуры в Международной системе единиц (СИ).

Файл данных теста литий-ионной батареи, в котором датчик термопары использовался для измерения температуры батареи с помощью программного обеспечения Dewesoft X и оборудования DAQ.

Dewesoft X настолько гибок, что при необходимости вы можете отображать данное измерение одновременно в нескольких единицах измерения.

Измерение термопар SIRIUS

SIRIUS - флагман линейки продуктов Dewesoft. Они представляют собой высочайшую производительность системы сбора данных в сочетании с самым мощным программным обеспечением сбора данных на рынке, DEWESoft X.Для подключения термопар к системам сбора данных SIRIUS мы используем наши популярные адаптеры Dewesoft Sensor Interface (DSI) для взаимодействия с несколькими модулями ввода SIRIUS.

Системы сбора данных

SIRIUS доступны в широком спектре физических конфигураций, от модульных «срезов», которые подключаются к вашему компьютеру через USB или EtherCAT, систем для монтажа в стойку R3 и автономных систем R1, R2, R4 и R8, которые включить встроенный компьютер.

Линейка продуктов SIRIUS DAQ devices

Адаптеры для термопар серии

DSI-THx имеют стандартный входной разъем типа мини-лезвие и короткий кабель термопары, металл которого соответствует типу.Адаптер DSI-THx совместим с четырьмя популярными типами термопар: J, K, T и C.

Адаптер DSI-TH-K от Dewesoft (также доступны типы J, T и C)

Адаптеры

DSI используют встроенный интерфейс TEDS для автоматической настройки в программном обеспечении Dewespft X DAQ. Просто подключите адаптер термопары DSI-TH к входу DB9 выбранного модуля SIRIUS, проверьте свои настройки на экране настройки оборудования в программном обеспечении DEWESoft X, и вы готовы начать измерения.

Перекрестная ссылка модулей SIRIUS и их совместимости с адаптером DSI-TH8x:

Двухъядерные модули SIRIUS Модули SIRIUS HD (высокой плотности) Модули SIRIUS HS (высокоскоростные)
СТГ, СТГМ, LV HD-STG, HD-LV HS-STG, HS-LV
DSI-THx 1

1) Примечание. Доступны адаптеры DSI-TH типов K, J, T, E и C.
. 2) Примечание. Некоторые модули SIRIUS DAQ имеют варианты входных разъемов, отличные от DB9.Пожалуйста, выберите DB9 для идеальной совместимости адаптера DSI.

KRYPTON Измерение термопар

DAQ-модуль термопары KRYPTON испытывается на вибрационном шейкере

Устройства сбора данных KRYPTON - это самая защищенная линейка продуктов, предлагаемая Dewesoft. KRYPTON, выдерживающий экстремальные температуры, удары и вибрацию, имеет класс защиты IP67, защищая их от воды, пыли и т. Д. Они подключаются к любому компьютеру с ОС Windows (включая защищенную модель процессора KRYPTON со степенью защиты IP67 от Dewesoft) через EtherCAT и могут быть разделены на расстояние до 100 метров (328 футов), что позволяет размещать их рядом с источником сигнала.Как и SIRIUS, они используют самое мощное программное обеспечение для сбора данных на рынке, Dewesoft X.

KRYPTONi-8xTH - изолированный 8-канальный регистратор данных с термопарой и сбор данных

KRYPTONi-16xTH - изолированный 16-канальный регистратор данных с термопарой и сбор данных

Термопары

могут быть подключены непосредственно к многоканальному модулю формирования сигнала KRYPTON-TH и к одноканальному модулю формирования сигнала высоковольтной термопары HV-TH-1.

Экран настройки программы Dewesoft X, показывающий 8 универсальных входов термопар модуля термопар KRYPTON

Экран настройки канала модуля термопар KRYPTON, показывающий настройки датчика и усилителя и предварительный просмотр аналогового сигнала в реальном времени

Перекрестная ссылка на модули KRYPTON DAQ и их совместимость с термопарами, а также адаптеры DSI, предназначенные для измерения температуры:

Многоканальные модули KRYPTON
ТН СТГ
Термопары Собственный вход термопары (УНИВЕРСАЛЬНЫЙ - каждый канал может быть настроен на любой тип в программном обеспечении, выбираемый из этих девяти типов:
J, K, T, E, R, S, B, N, C)
Требуется небольшой DSI-THx 1)

1) Примечание - адаптеры DSI-THx доступны в типах K, J, T, C и E


Слева: 1-канальный регистратор данных с термопарой KRYPTON-1xTH-HV-1
Справа: универсальный модуль сбора данных сигналов KRYPTON-1xSTG-1

Одноканальный KRYPTON ONE обеспечивает максимальную модульность:

Одноканальные модули КРИПТОН-1
TH-HV-1 СТГ-1
Термопары Собственный вход термопары типа K, рассчитанный на изоляцию CAT III 600 В и CAT II 1000 В. Требуется небольшой DSI-THx 1)

1) Примечание - адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C

Измерение термопары IOLITE

IOLITE - это уникальный продукт, сочетающий основные возможности промышленной системы управления в реальном времени с мощной системой сбора данных. С IOLITE сотни аналоговых и цифровых каналов могут быть записаны на полной скорости, одновременно отправляя данные в реальном времени на любой мастер-контроллер EtherCAT стороннего производителя.

Слева: стоечная система IOLITEr с 12 слотами для модулей ввода
Справа: настольная система IOLITEs с 8 слотами для модулей ввода

Они представляют собой отличную производительность системы сбора данных плюс управление в реальном времени через EtherCAT, в сочетании с самым мощным программным обеспечением сбора данных на рынке, DEWESoft X.

Вот перекрестная ссылка на модули ввода IOLITE и их совместимость с термопарами, а также адаптеры DSI, предназначенные для измерения термопар:

Многоканальные модули IOLITE
8x TH 6xSTG
Термопары Собственные входы для термопар
(8 каналов на модуль)
Доступны следующие типы:
K, J, T, R, S, N, E, C, U, B
Через DSI-THx 1)
(до 6 каналов на модуль)

1) Примечание - адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C

DAQ-модуль IOLITE-8xTH обеспечивает изоляцию как «канал-земля», так и «канал-канал» до 1000 В.Данные собираются одновременно со всех 8 каналов с частотой дискретизации до 100 с / с с использованием 24-битного дельта-сигма АЦП.

Те же характеристики частоты дискретизации и изоляции применимы к модулю 6xSTG, за исключением того, что он имеет шесть каналов вместо восьми. 6xSTG - это очень универсальный модуль, способный выполнять тензометрические, резистивные измерения и измерения низкого напряжения, в дополнение к его совместимости с адаптерами серии DSI.

Измерение термопары DEWE-43A и MINITAUR

DEWE-43A - чрезвычайно портативная портативная система сбора данных.Он подключается к компьютеру через фиксируемый USB-разъем и имеет восемь универсальных аналоговых входов. Его «старший брат» называется MINITAUR - по сути, это DEWE-43A, объединенный с компьютером и некоторыми другими функциями в одном портативном корпусе. Универсальные входы обеих систем совместимы с адаптерами Dewesoft DSI, что позволяет подключать датчик термопары к любому или ко всем из их восьми входных каналов.

Слева: портативная система сбора данных DEWE-43A
Справа: модель MINITAUR, включая встроенный компьютер

Адаптеры DSI-THx доступны для нескольких популярных типов термопар, включая типы J, K, T и C.В адаптерах DSI используется сенсорная технология TEDS для автоматической настройки в программном обеспечении Dewesoft X DAQ. Просто подключите адаптер DSI-THx к входу DB9 выбранного входа, проверьте свои настройки на экране настройки оборудования в программе Dewesoft X, и вы готовы приступить к измерениям.

Как выбрать оборудование для термопар

Характеристики термопар

Термопары могут быть изготовлены практически из любого материала с термоэлектрическими свойствами.Смеси материалов в термопарах выбираются для конкретного поведения и применения. Термопара вызывает изменение выходного напряжения при изменении температуры. Напротив, термисторы и ПТС вызывают изменение сопротивления, когда чувствительный элемент подвергается изменению температуры. В таблице 1 сравниваются ключевые характеристики термопар по сравнению с термисторами и ПТС.

Таблица 1. Сравнение характеристик термопар, термисторов и ПТС

Термопара Термистор PRT
Диапазон температур: от -200 ° C до 1700 ° C * Диапазон температур: от 0 ° C до 100 ° C Диапазон температур: от -200 ° C до 1000 ° C **

Точность зависит от типа термопары и допусков проводов

(стандартные или специальные ограничения) ***

Приблизительные диапазоны точности:

Тип J ± 2.2 ° C или ± 0,75% от показания (стандарт)

Тип S ± 0,6 ° C или ± 0,75% от показания (специальный)

Точность: от ± 0,001 ° C до ± 0,01 ° C Точность: от ± 0,006 ° C до ± 0,04 ° C
Стабильный Очень стабильный Очень стабильный
Прочный Умеренно деликатный Очень нежный
Низкая По умеренной цене По высокой цене

* Представляет комбинированный температурный диапазон распространенных типов термопар.Один TC не может использоваться во всем указанном диапазоне.

** представляет собой комбинированный диапазон температур обычных PRT. Один PRT не может использоваться во всем перечисленном диапазоне.

*** Стандартные пределы погрешности В термопарах используются стандартные провода, они более распространены и менее дороги. Термопары со специальными пределами погрешности изготовлены из проволоки более высокого качества, что увеличивает точность, но стоит дороже.

Оборудование для калибровки термопар

Калибровка выполняется путем измерения выходного напряжения тестируемого блока термопары (UUT), когда измерительный (горячий) спай подвергается воздействию источника температуры, а эталонный (холодный) спай поддерживается на уровне эталонного значения (обычно 0 ° C).Требуются следующие инструменты:

  • Контрольный зонд
  • Показания эталонного зонда и испытуемой термопары
  • Источник температуры для эталонного зонда, тестируемой термопары и эталонного спая термопары

Эталонный зонд

В зависимости от требуемой точности эталонным датчиком будет SPRT, PRT или термопара более высокого качества и калибровки, чем тестируемые термопары. Поскольку этот прибор является эталоном для калибровки, важны его точность и стабильность.

СПРЦ

SPRT

- самые точные и стабильные доступные эталонные пробники. Как правило, используется версия со стеклянной оболочкой. Эти инструменты стандартизированы, поскольку они являются частью определения ITS-90, что означает минимальные требования к чистоте платиновой проволоки и типу используемой конструкции. Это приводит к меньшей путанице в отношении пригодности прибора для конкретного применения и к уверенности в его характеристиках при правильной калибровке и использовании.Эти инструменты очень стабильны и точны, но они дорогие и очень хрупкие. Их следует использовать только для высокоточных приложений.

ПРЦ

Когда требования к точности менее критичны, можно успешно использовать PRT. PRT доступны во многих конфигурациях. Однако PRT, которые подходят для использования в качестве калибровочных стандартов, обычно доступны в виде зондов из нержавеющей стали или в оболочке из инконеля. Эти инструменты не так точны, как SPRT, но, как правило, более прочные и с ними легче работать.В отличие от SPRT, дизайн PRT оставлен на усмотрение производителя. Не все дизайны работают на уровне, необходимом для использования в качестве эталона. Будьте осторожны при выборе PRT, чтобы убедиться, что выбранный тип подходит для использования в качестве эталона калибровки в интересующем диапазоне и с требуемой точностью.

Термопары

Доступны термопары

эталонного качества с погрешностями и стабильностью, близкими к ПТС (или даже ПТС) при высоких температурах. Этот сорт подходит в качестве калибровочного стандарта.Термопары эталонного качества стандартизированы по составу, но не по конструкции. Примите меры, чтобы гарантировать, что выбранная модель будет работать должным образом в интересующем температурном диапазоне.

Особые соображения

Помимо требований к точности, необходимо учитывать и другие характеристики. Например, конец эталонного спая термопары должен быть достаточно длинным, чтобы обеспечить надлежащее погружение в источник эталонной температуры (обычно в ледяную баню).Кроме того, некоторые из обычных материалов оболочки, используемых в датчиках термопар, не должны использоваться при высоких температурах. Убедитесь, что материал оболочки совместим с процессом калибровки, для которого он предназначен.

Считывание

Поскольку термопары создают выходное напряжение, требования к показаниям термопар отличаются от требований к показаниям SPRT, PRT или термистора. Если эталонный зонд также не является термопарой, потребуются два показания. Необходимо учитывать эталонный спай термопары.Большинство считывающих устройств термопар имеют «электронные эталонные спаи», которые часто называют «компенсацией холодного спая». Это дополнительная схема, которая измеряет температуру в месте подключения считывающего устройства термопары при подключении провода термопары непосредственно к считывающему устройству и компенсирует ненулевую эталонную температуру. Этот тип компенсации очень удобен, но обычно не так точен, как настоящая ванна с ледяной точкой.

Наилучшие результаты будут получены с показаниями, разработанными специально для калибровки термопар.Цифровые мультиметры сильно ограничивают гибкость, обычно без экономии затрат или повышения точности.

Выходное напряжение термопары очень низкое, а небольшая погрешность напряжения соответствует большой погрешности температуры. Измерения напряжения должны быть чрезвычайно точными даже для калибровки температуры средней точности. Кроме того, при низких уровнях напряжения, которые будут измеряться при калибровке термопар, минимальная ошибка считывания (предел шума или предел смещения нуля) становится очень значительной.Убедитесь, что показания имеют диапазон напряжения (обычно до 100 мВ) и точность, подходящие для калибровки термопар. Рассмотрим пример использования высокоточного 7,5-разрядного цифрового мультиметра для измерения термопары типа S при 500 ° C. В следующем примере показан относительный вклад источников ошибок цифрового мультиметра.

Рис. 1. Относительный вклад источников ошибок цифрового мультиметра.

В этом примере неопределенность, возникающая из-за минимального значения цифрового мультиметра, намного больше, чем ошибка из-за точности диапазона цифрового мультиметра.Эта ситуация более выражена при более низких температурах и менее выражена при более высоких температурах. Это иллюстрирует важность ошибки пола считывания.

Источник температуры

Самыми распространенными источниками температуры для калибровки термопар являются сухоблочные печи и печи. Когда требуется еще более высокая точность, можно использовать калибровочные ванны. Для самых низких температур (ниже –100 ° C) требуется устройство сравнения LN2 (жидкий азот).

При выборе источника температуры следует учитывать стабильность и однородность, поскольку эти факторы влияют на погрешность калибровки термопары:

  • Стабильность определяет, насколько точно источник температуры поддерживает заданную температуру с течением времени.
  • Равномерность определяет, насколько постоянны температуры по всему источнику температуры.

Термопары с неизолированной проволокой нельзя погружать непосредственно в жидкость ванны. Следует использовать защитную трубку. Зонды термопар обычно не массивные, но все же следует учитывать глубину погружения. Недостаточная глубина погружения приведет к ошибкам калибровки. При повышенных температурах необходимо принимать меры, чтобы избежать повреждения эталонного зонда. Кроме того, если будет использоваться внешний эталонный спай, убедитесь, что выбранный источник температуры достаточно изолирован, чтобы внешние поверхности не стали достаточно горячими, чтобы повредить ледяную баню.Перед выбором источника температуры внимательно оцените свои требования, чтобы убедиться, что прибор подходит для вашего применения.

Таблица 2. Оборудование Fluke Calibration, рекомендованное для калибровки термопар

Эталонные зонды
Модель Диапазон Размер Базовая точность *
SPRT
5698-25 от –200 ° C до 670 ° C Кварц, 485 мм x 7 мм (19.1 дюйм x 0,28 дюйма) <0,006 ° C / 100 часов при 670 ° C
Вторичный стандартный PRT
5626 от –200 ° C до 661 ° C 305 или 381 мм x 6,35 мм (12 или 15 дюймов x 0,25 дюйма) ± 0,007 ° C при 0 ° C
5615-12 от –200 ° C до 420 ° C 305 мм x 6,35 мм (12 дюймов x 0,25 дюйма) ± 0,013 ° C при 0,010 ° C
Прецизионный промышленный ПТС
5627A-9 от –200 ° C до 300 ° C 229 мм x 4.7 мм (9 дюймов x 0,19 дюйма) ± 0,05 ° C при 0 ° C
5627A-12 от –200 ° C до 420 ° C 305 мм x 6,35 мм (12 дюймов x 0,25 дюйма) ± 0,05 ° C при 0 ° C
Стандартные термопары типов R и S
5649 / 5650-20 от 0 ° C до 1450 ° C 508 мм x 6,35 мм (20 дюймов x 0,25 дюйма) ± 0,7 ° C при 1100 ° C
5649 / 5650-25 от 0 ° C до 1450 ° C 635 мм x 6.35 мм (25 дюймов x 0,25 дюйма) ± 0,7 ° C при 1100 ° C
при 1100 ° C * Базовая точность включает погрешность калибровки и кратковременную повторяемость. Он не включает длительный дрейф.

Продолжение таблицы 2. Оборудование Fluke Calibration, рекомендованное для калибровки термопар

Показания
Модель Типы датчиков Точность Характеристики
1523 ПТС, термопары, термисторы

± 0.015 ° C при 0 ° C (PRT)

± 0,24 ° C при 0 ° C (Тип K TC)

Переносной эталонный термометр с батарейным питанием; Разъем INFO-CON считывает коэффициенты без программирования; сохраняет 25 показаний по запросу; графики тенденции
1524 ПТС, термопары, термисторы

± 0,015 ° C при 0 ° C (PRT)

± 0,24 ° C при 0 ° C (Тип K TC)

Переносной эталонный термометр такой же, как 1523, но со входами для двух термометров; регистрирует до 15000 показаний и сохраняет еще 25 по запросу
1529 ПТС, термопары, термисторы

± 0.006 ° C при 0 ° C (PRT)

± 0,4 ° C при 600 ° C (тип K TC, внутренний CJC)

Четыре канала могут быть измерены одновременно; батарея заряжена; регистрирует до 8000 чтений; гибкий дисплей
1586A с мультиплексором DAQ-STAQ ПТС, термопары, термисторы

± 0,005 ° C при 0 ° C (PRT)

± 0,29 ° C при 0 ° C (тип K TC, внутренний CJC)

40 каналов со скоростью сканирования 10 каналов в секунду; автоматизирует калибровку датчика при подключении к источнику температуры Fluke Calibration
Источники температуры
Модель Диапазон Точность
Полевые метрологические скважины
9142 от -25 ° C до 150 ° C ± 0.2 ° С
9143 от 33 ° C до 350 ° C ± 0,2 ° С
9144 от 50 ° C до 660 ° C

± 0,35 ° C при 50 ° C

± 0,35 ° C при 420 ° C

± 0,5 ° C при 660 ° C

Метрологические колодцы
9170 от -45 ° C до 140 ° C ± 0,1 ° С
9171 от -30 ° C до 155 ° C ± 0,1 ° С
9172 от 35 ° C до 425 ° C

± 0.1 ° C при 100 ° C

± 0,15 ° C при 225 ° C

± 0,2 ° C при 425 ° C

9173 от 50 ° C до 700 ° C

± 0,2 ° C при 425 ° C

± 0,25 ° C при 660 ° C

Печи для термопар
9150 (вертикально) от 150 ° C до 1200 ° C ± 5 ​​° С
9118A (горизонтальный) от 300 ° C до 1200 ° C ± 5 ​​° С

См. Другие примечания к приложениям в этой серии термопар:

1 из 4: Основы термопар

3 из 4: Расчет погрешностей в системе калибровки термопар

4 из 4: Как откалибровать термопару

Рекомендуемые товары:

5649/5650 Стандарты термопар типов R и S

9118A Печь для калибровки термопар

Подключение сигналов термопары к устройству сбора данных

Включено в раздел

В этом документе представлены пошаговые инструкции по подключению и настройке вашего устройства NI DAQ для использования с термопарой.Прежде чем вы начнете использовать ваше оборудование DAQ, вы должны установить среду разработки приложений и программное обеспечение драйвера NI-DAQmx. Обратитесь к документу Установка LabVIEW и NI-DAQmx для получения дополнительной информации.

Основы измерения термопар

Термопары - наиболее часто используемые датчики температуры. Термопара создается, когда два разнородных металла соприкасаются и создают небольшое напряжение холостого хода, соответствующее температуре. Это термоэлектрическое напряжение, известное как напряжение Зеебека, нелинейно по температуре.

Типы термопар

Термопары различаются составом и диапазоном точности:

Тип термопары

Положительный провод

Отрицательный провод

Диапазон температур (° C) для полиномиальных коэффициентов или для преобразования таблицы

Диапазон температур (° C) для коэффициентов обратного полинома

Дж

Утюг

Константан

-210 до 1200

-210 до 1200

К

хромель

Алюмель

-270 до 1372

-200 до 1372

N

Никросил

Нисил

-270 до 1300

-200 до 1300

R

Платина-13% родий

Платина

-50 до 1768

-50 до 1768

S

Платина-10% родий

Платина

-50 до 1768

-50 до 1768

T

Медь

Константан

-270 до 400

от -200 до 400

B

Платина

Родий

0 до 1820

250 до 1820

E

хромель

Константан

-270 до 1000

-200 до 1000

Таблица 1. Типы термопар

Компенсация холодного спая

Для термопар

требуется некоторая форма эталонной температуры для компенсации нежелательных паразитных термопар. Паразитная термопара создается, когда вы подключаете термопару к измерительному оборудованию. Поскольку клеммы на оборудовании изготовлены из материала, отличного от материала провода термопары, на стыках, называемых холодными спаями, создается напряжение, которое изменяет выходное напряжение самой термопары.Вы можете измерить температуру на этом эталонном спайе с помощью датчика температуры прямого считывания, такого как термистор или датчик IC, а затем вычесть термоэлектрические вклады паразитных термопар. Этот процесс называется компенсацией холодного спая (CJC). Вы должны указать свой источник CJC или постоянное значение (обычно 25 ° C) при настройке измерения термопары в программном обеспечении.

Расположение выводов вашего DAQ-устройства

Перед подключением любых сигналов найдите распиновку вашего устройства.

  1. Откройте Обозреватель измерений и автоматизации (MAX) и разверните Устройства и интерфейсы.
  2. Щелкните правой кнопкой мыши имя своего устройства и выберите «Выводы устройства».

Рис. 1. Справка по терминалам устройства

Следующие типы клемм соответствуют измерениям с помощью термопар:

  1. TC X (+/-) - Большинство термопар NI относится к клеммам TC + и TC- для каждого канала дифференциальных измерений.
  2. AI X (+/-) - Некоторые устройства вместо этого могут ссылаться на AI x + и AI x -, где x относится к номеру канала.
  3. COM - Общая клемма заземления для всех каналов DI может быть изолирована от земли, в зависимости от вашего устройства.

Настройка измерения термопары

Вы можете использовать NI MAX для быстрой проверки точности вашей измерительной системы. Настройка. Используя глобальный виртуальный канал NI-DAQmx, вы можете настроить измерение термопары без какого-либо программирования.Виртуальный канал - это концепция архитектуры драйвера NI-DAQmx, используемая для представления набора настроек свойств устройства, которые могут включать в себя имя, физический канал, входные клеммные соединения, тип измерения или генерации и информацию о масштабировании.

Для начала выполните следующие действия:

  1. Открыв MAX, щелкните правой кнопкой мыши Data Neighborhood и выберите Create New.
  2. Выберите NI-DAQmx Global Virtual Channel и нажмите Next.
  3. Выберите Acquire Signals »Analog Input» Temperature »Thermocouple

Рисунок 2. Создание виртуального канала NI-DAQmx

  1. Выберите ai0 или любой другой физический канал, который вы собираетесь подключить к термопаре. Физический канал - это клемма или вывод, на котором вы можете измерять или генерировать аналоговый или цифровой сигнал. Один физический канал может включать в себя более одной клеммы или вывода, как в случае входного канала дифференциальной термопары. В этом случае ai0 соответствует TC0 + и TC0- на схеме выводов NI-9211.

Рисунок 3. Физические каналы устройства

  1. Щелкните Далее и введите имя глобального виртуального канала или оставьте значение по умолчанию.
  2. Нажмите Finish, чтобы увидеть следующий экран в MAX:

Рисунок 4. Настройка канала термопары в MAX

  1. На вкладке настроек введите минимальное и максимальное значения температуры, которые вы ожидаете считывать с термопары (от 0 ° C до 100 ° C по умолчанию).
  2. Выберите тип термопары и CJC Source и CJC Value .

Подключение термопары к устройству

Следующим шагом является физическое подключение термопары к вашему DAQ-устройству.

  1. Щелкните вкладку Схема подключения в MAX, чтобы продолжить.

Рисунок 5. Схема подключения термопары

У каждого провода термопары есть положительный и отрицательный вывод. Схема подключения показывает, какие контакты на вашем DAQ-устройстве должны быть подключены в соответствии с выбранным вами физическим каналом.Подключите положительный вывод термопары к клемме TC +, а отрицательный провод термопары к клемме TC–. Если вы не уверены, какой из выводов термопары положительный, а какой отрицательный, проверьте документацию на термопару или катушку с проволокой термопары.

Если вы используете экранированную термопару, подключите COM-терминал вашего устройства на щит и щит опорного напряжения синфазной термопары. Опорное напряжение синфазное напряжение, которое находится в пределах ± 1.2 В синфазного напряжения термопары. Если вы используете плавающую термопару или термопару в пределах ± 1,2 В от заземления, подключите COM и экран к заземлению. Методика заземления экрана может варьироваться в зависимости от области применения. См. Рисунок 6 для иллюстрации типичной конфигурации экрана.

Рисунок 6. Подключение экранированной термопары

Используйте глобальные виртуальные каналы NI-DAQmx для предварительного просмотра ваших измерений.

  1. Не закрывая MAX, вернитесь на вкладку NI-DAQmx Global Channel и нажмите кнопку Run. Значение температуры вашей термопары отображается в верхней части экрана.

Рисунок 7. Предварительный просмотр измерения термопары в MAX

Вы можете просмотреть сигнал в табличной форме или в виде графика, выбрав График в раскрывающемся списке Display Type . У вас также есть возможность сохранить глобальный виртуальный канал NI-DAQmx, если вы захотите снова обратиться к этому экрану конфигурации в будущем.

Предыдущая Подключение и настройка оборудования Введение в LabVIEW Следующие .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *