Холодные спаи термопар поправка на температуру
Точность измерения температуры термопарой корректируется поправкой на температуру холодного спая. Ее следует поддерживать по возможности постоянной (например, термостати-рованием), мало зависящей от температуры окружающей среды. Если температура свободных концов отличается от температуры, при которой производилась градуировка (обычно 0°С), то вводят поправку к измеряемой температуре. [c.138]ПОПРАВКА НА ТЕМПЕРАТУРУ ХОЛОДНЫХ СПАЕВ ТЕРМОПАРЫ [c.52]
Если температура холодного спая термопары отлична от градуировочной температуры, то в показания прибора необходимо вносить поправки. Введение поправок расчетным путем выполняется по формуле [c.67]
Термопара состоит из двух проволок из разного металла. Один спай этих проволок (горячий) подвергается действию температуры печи, другой же спай (холодный) располагают в помещении с комнатной или близкой к ней температурой. При изменении температуры холодного спая необходимо внести соответствующую поправку в показания измерительного прибора, если не предусмотрено автоматическое компенсирующее устройство.
С, В температуры, измеренные термопарой, должны быть введены поправки на градуировку термопары и на температуру холодного спая. [c.256]
Сопротивление Яз является ограничивающим, а переменным сопротивлением Я устанавливается на шкале сопротивлений нуль прибора, соответствующий сопротивлению, равному бесконечности. Сопротивление Яг служит для формирования э. д. с., необходимой для компенсации влияния автоматической поправки па температуру холодных спаев термопары при измерении прибором сопротивления пленки. При напряжении батареи 90 в и чувствительности усили- [c.287]
Для правильного определения температур весьма важное зпачепие имеет неизменность температур холодного спая, поскольку величина ТЭДС зависит от разности температур горячего и холодного спаев.
Шкалы автоматических потенциометров, как и милливольтметров, градуируются в милливольтах или непосредственно в °С. Если шкала потенциометра выражена в милливольтах, то он применяется в комплексе с термопарой любого типа если же в °С, то в комплексе с термопарой строго определенного типа. Шкала технического автоматического потенциометра, -как правило, выражена в °С. Обычно в потенциометрах предусмотрено устройство для автоматического внесения поправки на температуру холодных спаев термопары.
Если температура холодного спая термопары отлична от градуировочноЛ температуры, то а показания прибора необходимо вносить поправки. Введение поправо расчетным путем выпол вяется по формуле [c.67]
Другая схема поверки автоматического потенциометра показана на фиг. 51. Поверяемый потенциометр подключают к термопарным клеммам переносного потенциометра. Сначала на поверяемом и переносном потенциометрах устанавливают нормальную величину рабочего тока, затем на поверяемой потенциометр подается напряжение, снимаемое с зажимов лабораторного потенциометра (он в этом случае служит источником регулируемого напряжения). Это напряжение соответствует поверяемым точкам шкалы с учетом поправки на температуру холодных спаев термопары. Поверке подлежат все оцифрованные точки шкалы автоматического потенциометра.
[c.104] Измерительные схемы всех автоматических потенциометров предусматривают автоматическое введение поправки на изменение температуры холодных спаев термопары.
С этой целью их измерительные схемы выполняются в виде моста. На фиг. 42 показана принципиальная измерительная схема автоматического потенциометра. Все сопротивления измерительной схемы, кроме выполнены из манганина. Сопротивление изготовлено из меди или никеля. [c.86]
Термопара градуируется при определенной постоянной температуре холодного спая (обычно при = 0° С, реже при IQ =.2,0° С). При измерениях температура холодного спая может быть иной (/д), не равной температуре градуировки. Несовпадение температур и вызывает необходимость внесения поправки. Уравнение поправок на температуру холодного спая можно вывести из приведенных выше соотношений. [c.53]
Щуп должен быть нагрет на воздухе до температуры 850 5°С и выдержан при этой температуре в течение 5 мин до начала испытания. Температуру щупа определяют для каждого испытания, делая необходимую поправку на холодный спай и любую ошибку, указанную в калибровке термопары щупа. Поправки на холодный спай и поправки на калибровку термопары фиксируют перед каждым испытанием. [c.688]
Из графика температуры как функции от времени считывают, делая поправки на холодный спай и калибровку термопары, время, требуемое для того, чтобы температура щупа упала с температуры погружения до [c.689]
Иногда на всем протяжении от термопары до измерительного прибора применяют термоэлектродные провода. В этом случае температура холодных спаев термопары и измерительного прибора будет одинакова, что облегчает введение поправки на температуру холодных спаев, а также создает возможность автоматического введения указанной поправки. Однако надо учитывать, что термоэлектродные провода обладают относительно большим сопротивлением, что ограничивает их длину. Кроме минимального сопротивления, термоэлектродные провода должны иметь хорошую изоляцию, гарантирующую отсутствие электрических контактов и утечек.
[c.67] За температуру самовоспламенения (с поправкой на температуру холодного спая термопары) принимается минимальная температура реакционной зоны печи, при которой еще наблюдается воспламенение паров и ниже которой (на 2—3°) воспламенения не происходит.
[c.225]
В практических условиях температура холодного спая Ц) обычно не совпадает с его температурой при градуировке термопары ( о) В этом случае необходимо вводить поправку на температуру холодного спая. Из основного уравнения термопары после несложных преобразований получаем выражение для определения т. э. д. с., соответствующей измеряемой температуре при условиях градуировки
Наличие вспомогательной ветви позволяет автоматически ввести поправку на температуру холодных спаев термопары. Сопротивление и холодные спаи термопары должны находиться при одинаковой температуре. В приборе сопротивление Я располагается недз леко от места подключения термопар. [c.86]
С графика температуры как функции скорости охлаждения считывают следующие данные, делая поправки на холодный спай и калибровку термопары [c.689]
Если при применении термопары пользоваться льдом невозможно, то приходится вводить поправку на температуру. холодных спаев. Поправка ДЕ в т вычисляется согласно соотношению [c.87]
Термопара типа НК-СА изготовляется из специальных сплавов марки НК и СА. Характерной особенностью данной термопары является то, что не требуется введения поправки на температуру холодных спаев, так как т. э. д. с., развиваемая термопарой до 200°, практически равна нулю.
[c.56]Поправка на температуру холодных спаев. Особое внимание нужно уделить температуре холодных спаев. Температуру этих спаев необходимо поддерживать такой же, при какой производилось калибрование термопары. В лабораториях наиболее удобной температурой является точка таяния льда. [c.86]
Не нужно забывать, что если температура холодных спаев при измерении выше, чем при калибровании, то поправку нужно прибавить, а если ниже,—то отнять. Мы даем таблицы для некоторых термопар, описанных ранее (табл. И, 12, 13), напоминая, однако, что для пар, состоящих не из чистых металлов, данные могут быть несколько иными.
[c.87]
Печь включается через трансформатор в электросеть, и нагревание регулируется трансформатором. Температура замеряется платина-платинородиевой термопарой, заключенной в фарфоровый че.хол, которая вставляется через верхнее отверстие в жаровую трубу таким образом, чтобы нижний конец ее на.ходился на расстоянии около 10 мм выще установленной в печи пластинки с конусами золы. Термопару присоединяют к гальванометру с градуировкой от 0° до 1600°. Введение к показаниям гальванометра поправки на температуру холодного спая обязательно. После включения в электросеть ведут наблюдение за показанием гальванометра, регулируя нагрев таким образом, чтобы до 900° температура повыщалась на 10—15° в минуту. Как только температура достигнет 400—450° и стенки жаровой трубы накалятся настолько, что возможно будет рассмотреть в визирную трубку положение конусов, проверяют, все ли конусы попадают в поле зрения. В противном случае, осторожным приподниманием щтока и вращением его вправо или влево добиваются такого положения,, когда каждый конус попадает в поле зрения. После этого обмазывают огнеупорной глиной все стыки в месте присоединения площадки стопорного винта с асбестом к жаровой трубе, а также все остальные щели и в течение всего опыта время от времени проверяют, не появились ли трещины, и снова замазывают их.
Определение температуры в градусах Цельсия по значениям э. д. с. ХА и Pt—Pt/Rh (10%)-термопар осуществляется при помощи специальных таблиц (см. табл, 5, 6 приложения). Эти таблицы составлены с учетом того, что холодные спаи термопар термоста-тлроианы при О С. Если термостатиро-вание холодных спаев осуществляется при любой другой температуре, то необходимо вводить поправку. На при- [c.10]
Холодные спаи термопар в стеклянных чехлах, залитых парафином, расположены в сосуде Дьюара 7 (см. рис. 45-46) с водой, температура которой измерялась термометром. При таком способе термостатировапия холодных спаев для определения температуры сердечников необходимо вводить поправку на температуру холодных спаев.
Примечания. 1. Под длительной подразумевается работа.в неагрессивной для данной термопары среде сроком до 1000 ч при условии изменения градуировки не более чем на 1% под кратковременной—работа в тех же условиях в течение 1—2 ч. 2. В связи с малой т. в. д. с., развиваемой термопарой ТПР при практически существующих колебаниях температуры холодного спая (до 100° С), поправки на холодный спай при измерениях не вводят. 3. Нестабильность термопары ТПР вследствие загрязнения термоэлектродов железом в окисленной среде не за-пиоит от диаметра проволоки термоэпектродов (( ), в нейтральной—зависит от Поэтому в нейтральной среде Должен выбираться максимально БОПМОЯЩЫМ, [c.83]
Расположение отдельных термопар для различных установок, связанных посредством переключателя с измерительным прибором, изображено иа рис, 19. Поправки на холодные спаи всех термопар производятюя в этом случае с помощью специальной термопары, спай которой находится при температуре градуировки. [c.47]
Поправки вводят лишь тогда, когда почему-либо невозможно поддерживать температуру холодных спаев такой же, при какой проязводилось калибрование. Чаще всего это случается при работе с мош,ными нагревательными печами и с короткими термопарами. Термометр для измерения температуры холодных спаев легко смонтировать в стеклянном тройнике, изолированном асбестом, как показано на рис. 77. [c.89]
Спай горячий – Энциклопедия по машиностроению XXL
Так как термо-ЭДС термопары зависит от температуры обоих спаев (горячего и холодного), то термопару часто применяют для измерения разности температур в двух точках — так называемая дифференциальная термопара. В этом случае в схеме отсутствует холодный спай и термо-ЭДС термопары соответствует разности температур.
Схема дифференциальной термопары представлена на рис. 3.8,
[c.94]
Проволоки (из двух разных металлов) 1 и 2 термопары, спаянные в точке 3 (так называемый горячий спай), соединены проводами 4 и 5 с гальванометром. Место соединения проволок 1 и 2 с проводами 4 и 5 называется холодным спаем. Горячий спай [c.110]
Ребра имеют только один спай — с наружной оболочкой, в то время как у гофров — два спая, с наружной и внутренней стенками. Учитывая, что последний спай горячий , то, естественно, его прочность меньше холодного . Следовательно, при использовании гофров прочность связи [c.107]
Температуру металлов измеряют обычно при помощи термопары. Принцип измерения температуры следующий. Термопара состоит из двух проволок разных металлов, сваренных в одном конце (так( называемый горячий спай ), два других конца подключены к гальванометру или другому прибору (например, потенциометру), измеряющему ток очень малой разности потенциалов . [c.114]
Если будет нагреваться горячий спай, то в термопаре, присоединенной к гальванометру, возникает ток, тем больший, чем выше температура горячего спая. Предварительно проградуировав систему термопара — гальванометр, г. е. зная, какое напряжение в милливольтах какой температуре соответствует, можно этим прибором определять температуру в печи, в расплавленном металле и т. д. [c.115]
Тем пература кристаллизации определяется следующим образом, В печь 1 (рис. 89) помещают тигелек 2, в котором расплавляют исследуемый сплав 3. Затем в расплав погружают горячий спай 4 термопары 5 (защищенной фарфоровым или [c.115]
Термопары очень широко применяются для измерения температуры в самых различных условиях. В этой главе будут рассмотрены лишь наиболее важные аспекты термометрии, использующей термопары. Термопара остается основным прибором для измерения температуры в промышленности, в частности в металлургии и нефтехимическом производстве.
Прогресс в электронике способствовал в последнее время росту числа применений термометров сопротивления, так что термопару уже нельзя считать единственным и важнейшим прибором промышленного применения. Преимущества термометра сопротивления по сравнению с термопарой вытекают из принципа действия этих устройств. Термометр показывает температуру пространства, где расположен его чувствительный элемент, и результат измерения мало зависит от подводящих проводов и распределения температуры вдоль них. Термопара позволяет найти разность температур между горячим и холодным спаями, если измерена разность напряжений между двумя опорными спаями. Эта разность напряжений возникает в температурном поле между горячим и холодным спаями. Разность напряжений идеальной термопары зависит только от разности температур двух спаев, однако для реальной термопары приходится учитывать неоднородность свойств электродов, находящихся в температурном поле она и является основным фактором, ограничивающим точность измерения температуры термопарами.
[c.265]
| Рис. 6.1. Распределение потенциала вдоль проволоки термопары, изготовленной из электродов А и В п имеющей горячий спай в области постоянной температуры Т . Электроды присоединены к одинаковым проводам С в области холодного спая при постоянной температуре То. Проводники С присоединены к детектору в области постоянной температуры Г]. Полагая, что величина Ес(То—>Т ]) одинакова для обоих проводников С, получаем измеренную э. д. с. [ а—Яв](7 о—>Т г)- Электроды Л и В проходят через одно и то же температурное поле. |
Это означает, что термо-э.д.с. неоднородной термопары становится функцией ее размещения, а не только разности температур горячего и холодного спаев.
[c.270]| Рис. 8-11. Зависимость к. п. д. идеального преобразователя от температуры горячего и холодного спаев. |
| Рис. 8-12. Зависимость к. и. д. солнечного термоэлектрогенератора от температур горячих и холодных спаев и коэффициента К. |
Для измерения температуры образцов на концах их рабочей части должно быть установлено не менее двух термопар. Термопары устанавливают так, чтобы горячие спаи плотно соприкасались с поверхностью образца. Горячий спай термопары должен быть защищен от воздействия раскаленных стенок печи. [c.106]
Устройство термоэлемента Схема термоэлектрического генератора ясна из рис. 19.6, а. На горячем спае двух полупроводниковых материалов [c.602]
Принцип измерения теплового потока этим методом заключается в том, что разность температуры в центре и на краю фольги А7 прямо пропорциональна тепловому потоку, воспринятому константановой фольгой. Для измерения ДТ к центру константановой фольги припаивают тонкий медный провод 3. Таким образом получается дифференциальная термопара, составленная из медного провода 3, константановой фольги 1 и медного блока 2, горячий и холодный спаи которой образованы соответственно в центре и на периферии фольги. Сигнал этой термопары (термо-ЭДС) е пропорционален АГ и, следовательно, значению измеряемого теплового потока с плотностью q.
Для случая постоянной плотности теплового потока по поверхности фольги эта связь установлена аналитическим путем
[c.279]
Схема термобатареи показана на рис. 14.10,6. Для более полного поглощения излучения рабочие ( горячие ) спаи термопар 1 зачернены либо электролитическим способом, либо путем напыления сажи или окислов металлов. Холодные спаи термопар -образуются приваркой их свободных концов к тонким металлическим пластинкам 3, установленным на слюдяном кольце 4 и расположенным вне зоны облучения. [c.291]
Теплота, подводимая к горячим спаям, Qi = Nlr i = = 10/0,0991 = 101 Вт, а отводимая от холодных—Qi -= Qj — Л/ == 101 — 10 – 91 Вт. [c.171]
Схема термоэлектрического генератора показана на рис. 8.54. На горячем (с температурой Ti) спае двух полупроводниковых материалов (вверху расположен полупроводник р-типа, внизу — полупроводник п-типа) электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости и перемещаются к холодному спаю с температурой Та, а затем переходят в примесную зону полупроводника /э-типа. В результате в цепи протекает электрический ток по направлению часовой стрелки. На стыке полупроводников п- и р-типов развивается термо-ЭДС [c.576]
Термо-ЭДС термопары определяется алгебраической суммой контактных разностей потенциалов горячего и холодного спаев при обходе замкнутой цепи в одном направлении [c.113]
Чтобы по измеренному значению изм(определить температуру горячего спая t, необходимо знать температуру холодного спая и располагать градуировочной зависимостью термопары E=E t, fo=0° ). Если температура холодного спая в опытах была равна О °С, то t непосредственно определяют по градуировке, представленной в виде таблицы, графика или аппроксимирующей формулы. Если же о О°С, то поступают [c.113]
Температура поверхности пластины измеряется в пяти точках по длине пластины, расположенных на расстояниях от передней кромки от 7 до 130 мм.
Координаты х закладки горячих спаев термопар приведены в табл. 4.2.
[c.158]
Так как термо-э. д. с. термопары зависит от температуры обоих спаев (горячего и холодного), то термопара часто применяется для измерения разности температур в двух точках—так называемая дифференцлальная термопара. В этом случае в схеме отсутствует холодный спай, находящийся при температуре 0° С, и термо-э. д. с. термопары непосредственно соответствует разности температур. Схема дифференциальной термопары представлена на рис. 3-9, где термопарой измеряется изменение температуры i/i газа вследствие нагре- вания. [c.97]
Дефекты литья классифицированы ГОСТом их 22 вида заливы, коробление, корольки, наросты, недолив, отбел, пригар, газовые и шлаковые раковины, рыхлоты или пористость, спаи, горячие и холодные трещины, ужимины, несоответствие металла стандартам и техническим условиям по химическому составу, микроструктуре и. физико-механическим свойствам, несоответствие массы отливок стандартам, механические повреждения и др. 262 [c.262]
Термопара — это два проводника из разнородных металлов, концы которых спаяны между собой. В основе определения температур с помощью термопар лежит явление термоэлектричества если один из спаев (горячий) нагревать, а другой (холодный) держать при постоянной температуре, то в цепи термопары возникает, TJЭJД. ., связанная определенной зависимостью с температу рой я измеряемая милливольтметром или потенциометром. [c.92]
В интервале в МПТШ-68 определяется термопарой из платины и сплава 10 % родия с платиной, градуированной при 630,74 °С, а также в точках затвердевания серебра и золота с использованием квадратичной интерполяционной формулы. Разработаны требования к величинам термо-э. д. с. термопары в реперных точках, которым этот прибор должен удовлетворять при воспроизведении шкалы. В гл. 6 будет показано, однако, что эти требования часто неоправданно строги.
Было найдено, что если один из электродов термопары изготовлен из чистой платины, а другой содержит родий в пределах от 10 до 13%, то шкала воспроизводится удовлетворительно. Главная проблема при использовании термопар состоит в их недостаточной воспроизводимости. Причины этого рассматриваются в гл. 6 и хотя они понятны, их воспроизводимость очень трудно улучшить. Проблема в том, что измеряемая термо-э. д. с. возникшая вследствие разности температур спаев термопары, зависит не только от этой разности температур, но и от однородности проволоки электродов термопары. Если электроды не вполне однородны, то измеренная термо-э. д. с. начинает зависеть от конкретного распределения температуры вдоль проволок от горячего до холодного спаев. Найдено, что по этой причине для термопар из Р1 —10% НМ/Р в интервале 630—1064 °С достижимая точность не превышает 0,2 °С. Современные требования к точности измере-
[c.55]
Классический опорный спай термопары имеет температуру о °С, получаемую в тающем льде. Этот способ обычен в лабораторных условиях, хотя и требует ряда предосторожностей для получения высокой точности. Влияние растворенных минеральных примесей в водопроводной воде редко изменяет точку льда более чем на —0,03°С, однако лучше применять дистиллированную воду. Для приготовления ледяной ванны толченый лед из холодильника помешается в широкогорлый сосуд Дьюара и заливается дистиллированной водой, пока лед не будет покрыт полностью. Холодные спаи термопар помещаются в стеклянные пробирки, погружаемые в ванну на глубину около 15 см, и в пределах нескольких милликельвинов их температура оета-ется равной 0°С в течение десятков часов. Иногда рекомендуется для улучшения теплового контакта заполнять пробирки минеральным маслом до уровня воды в ледяной ванне. Делать это не обязательно, и, кроме того, возникает возможность проникновения масла внутрь изоляции к горячим частям термопары за счет капиллярных эффектов. Число холодных спаев, диаметр проволок и их теплопроводность могут существенно повлиять на характеристики ледяной ванны.
Вполне достаточно погрузить одну пару медных проводов диаметром 0,45 мм на глубину 15 см, но 20 таких же проводов в одной и той же стеклянной трубке дадут погрешность около 0,02 °С. Рис. 6.19 II табл. 6.5 иллюстрируют некоторые характеристики ледяной ванны.
[c.304]
Склонность к образованию горячих трещин при образовании окисла СпаО и наличии серы, висмута и других вредных примесей резко охрупчивающих металл. [c.136]
I — концеитратор солнечного излучения 2 — регулятор потока излучения 3 — ирисовая диафрагма 4 — приемник излучения (горячий спай) 5 — радиатор [c.194]
Радиационный пирометр. Пирометр, определяющий радиационную температуру, называется радиационным пирометром. Схема радиационного пирометра показана на рис. 14.5. Оптическая система пирометра позволяет сфокусировать резкое изображение удаленного источника И на приемнике П так, чтобы изображение обязательно перекрыло всю пластинку приемника. При этом условии энергия излучения источника, падающая в единицу времени на приемник, не будет зависеть от расстояния между истоничком и приемником. Тогда температура нагрева пластинки приемника и термоэлектро-движущая сила в цепи батареи термопар, горячие спаи которых заложены в пластинке приемника, зависят только от интегральной излучательной способности Е Т) тела, температуру которого определяем. Шкала милливольтметра, включенного в цепь термопар, градуируется по излучению абсолютно черного тела в градусах. Следовательно, вышеописанный пирометр позволит определить радиационную температуру произвольного нечерного тела. [c.334]
Теплопроводность батарейных датчиков определяется теплопроводностью обоих термоэлектродов >1,1 и и заполнителя Ха, а также соотношением сечений этих электродов. Рассмотрим возможность изменения Хд при изготовлении и эксплуатации наиболее применимых батарейных датчиков, коммутация которых осуществляется гальваническим покрытием отдельных отрезков термоэлектродной проволоки материалом с контрастными потермо-э.
д. с. свойствам (спиральные, слоистые, решетчатые датчики) [8, 44]. На рис. 3,8,6 приведена схема такого датчика. Тепловой поток с плотностью д последовательно проходит три слоя. В первом слое толщиной х не вырабатывается сигнал — он служит для механической и электрической защиты термоэлектродов и выполняется из материала, заполняющего пространство между термоэлектродами во втором слое толщиной к — 2х. Основным элементом второго слоя является термоэлектрод 1 сечением f . Каждая вторая ветвь термоэлектрода покрыта слоем другого термоэлектродного материала 2 сечением имеет термоэлектрические свойства, близкие к материалу покрытия [7]. Места переходов от одиночного к биметаллическому электроду находятся на гранях среднего слоя и играют роль горячих либо холодных спаев дифференциальной термобатареи, сигнал которой и определяет плотность теплового потока д. Пространство между электродами занимает заполнитель 3 сечением /з. Если датчик диффузионно проницаем, то в /з входит и сечение капилляров. Наконец, теплота проходит снова через слой заполнителя толщиной х.
[c.71]
В соответствующих точках закладываются горячие спаи четырех термопар на наружной поверхности образца. Электроды этих термопар предварительно укладываются в двухканальную фарфоровую соломку, а затем заделываются непосредственно в образце по образующим. ЭДС термопар измеряется с помощью цифрового вольтметра постоянного тока типа Щ1516 через механический переключатель термопар. Определение температуры по термо-ЭДС термопар осуществляется по табл. 3.1. [c.132]
В каждом калориметре в среднем сечении установлены две термопары. Одна из них помещается на оси, другая — в точке с коордиНатой / =0,707 R. Все термопары выполнены по дифференциальной схеме. Горячие спаи термопар находятся в термостате. Измерительная цепь каждой тер- мопары содержит усилитель и узкопрофильный миллиамперметр. Коэффициент усиления может дискретно изменяться с помощью переключателя, что позволяет установить шкалу приборов на начальную разность между температурами термостата и калориметров, равную 25, 15 или 10 °С.
В крайней левой позиции переключателя проводится установка нулевых значений усилителей.
[c.143]
Температура поверхности по длине опытной трубы является практически постоянной. Она изменяется по окружности трубы, так как в этом направлении переменны толщина пограничного слоя и местный коэффициент теплоотдачи. Температура поверхности трубы измеряется 12 хромель-алюмелевыми термопарами, равномерно размещенными по ее длине и периметру. Горячие спаи термопар впаяны в сверления диаметром 0,5 мм, сделанные в стенке трубы в различных точках по периметру. Электроды термопар выведены наружу через полые камеры токоподводящих фланцев и трубчатые стойки к механическому переключателю. Общий для всех термопар холодный спай термостатируется при температуре окружающего воздуха. Термоэлектродвижущая сила термопар измеряется цифровым вольтметром 10 147 [c.147]
Для измерения температуры поверхности опытной трубы установлены четыре хромель-копелевые термопары. Горячие спаи термопар приварены с внутренней стороны в среднем сечении трубы в разных точках по периметру, так как восходящий поток жидкости в сосуде имеет поперечное направление. Холодный спай, общий для всех термопар, помещается в рабочем объеме сосуда с термостатированной жидкостью. Следовательно, термопары измеряют избыточную температуру стенки опытной трубы относительно окружающей среды. Термо-ЭДС термопар измеряется цифровым вольтметром типа Щ1413. Нахождение по термо-ЭДС температуры осуществляется по градуировочной табл. 3.1. [c.152]
Экспериментальная установка. Изучение местных характеристик теплоотдачи осуществляется на двух одинаковых пластинах из нержавеющей стали, находящихся в свободном потоке воздуха (рис. 4.9). Пластины изолированы друг от друга каркасами из стеклотекстолита и нагреваются непосредственным пропусканием через них электрического тока. Пластины имеют высоту 1540 мм, ширину 205 мм и толщину 1 мм. В нижней части пластин установлена медная токопроводящая перемычка.
В верхней части каждой из них предусмотрены электрические шины, по которым подводится ток от понижающего трансформатора напряжением 220/12 В. Регулирование электрической мощности осуществляется регулятором напряжения РНО-250. Одинаковые токи, проходящие через пластины, исключают перетоки теплоты через каркас и обусловдивают теплоотдачу только с внешних поверхностей каждой из пластин. Опыты проводятся раздельно с каждой из пластин. Температуру поверхности измеряют 12 хромель-алюмелевыми термопарами, горячие спаи которых приварены к внутренним поверхностям пластин. Координаты закладки горячих спаев термопар в направлении движения воздуха приведены в табл. 4.1.
[c.154]
Для измерения температуры стенки опытной трубки в десяти точках ее боковой поверхности приварены горячие спаи (корольки) хромель-алюмелевых термопар. Эти термопары имеют один общий холодный спай, помещенный во входную камеру. Таким образом, измерение температуры стенки трубки и температуры воздуха на выходе из опытного участка в данной работе проводится относительно температуры воздуха на входе, т. е. относительно комнатной температуры /к, измеряемой ртутным термометром. [c.168]
Термопара ZETLAB
Термопара (термоэлектрический преобразователь) — это наиболее распространенный датчик температуры, термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры. Они гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний день хорошо изучена и описана в специальной литературе. К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах.
Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01°С. Они вырабатывают на выходе термоЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.
Термопара состоит из двух спаянных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами. Спаянный конец, называемый «рабочим спаем», погружается в измеряемую среду, а свободные концы («холодный спай») термопары подключаются ко входу терморегуляторов.
Поскольку термоЭДС зависит от разности температур двух спаев термопары, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру «холодного спая», чтобы скомпенсировать эту разницу в дальнейших вычислениях. В модификациях входов, предназначенных для работы с термопарами, предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов термопары. Датчиком температуры «холодного спая» служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником. Подключение термопар к прибору должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же материалов, что и термопара. При соединении компенсационных проводов с термопарой и прибором необходимо соблюдать полярность. Во избежание влияния помех на измерительную часть прибора линию связи прибора с датчиком рекомендуется экранировать. В качестве экрана может быть использована заземленная стальная труба. При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.
Термопары совместно с цифровыми термометрическими модулями ZETSENSOR образуют цифровые датчики температуры и позволяют производить прецизионные измерения за выгодную стоимость.
Все, что нужно знать о термопарах
| Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики для измерения температуры. Непосредственное участие в измерении ложится на горячий спай, а свободные концы подключаются к измерительному прибору. Главной характеристикой термопар, является их Тип, который определяется разновидностью спаянных металлов. На прибор от термопары поступает напряжение в милливольтах, которое он сопоставляет с таблицей напряжений (согласно типу термопары), таблица заложена в памяти прибора и отражает текущее значение измерения.
Периодически у многих клиентов возникают проблемы с определением типа термопары, когда нет описательных характеристик и необходимо подобрать замену или аналог. Например, европейская классификация по сплавам для термопар Тип L (Fe-CuNi) и Тип J (Fe-CuNi) одинаковая, очень важно понимать что они не взаимозаменяемые и напряжение на выходе при одной и той же температуре у этих термопар будет разное. Таблица стандартов по цветовой маркировке изоляции проводов будет очень полезна в определении типа термопары, если нет никакой маркировки. Также необходимо отметить разновидность исполнения сенсорной части (горячего спая) термопар. Они бывают с изолированным и неизолированным рабочим спаем. Показатель быстродействия при измерении температуры у неизолированной термопары выше, чем у изолированной. Но при этом усложняется схема подключения и требуются изолированные модули ввода. Поскольку разница в быстродействии не столь существенна, в основном используются термопары с изолированным спаем. Как и все измерители температуры, термопары имеют классификацию по точности. Для примера классы точности Тип K и Тип J, самых распространенных в использовании термопар Класс 1: ±1.5 °C или ±0.004 x T (Тип K: -40 до +1000 °C), (Тип J :-40 до +750 °C) Класс 2: ±2.5 °C или ±0.0075 x T (Тип K: -40 до +1200 °C), (Тип J :-40 до +750 °C) Технические характеристики наиболее популярных термоэлектрических преобразователей (термопар) в соответствии с ГОСТ 3044 приведены в таблице:
Многие клиенты заблуждаются в том, что если типу термопары соответствует рабочий диапазон, например, 1200оС, то все модели термопары с этим типом будут работать в данном диапазоне. Незащищенный спай термопары быстро выгорит, и термопара выйдет из строя. Именно поэтому, сообразно задачам в измерении и рабочим диапазонам, есть разные по конструктиву и степени защиты модели термопар. Самой распространенной защитой для спая/термопары является металлический чехол или гильза из сплава Инконель 600 (2.4816, жаропрочный сплав на никелевой основе). Изоляцией для спая служит окись магния (MgO), сжатая под давлением. Такая защита делает термопару устойчивой к самым экстремальным условиям эксплуатации (повышенное давление, вибрация, сотрясения), позволяет выдерживать высокие механические нагрузки и обеспечивает долгий срок службы термопары, а также в зависимости от диаметра позволяет термопаре быть гибкой. Ярким примером такой термопары, которая достаточно универсальна в своем прикладном характере, является термопара в жаропрочной оболочке MKG/E: Поскольку сферы применения термопар очень многогранны, то и модификации термопар имеют достаточное многообразие. Например, для измерения температуры вязких веществ в экструдерах или измерении температуры подшипников, часто используются байонетные термопары. Такие, как BF1/T или BF2/T. В пищевой промышленности часто используются прокалывающие термопары, для измерения температуры продукта. Это может быть просто необходимым условием, чтобы соблюдать технологический процесс. Обращаем ваше внимание на то, что очень часто для сохранения точности в измерении температуры посредством термопар, требуются особые компоненты для их подключения, это коннекторы и компенсационный кабель.
Термопары самых различных модификаций Вы сможете найти в нашем каталоге, это позволит решить вам задачи по измерению температуры с уверенностью в надежности и качестве. Важно отметить, что немецкая компания FuehlerSysteme может изготовить для вас термопары по вашим чертежам и с учетом ваших пожеланий, в том числе в минимальных количествах, небольшими партиями, ведь ни для кого не секрет, что термопары очень часто требуется подобрать под индивидуальные нужды клиента. Нам по силам: изменить диаметр и длину измерительной части, увеличить до необходимого длину кабеля и подобрать его изоляцию. Возможно изготовление индивидуальных модификаций по вашим чертежам.
Область применения термопар очень широка, и, как правило, заменить их нельзя никаким другим прибором. Вот лишь некоторые из способов использования термопар:
Почти каждый и нас в той или иной степени сталкивается с применением термопар, поэтому полезно иметь о них хотя бы общее представление. Надеемся , что данная статья была полезна для вас, но если у вас остались вопросы, то мы с радостью ответим на них по телефонам по телефонам 8 (800) 500-09-67 и 8 (812) 340-00-57. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Термопара (термоэлектрический преобразователь) – это два проводника из разных материалов, спаянных с одной стороны (горячий спай) и свободных с другой стороны (холодный спай- условный спай). Приспособление несложное, и принцип действия тоже – когда термопара нагревается или охлаждается, разные металлы меняют температуру с разной скоростью, и разница позволяет возникнуть термоэлектродвижущей силе (ЭДС), или, говоря другими словами, происходит эффект Зеебека. Благодаря этому удается измерить температуру.
oC
oC
Решить ее довольно просто, главное знать принципы классификации термопар. В системе классификации термоэлементов есть цветовая маркировка изоляции проводников.
..800
Измерение температуры. Термопары | КИПиА от А до Я
Принцип
действия термопары основан на так называемом эффекте Зеебека. Если две
проволоки из разных металлов с одного конца сварить (это место будет называться
рабочим или горячим спаем) и нагреть до температуры Т1, то на оставшихся
свободных концах проволок (холодный спай) с более низкой, комнатной
температурой Т2 появиться термоЭДС.
Чем выше разница температур между рабочим и
холодным спаем ΔТ, тем больше термоЭДС. Величина термоЭДС не зависит от
диаметра и длины проволок, а зависит от материала проволок и температуры спаев
Наибольшее распространение получили термопары градуировок ХА (в европейской системе обозначений (К), ХК (L) и ППР (В). Термопары ХК (хромель-копелевые) имеют диапазон измерения 0…800°С и в настоящее время применяются редко. Термопары ХА (хромель-алюмелевые) имеют диапазон 0…1300°С и применяются наиболее широко. В частности они используются на стендах нагрева, с их помощью измеряется температура внутреннего пространства печей и температура отходящих газов в газоходах. Термопары градуировки ППР (платина-платинородиевые) имеют температурный диапазон 0…1600°С. Кроме возможности измерять температуру 1600°С и выше они обладают еще одним преимуществом – высокой точностью.
Указанные максимальные температуры не являются предельными для термопар. Они способны измерять и большие температуры, но при этом существенно падает срок их службы. Так термопара градуировки ППР может измерять температуру до 1800°С, поэтому именно она используется для измерения температуры жидкой стали.
Конструкция термопары имеет следующий вид. Сваренные с одного конца проволоки помещаются внутрь керамической трубки с двумя отверстиями, либо на них одеваются керамические бусы с целью изолировать проволоки друг от друга по всей длине. Часто в качестве изолятора используется керамический порошок, который засыпается внутрь чехла, в который вставлена термопара.
Чехол выполняется из жаропрочных марок стали или из неметаллического материала высокой температурной стойкости: керамики, корунда и т.п. Термопары в металлическом чехле конструктивно могут быть с изолированным или с заземленным (неизолированным) спаем, то есть иметь электрический контакт с чехлом термопары.
Если сигнал с термопары подается на вход контроллера, то необходимо
применять термопару с изолированным спаем.
Иначе возможны произвольные скачки
показаний температуры в значительных пределах. Особенно сильно этот эффект проявляется если используется контроллер Siemens S200.
Свободные концы проволок соединяют с плюсовой и минусовой клеммами, расположенными в головке термопары. Выходным сигналом термопары является термоЭДС, измеряемая в милливольтах (мВ). Для измерения выходного сигнала можно использовать цифровой мультиметр и затем, применив градуировочные таблицы или номограммы по величине измеренного напряжения определить измеряемую температуру. Отключать вторичный прибор при этом не обязательно, так как он не оказывает заметного влияния на результат измерения. Для более точного определения температуры по термоЭДС термопары можно воспользоваться градуировочными таблицами.
Для подключения термопар ко входам вторичных приборов или контроллерам применяют специальный компенсационный провод. Необходимость применения компенсационных проводов связана с тем, что головка термопары с клеммами может располагаться в рабочей зоне с повышенной температурой, например 100°С. Если подключить к клеммам термопары ХА обычный медный провод, то в местах соединения как бы образуются еще два рабочих спая с температурой 100°С. Возникающие при этом две паразитные термоЭДС (на плюсовой и минусовой клеммах) исказят показания термопары.
Компенсационный
провод импортного производства имеет специальную цветовую маркировку. Так
компенсационный кабель градуировки ХА европейского производства имеет зеленую
(+) и белую (-) жилы. Выпущенный в советское время компенсационный провод не
имел специальной цветовой маркировки.Если компенсационный провод будет подключен без соблюдения полярности,
то наблюдается следующий эффект: после пуска теплового агрегата показания термопары
сначала растут. Это связано с нагревом рабочего спая. После того как атмосфера
вокруг теплового агрегата прогреется, показания термопары начинают быстро
падать, вплоть до нулевых значений.
Это связано с тем, что образовавшиеся два
паразитных рабочих спая включены в обратной полярности основному рабочему спаю.
И значение основной термоЭДС уменьшается на величину двух паразитных термоЭДС.
На вход вторичного прибора или контроллера значение измеренной температуры поступает в виде сигнала термоЭДС. Так как величина этой термоЭДС определяется разностью температур рабочего и холодного спаев:
Е = f (Т1 – Т2), [мВ]
то вторичному прибору необходимо знать температуру холодного спая для однозначного определения температуры рабочего спая. Ведь термоЭДС может принимать одинаковые значения при различных значениях (Т1 – Т2). Например разности температур (200 – 50) и (150 – 0) дадут одинаковые значения термоЭДС, хотя при этом разность значений температур рабочих спаев в этих двух случаях достигала 200 -150 = 50°С.
Поэтому во вторичном приборе вблизи входных клемм, к которым подключается термопара, монтируется так называемый датчик температуры холодного спая. Как правило это полупроводниковый сенсор – диод или транзистор. Теперь по измеренной термоЭДС и известной температуре холодного спая, вторичный прибор, зная градуировку подключенной термопары, может однозначно определить температуру рабочего спая.
На некоторых предприятиях термопары ХА изготавливают самостоятельно, сваривая специальную проволоку диаметром 2-3 мм. Для определения полярности полученной термопары в этом случае используют обычный магнит: минус термопары притягивается к магниту, плюс не магнититься. На компенсационный провод и большинство промышленно выпускаемых термопар ХА это правило не распространяется. Определить полярность термопары можно и с помощью обычного милливольтметра, подключив его к выводам термопары и нагревая рабочий спай термопары, например, зажигалкой.
Распространенной
неисправностью у термопар является разрушение рабочего спая в следствии
появления трещин из-за частых и значительных колебаний температуры.
При этом
термопара может нормально работать пока измеряемая ей температура не превысит
определенного порога, после которого контакт в спае пропадает, термопара уходит
в обрыв или ее показания начинают сильно скакать.
Для бесконтактного непрерывного измерения температуры применяют стационарные пирометры. В случае, если в поле “зрения” пирометра может попадать пламя горелки, то следует использовать пирометры со спектральным диапазоном измерения 3,5…4 мкм чтобы исключить влияние температуры факела на показания пирометра.
Дополнительную информацию вы можете найти в разделе “Вопрос-ответ”.
Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.
Принцип действия термопар
Термопары самое известное средство измерения для многих сфер деятельности, таких как, промышленность, медицинские лаборатории, жилые дома и научные лаборатории. Применяются они для измерения температуры. Это связано с тем, что термопары имеют высоким диапазон измерения(от -270 до + 2500С), отличную точность, высокую надежность, низкую цену и свободную заменяемость. Для корректного применения нужно понимать ее принцип действия и структуру.
Принцип действия и структура термопар
Состоит термопара из двух проводников и трубки, которая служит защитой для термоэлектродов. Термоэлектроды состоят из неблагородных и благородных металлов, чаще всего из сплавов, закрепленные друг с другом на одном конце(рабочий конец или горячий спай), таким образом они образуют одну из частей устройства. Другие концы термопары (свободные концы или холодный спай) соединены с прибором измерения напряжения. Посередине двух несоединенными выводами возникает ЭДС, величина зависит от температуры рабочего конца.
Одинаковые термопреобразователи объединенные параллельно замыкают цепь, по правилу Зеебека, мы рассмотрим далее это правило, между ними образуется контактная разность потенциалов или термоэлектрический эффект, при соприкосновении на проводниках появляются электрические заряды, между их свободными концами возникает различие потенциалов, и он зависит от разности температур.
Только тогда, когда температура между термоэлектродами одинакова, разница потенциалов приравнивается к нулю.
Например: Помещая спай с различными от нуля коэффициентами, в две кипящие кастрюли с жидкостью, температура первой 50, а второй 45, то разность потенциалов будет равна 5.
Разность потенциалов определяется разностью температур источников. Так же зависит материал из которого сделаны электроды термопары. Пример: У термопары Хромель-Алюмель температурный коэффициент равен 41, а у Хромель-Константан коэффициент равен 68.
Явление Зеебека
Состоит в следующем. Если в замкнутом контуре из двух разнородных проводников, а лучше полупроводников так, как эффект сильнее выражен для полупроводников, поддерживать места соединения этих проводников, обще принято называть, спаи, при разных температурах, то в такой цепи пойдет ток. Направление тока зависит от того какая из температур, какого спая выше. При одной разности в одном направлении, при другой разности в другом.
Это устройство, будучи разрезанным в одном из мест используется в качестве термопары, датчика температуры. В схеме 2, далее, будет показано спай 1, мы будем нагревать или охлаждать, а другой спай внутри гальванометра, который находится при комнатной температуре. В зависимости от того какая будет температура спая Т1 выше комнатной или ниже, стрелка гальванометра, будет отклоняться либо в одну, либо в другую сторону.
Если в цепи термопары обе проволоки из одного материала то ничего происходить не будет. Проверить это очень просто, возьмите две медные проволоки с изоляцией, меры безопасности никто не отменял, подсоедините их одними концами к гальванометру, а другими скрутите вместе (но лучше спаять), и начните нагревать, так же можно опустить в воду с кусочками льда. Если вы взяли одинаковые проволоки, то стрелка прибора останется на нуле. Но если вы возьмете разные проволоки и точно так же подсоедините их к прибору, а другие концы скрутите. И после этого будете нагревать или охлаждать, оголенные концы проводов, то вы сможете наблюдать, как и в какую сторону будет отклоняться стрелка гальванометра.
Методы подключения
Есть несколько методов включения преобразователя, но мы рассмотрим самые распространенные: простой и дифференциальный. Простой – измерительный прибор включается напрямую к двум термопарам. Дифференцированный – применяются проводники с разными соотношениями термо-ЭДС, соединённые в двух концах, а измерительный прибор подключается в разрыв одного из проводников.
Во время дистанционного включения, ставятся удлинительные либо компенсационные провода. Удлинительные провода создаются из тех же металлов, что и термоэлектроды, но с разными размерами. Компенсационные – изготовляются из благородных металлов, но их состав, отличается от состава термоэлектродов.
Температура – холодный спай – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Температура – холодный спай
Cтраница 1
Температура холодного спая регистрируется термометром. [2]
Температура холодного спая может быть не обязательно строго задана, например 0 или 20 С, лишь бы она была точно известна и оставалась неизменной на протяжении всего опыта. [3]
Температура холодных спаев контролируется ртутным термометром. [4]
Температуру холодных спаев поддерживают постоянной, помещая их в ванну с тающим льдом, специальную коробку с тепловой изоляцией или погружая в землю на достаточную глубину, где температура постоянна в пределах одного градуса. [6]
Если температура холодных спаев известна, то к показаниям измерительного прибора добавляют поправку, соответствующую термоЭДС при ба. Эту поправку следует брать из градуировочной кривой. [7]
Если температура холодного спая отличается от этой температуры, то к показаниям гальванометра должна быть сделана соответствующая поправка.
[8]
Если температура холодного спая в процессе измерения остается постоянной, то поправку на во const вносят посредством специального корректора нуля милливольтметра, устанавливая стрелку ( при отключенной термопаре) на отметку шкалы, отвечающую температуре холодного спая. [9]
Если температура холодного спая в опытах была равна О С, то t непосредственно определяют по градуировке, представленной в виде таблицы, графика или аппроксимирующей формулы. [11]
Кроме температуры холодного спая, на показания гальванометра влияет температура соединительных линий и температура самого гальванометра. Поэтому, время от времени тепловая лаборатория электростанции проверяет правильность действия термопар. [12]
Если температура холодного спая / 0 в опытах равна О С, то / непосредственно определяют по градуировке. Если же по каким-либо причинам холодный спай не удается поместить в среду с температурой О С и он находится, например, при комнатной температуре ( пусть 20 С), то в этом случае возникающая термо – ЭДС соответствует разности температур горячего и холодного спаев и при определении температуры нужно вводить так называемую поправку на холодный спай. Для этого необходимо измеренную термо – ЭДС сложить с термо – ЭДС, соответствующей температуре холодного спая ( 20 С), и по полученному значению определить температуру с помощью таблиц. [14]
Поскольку температура холодного спая термопары обычно та же, что и баллона манометра, необходимость в специальной температурной компенсации таких манометров отпадает. [15]
Страницы: 1 2 3 4 5
Снижение погрешности измерения при подключении термопары передатчика
Термопара (ТС) – это термоэлектрическое устройство, используемое для измерения температуры, и почти две трети измерений температуры в США используют термопары.
В большинстве промышленных приложений термопары используются для дистанционного измерения температуры, а затем для передачи своего сигнала на некоторое расстояние с помощью передатчиков термопары для мониторинга и управления процессом. Передатчик TC усиливает, изолирует и преобразует сигналы низкого уровня в другой сигнал, пригодный для мониторинга и повторной передачи.К сожалению, интерфейс между термопаром и сопрягаемыми приборами понимается неправильно, что часто приводит к ошибке измерения. Основное внимание в этой статье уделяется аспектам подключения термопар и преобразователей термопары для уменьшения ошибок, которые могут быть расширены за счет подключения к любым термопарам.
ТС формируется с использованием пары различных металлических проводов, соединенных на одном конце (называемых горячим спаем). На противоположном открытом конце пары проводов (холодный или его спай), пропорциональное напряжение низкого уровня, чтобы разница температур между концами может быть измерены.Из доступных датчиков температуры TC имеет самый широкий диапазон применения, обеспечивая точное измерение экстремальных температур в суровых условиях. Чтобы извлечь температуру горячего конца из измеренного напряжения ТС, связанного с разницей, необходимо измерить температуру на открытом конце, чтобы определить температуру на другом конце (горячий спай). Поскольку напряжение термопары нелинейно зависит от температуры, его преобразование из напряжения в температуру обычно требует сложного полинома, специфичного для типа термопары или, необязательно, определяемого с помощью стандартной справочной таблицы зависимости напряжения термопары от температуры.Первоначально напряжение термопары табулировалось при выдерживании его эталонного спая в ледяной бане, соответствующей температуре 0 ° C (отсюда и термин «холодный спай»). Современные термопары по-прежнему ссылаются на холодный спай при 0 ° C, а их стандартная таблица табулирует зависимость выходного напряжения от температуры относительно 0,000 мВ при 0 ° C.
Использование стандартных таблиц TC и простой коррекции может уменьшить это полиномиальное преобразование напряжения в температуру до комбинации измеренного и табличного напряжения (подробнее об этом позже).
Природа цепи термопары такова, что она склонна к ошибкам при подключении к измерительному устройству без некоторого понимания того, как работают эти термопары и компоненты термопары. В этой статье рассматривается поведение термопары и описываются типичные проблемы, возникающие при подключении к термопарам для измерения температуры, чтобы помочь вам избежать ошибок и получить максимальную производительность от вашей системы измерения температуры термопары. Он написан в первую очередь для промышленных пользователей термопар и преобразователей термопары, но большая часть этой информации может быть распространена на любой термопарный прибор.Более подробную информацию о термопарах можно найти в техническом документе 8500-911 «Основы измерения температуры с использованием термопар», который можно бесплатно загрузить с сайта www.acromag.com.
Создание термопары
Термопары были разработаны на основе принципа, впервые продемонстрированного в 1822 году немецким физиком Томасом Зеебеком, когда он заметил, что приложение температуры вдоль металлического проводника вызывает разделение зарядов в проводнике, так что на нем возникает небольшое напряжение (рис. 1).Используя два разных металла, соединенных на одном конце, чтобы создать контур разомкнутой цепи, он смог измерить этот термоэлектрический эффект и связать напряжение, наблюдаемое на открытом конце, с разницей температур между концами. Этот эффект очевиден только для двух разных металлов, и разные комбинации дают разные уровни напряжения при одной и той же разнице температур. Позже это было названо «эффектом Зеебека», и коэффициент Зеебека для различных материалов остается мерой величины этого напряжения, создаваемого разницей температур на материале.
Коэффициент Зеебека измеряется в вольтах на Кельвин (В / К) или микровольтах на Кельвин (мкВ / К) и обратно пропорционален плотности носителей тока материала, так что изоляторы будут иметь высокий коэффициент Зеебека, а металлы будут иметь более низкий коэффициент из-за более высокой концентрации носителей.
Ссылаясь на рисунок 1, при приложении тепла к одному концу проводника атомы, составляющие металл, будут быстро вибрировать, а кинетическая энергия колеблющихся атомов распространяется вдоль проволоки и проводит тепло от более горячего конца к более холодному. конец.Эти быстро колеблющиеся атомы на горячем конце металла толкают свободно вращающиеся электроны к более холодному концу, оставляя его более положительно заряженным. Величина этого разделения зарядов или разности напряжений варьируется только в зависимости от типа материала, так что его длина или размер не влияют на величину напряжения. Поскольку разные материалы обеспечивают разную степень разделения зарядов при одной и той же разнице температур, связывание двух разных проводников вместе на одном конце приводит к появлению разности напряжений, измеренной на открытом конце, и прямо пропорциональной разнице температур между концами.Табулировав эту разность напряжений для различных заданных температур горячего конца, в то время как его холодный конец поддерживается при постоянной эталонной температуре, можно получить соотношение между термоэлектрическим напряжением и измеренной температурой.
Самая важная вещь, которую следует помнить о термопреобразователе, заключается в том, что именно разница температур между концами вызывает дисбаланс заряда, который вызывает небольшие напряжения, а не соединение двух разнородных металлов, образующих цепь термопары.Хотя вы можете сформировать свою собственную цепь термопары с различными комбинациями двух проводников, доступны стандартные типы термопар с использованием определенных металлов и сплавов, которые обеспечивают более высокие, стабильные и предсказуемые выходные напряжения по сравнению с применяемыми температурными градиентами.
Для этих стандартных типов в таблицах типов термопар указано их превышение напряжения по температуре относительно холодного спая при 0 ° C и 0,000 мВ. Эти напряжения TC можно было отнести к температуре, отличной от 0 ° C, но было выбрано значение 0 ° C, потому что оно легко воспроизводимо в пределах ± 0.2 ° C, используя смесь льда и воды. Удерживая холодный спай на уровне 0 ° C, температура другого конца напрямую соответствует его термоэлектрическому напряжению, найденному в стандартной таблице типов термопар.
Три основных принципа термопар
Чтобы правильно применять термопары для измерения температуры, важно понимать три термоэлектрических принципа, которые определяют поведение термопар и дают важные подсказки для их правильного кондиционирования.
Первый базовый принцип – это Закон однородных материалов (см. Википедию.org): термоэлектрический ток не может поддерживаться в цепи, состоящей из одного однородного материала, только за счет приложения тепла, и независимо от того, как материал может различаться по поперечному сечению.
Это говорит нам:
- В проводящей цепи, изготовленной из цельного металла, ток не течет только за счет нагрева.
- Для образования термопары требуются два разных металла.
- Размер или калибр провода не влияет на вырабатываемое напряжение.
- Вырабатываемое напряжение не зависит от изменений температуры на пути термопары.
TC создает разность напряжений между концами независимо от распределения температуры по длине, что позволяет пропустить провода TC через горячие и холодные зоны, не влияя на его измерения, если материал провода остается неизменным по всей длине пути (т. Е. С использованием соединительных блоков TC. и удлинительные провода).
Второй принцип, регулирующий поведение TC, – это Закон промежуточных материалов (см. Википедию.org): алгебраическая сумма термоэлектрических ЭДС в цепи, состоящей из любого количества разнородных материалов, равна нулю, если все соединения поддерживаются при постоянной температуре.
Это говорит нам:
- Если для соединения одного или обоих проводов TC используется другой металл, нежели материал TC, на измеренное напряжение не повлияет, если другой металл будет поддерживаться при одной и той же температуре на его переходе или изотермическом.
Распространение этого принципа на холодный спай на открытом конце цепи термопары, где проводятся измерения (включая металлический свинец, припой, следы на медной плате и т. Д.), его можно считать изотермическим, когда его комбинированная температура остается постоянной, обычно после периода теплообмена с окружающей средой, когда его температура может медленно регулироваться с течением времени до окончательного достижения теплового равновесия (периода прогрева).
Третий принцип, который управляет поведением ТС, помогает нам комбинировать напряжения ТС математически с использованием стандартных табличных значений, взятых по одной и той же ссылке, называется «Законом последовательных или промежуточных температур» (см. Википедию.org): если два разнородных однородных материала создают термоэлектрическое напряжение V1, когда их соединения находятся в точках T1 и T2, а затем создают термоэлектрическое напряжение V2, когда соединения находятся в точках T2 и T3, тогда напряжение, возникающее, когда контакты находятся в точках T1 и T3, будет быть V1 + V2, пока T1
Поведение типа TC обычно характеризуется полиномом 5-го или более высокого порядка, используемым для вычисления его напряжения в зависимости от температуры в его стандартной таблице. Закон последовательных или промежуточных температур позволяет вместо этого выполнить компенсацию холодного спая при измерении ТС путем вычитания напряжения ТС температуры холодного спая из измеренного напряжения, чтобы получить фактическое напряжение, которое соответствует горячему концу цепи ТС.Это показано графически на Рисунке 2.
Рисунок 2 На практике температура T3 неизвестна, а температура холодного спая не равна 0 ° C.
У вас есть измеренное напряжение V3. Если вы также измеряете температуру холодного спая T1 и найдите его эквивалентное напряжение V1 относительно T2 = 0 ° C в стандартной таблице типа TC. Вычитая V1 из измеренного V3, вы можете определить V2. Затем температуру T3 можно согласовать с напряжением V2, обратившись к таблице зависимости стандартного напряжения TC от температуры.
Холодный спай и компенсация холодного спая
Вы должны знать, как прибор TC выполняет компенсацию холодного спая, ограничения, которые он накладывает на ваши измерения, и возможные условия, которые могут увеличить ошибку CJC.
Вкратце, мы показали, что термоэлектрическое напряжение открытого конца, измеренное на термопаре, связано только с разницей температур между концами. Чтобы определить температуру на одном конце, нам нужно знать температуру на противоположном конце.Компенсация холодного спая просто относится к методу, который мы используем для извлечения измеренной температуры путем определения вклада холодного спая, чтобы получить оставшуюся часть, которая соответствует нашей измеренной температуре, когда температура холодного спая не равна 0 ° C. Вкратце, применение компенсации холодного спая к открытому концу помогает нам извлечь измеренную температуру на другом конце (горячий спай) из измеренного напряжения. Конечно, если соединения на открытом конце поддерживаются при 0 ° C, его вклад в измеренное напряжение составляет 0 мВ, что позволяет нам легко определить измеренную температуру с помощью простого поиска напряжения в стандартной таблице напряжения / температуры типа TC.На практике поддерживать открытый конец при 0 ° C нелегко. Вместо этого мы можем измерить его температуру, определить его вклад напряжения в справочной таблице типа TC, затем вычесть его из измеренного напряжения и найти соответствующую температуру для результирующего напряжения в стандартной таблице типов TC.
Закон промежуточных материалов гласит, что сумма термоэлектрических напряжений в цепи термопары, создаваемых любым количеством различных металлических переходов, будет равна нулю, если каждый из переходов металл-металл может поддерживаться при одной и той же температуре или изотермически через их связь.
Поддерживать все эти металлические элементы при одной и той же температуре или изотермической может быть очень сложно, особенно если они простираются на некоторое расстояние или индивидуально подвергаются другому тепловому воздействию, которое может неравномерно влиять на их температуру. Невозможно полностью избежать случайного сохранения изотермических характеристик термопар, но мы принимаем меры, чтобы их вклад был небольшим, ограничивая влияние на них различных температур. Производители приборов TC с компенсацией холодного спая сталкиваются с двумя проблемами:
- Сделайте схему CJC изотермической как можно быстрее, плотно соединив точки подключения проводов TC, чтобы поддерживать их при одинаковой температуре – любой неравномерный температурный градиент между парами точек будет источником ошибки.
- Температура точек подключения CJC должна измеряться с такой же точностью, как и сам термостат. Время отклика датчика температуры CJC также является фактором поддержания точности для систем, требующих быстрого отклика, поскольку холодный спай часто подвержен нестабильным условиям окружающей среды (например, соседние компоненты платы, неравномерно рассеивающие мощность, или нестабильные воздушные потоки).
Характеристики передатчика TC отражают то, насколько хорошо производитель смог выполнить CJC, и это обычно требует некоторого компромисса.Например, передатчику может потребоваться более длительное время прогрева, что делает его уязвимым для временной ошибки, вызванной быстрым изменением температуры или условий электропитания вблизи соединения. Он может не измерять температуру холодного спая так же точно, как термопара, или с эквивалентным разрешением, что увеличивает неопределенность измерения. Но чаще всего неправильная установка при использовании этого оборудования увеличивает CJC и погрешность измерения, что делает его одним из главных источников погрешности измерения термопар.
Закон о промежуточных материалах разрешает соединения термопар с использованием других металлов, не влияя на измеренное значение, если «другие металлы», если их соединения поддерживаются при той же температуре или изотермичны.
Для определения напряжения ТС, измеренного для горячего спая, прибор должен точно измерить температуру его «изотермической» цепи холодного спая, и достигнутая точность измерения настолько же хороша, насколько точна его измеренная температура холодного спая.
Упрощенная схема термопары, включая холодный спай, показана на рисунке 3.
Рис. 3В идеале, приборы термопары должны иметь короткое время прогрева с быстрой компенсацией холодного спая и плотно соединять свой датчик CJC с выводами холодного спая или использовать выводы, изготовленные из совместимого материала термопары. Потому что во многих приборах датчик CJC устанавливается на печатной плате с подключениями холодного спая за пределами корпуса. Некоторые производители пытаются встроить датчик CJC в большую часть клемм (обычно это пластик) или располагать датчик как можно ближе к клеммам, установленным на его печатной плате.Оба подхода ограничивают возможность точного измерения реальной температуры соединений холодного спая, и это иногда отражается в спецификациях, которые могут указывать на повышенную погрешность при включенном CJC или указывать точность только при выключенном CJC. Некоторые производители избегают ошибки CJC, используя клеммы холодного спая, сделанные из того же материала, что и TC, чтобы подтолкнуть холодный спай к печатной плате в более тесном контакте со встроенным датчиком температуры.
К сожалению, это делает прибор TC специфичным, и переход по-прежнему уязвим для изменений источника тепла платы, вызванных другими компонентами платы.Реальность такова, что эти инструменты бывают разных размеров, форм и стилей, поэтому их конструкция часто требует компромиссов, влияющих на их CJC относительно стоимости и производительности. Помните о потенциальных проблемных областях, чтобы минимизировать ошибку CJC.
Единственный лучший способ создания соединений холодного спая с другими металлами – это минимизировать расстояние между металлами, уравновесить их тепловые массы и уменьшить тепловое сопротивление между ними (т.
е. мы хотим, чтобы тепло распределялось по ним равномерно).Все, что может вызвать разность температур в цепи между соединениями холодного спая и включая их, добавит погрешности измерения.
Как установщик, защитите клеммы холодного спая от всего, что может вызвать разницу температур между ними или вызвать неравномерное распределение тепла по ним. Обычно это предполагает их защиту от нестабильных условий окружающей среды вблизи соединений холодного спая и в его цепи. Всегда учитывайте потенциальные источники различной температуры и старайтесь сделать тепловые условия вблизи холодного спая более стабильными.Это может потребовать дополнительной защиты или простого изменения положения оборудования. Ищите соседние источники тепла (блоки питания, другие модули и т. Д.), Вентиляционные отверстия, охлаждающие вентиляторы и т. Д. Сосредоточьтесь на элементах, которые работают с перебоями или с переменным рассеиванием мощности. Хотя устранить элементы может быть невозможно, вы можете принять меры, которые минимизируют их влияние на холодный спай. Например, вы можете расположить измерительный прибор (или, по крайней мере, его выводы холодного спая) вне воздушного потока охлаждающего вентилятора шкафа.Иногда можно добавить пространство между приборами и соседними источниками тепла. Посмотрите на установленное положение инструмента относительно его вентиляционных отверстий – расположено ли оно таким образом, что не может легко выпускать горячий внутренний воздух? Будьте осторожны при прокладке выводов датчика к прибору и убедитесь, что в точке отсоединения выводов термопары перед подключением один вывод не подвергается воздействию источника тепла, из-за которого его вывод проводит тепло к его соединению с холодным спаем. и нарушает его тепловой баланс в холодном спайе.Избегайте случайного включения других термопар в контур термопары. Например, выбрали ли вы внешние клеммные блоки, соответствующие TC, или заменили ли вы менее дорогие изотермические блоки, которые требуют, чтобы вы поддерживали ту же температуру через них (добавление еще одного пути для случайных термопар, которые могут негативно повлиять на ваши измерения, если вы не можете держать их изотермическими)? Вы использовали общий вывод с одним выводом термопары, так что этот соседний провод может охладить вывод термопары и нарушить его тепловой баланс на холодном спайе? Небольшие температурные градиенты в цепи холодного спая также могут возникать из-за самонагрева близлежащих компонентов платы.Также рассмотрите изменения в рабочем состоянии прибора, которые могут вызвать изменения во внутренней рассеиваемой мощности, которая будет воздействовать на датчик CJC, разделяющий это пространство.
Соединениям холодного спая и его датчику требуется больше времени для достижения теплового равновесия, что вызывает периоды увеличения погрешности измерения сразу после изменения условий окружающей среды. Обязательно учитывайте потенциальные источники ошибок при подключении приборов термопары, связанные с тем, что температура окружающей среды холодного спая отслеживается медленно по сравнению с быстрым временем отклика горячего спая термопары.Это отставание может быть результатом большей тепловой массы разъемов и плохой тепловой связи с датчиком CJC. В то время как медленно реагирующий холодный спай имеет тенденцию отфильтровывать некоторые быстрые изменения окружающей холодного спая, он не предотвращает медленное продвижение прибора к точным измерениям после заметного изменения окружающей холодного спая.
Серия TT. (Предоставлено: Acromag)Потенциальная ошибка, связанная с CJC, очевидна по длительному времени прогрева, указанному для инструментов TC. Точность измерения обычно повышается, поскольку изменение окружающей среды холодного спая поглощается материалами CJC, и его тепло более равномерно распределяется по его соединениям с датчиком холодного спая.Например, если кто-то внезапно открывает дверцу шкафа, и содержащийся в нем горячий воздух вырывается наружу, вызывая быстрое смещение температуры холодного спая в окружающей среде, измерения временно прекращаются, пока не будет достигнуто новое тепловое равновесие. Или, возможно, вентилятор внутри шкафа периодически работает, вызывая смещение окружающей среды. Для датчиков термопары или измерительных приборов, которые включают компенсацию холодного спая, может потребоваться от 30 до 60 минут, чтобы достичь нового теплового равновесия. При оценке системы измерения температуры на наличие этих условий имейте в виду, что изменение рабочей окружающей среды также может быть вызвано самой схемой – изменилось ли ее рабочее состояние резко, что повлияло на ее внутреннее рассеивание мощности? Для 2-проводного передатчика с питанием от контура это будет верно, если внешняя управляемая нагрузка была уменьшена или закорочена, или если напряжение источника питания изменилось или является чрезмерным по сравнению с тем, что требуется для управления нагрузкой.
Некоторые приборы позволяют отключать компенсацию холодного спая, и это может дать некоторое представление о том, какая ошибка вносится из-за «тепловых градиентов», действующих на CJC. При устранении этих ошибок проверьте размещение и положение модуля, соседние влияния, вашу проводку и т. Д. Помимо условий, которые увеличивают ошибку CJC, другие реальные источники погрешности измерения часто связаны с неправильным выбором материалов для подключения, таких как провод, кабель, клеммы и т. Д. ошибки подключения термопары к преобразователю.
Соединительные материалы
Материалы, которые вы выбираете для подключения термопары, повлияют на точность вашей системы (клеммные колодки, провод и кабель термопары, а также удлинительный кабель).
Клеммные колодки
Провода для термопарспроектированы таким образом, чтобы их масса не влияла на измеряемую температуру, что делало их хрупкими и ломкими. Хотя производители приборов для термопары часто предоставляют схемы соединений, на которых показаны термопары, подключенные к клеммам холодного спая на приборе, часто это не так.В промышленных приложениях обычно используются клеммные колодки TC отдельно от прибора для соединения с выводами TC с помощью провода TC и удлинительного кабеля, соединяющего клеммы на передатчике. Эти дополнительные клеммы часто служат для снятия натяжения и упрощают замену вышедшего из строя прибора или датчика. К сожалению, смещение соединений TC от прибора добавляет еще один потенциальный источник ошибок, обычно связанный с выбором клемм. Пользователи, не знакомые с Законом однородных материалов или Законом промежуточных металлов, могут неправильно выбрать стандартные клеммы, которые подвержены TC, приводят к ошибочным термопарам, возникающим в результате температурных различий, возникающих на дополнительных спаях.Важно использовать клеммные блоки, разработанные специально для этого типа термопары, чтобы избежать добавления ошибок, и существует три основных типа использования клеммных колодок TC, которые бывают разных физических вариантов. Большинство из них монтируются на DIN-рейку, а некоторые могут иметь специальную розетку для подключения штекера ручного счетчика, предназначенного для контроля напряжения термопары.
В лучшем типе разъема TC используются такие же соединительные материалы, как и в металлах TC, или из совместимого сплава. Согласно закону однородных материалов, его использование в проводном тракте не повлияет на измерение напряжения, поскольку оно соответствует или имитирует материал проводов термопары.Любое изменение температуры через этот другой материал не влияет на измеренное напряжение термопары и действует прозрачно для провода термопары. Конечно, эти разъемы более дорогие, так как они зависят от типа TC. Любая ошибка, возникающая в результате их использования, обычно связана с несоответствием их типу TC или изменением их полярности. В США цвет корпуса разъема TC близко соответствует внешней изолирующей оболочке типа TC.
Следующим лучшим разъемом TC является «универсальный» тип.В универсальных типах не используются соединительные металлы, соответствующие выводам термопары, что снижает их стоимость. Вместо этого универсальные типы пытаются плотно соединить входной и выходной провода с минимальным контактом с промежуточным материалом или без него, чтобы создать изотермическое соединение с ТС и имитировать гомогенное соединение. В этом типе входной провод TC входит в один конец, а выходной провод TC выходит из противоположного конца. Два провода перекрываются на некоторой длине внутри соединителя и обеспечивают хороший тепловой и электрический контакт, обычно не проходя через промежуточный металл.Для крепления проводов используются два зажимных винта и обычная прижимная пластина. В результате отрицательный эффект от использования неоднородного материала сводится к минимуму.
Самый дешевый универсальный тип предназначен для выравнивания температуры в штуцере и иногда называется «изотермическим блоком». Этот тип соединителя использует закон промежуточных материалов, чтобы позволить другим металлам подключаться к цепи термопары, но не влияет на измерения, пытаясь сохранить изотермичность материала или его температуру.Например, его проволочные винты обычно утоплены, чтобы защитить их от сквозняков, а его пластиковый корпус спроектирован таким образом, что его входные и выходные пути расположены близко друг к другу. Эти блоки действительно соединяются с термопарой с использованием промежуточного металла, и они менее удобны, потому что они полагаются на поддержание той же температуры через материал, чтобы минимизировать ее влияние на измерение, ограничивая длину контакта промежуточным металлом. И хотя они имеют преимущество в стоимости и могут применяться универсально к любому типу термопар, они не образуют идеальных изотермических соединений, и могут возникнуть небольшие эффекты напряжения, особенно там, где диаметры соединяемых проводов различаются, что чаще всего имеет место.
Поскольку универсальные типы разъемов могут включать в себя некоторый промежуточный контакт, вы должны принять меры предосторожности с обоими, чтобы гарантировать отсутствие разницы в температуре между входными и выходными путями проводов. Конечно, для любого типа соединения ошибка может быть связана с измерением из-за разрыва, который они вызывают между отдельными проводами термопары от их оболочки и друг от друга, что иногда подвергает один провод воздействию температуры, отличной от температуры другого, проводя его тепло. к соединительному блоку и нарушит изотермический баланс на его неоднородном пути соединения.Обрыв отдельных проводов термопары оставляет неэкранированную часть провода уязвимой для наводок шума – всегда сохраняйте минимальную длину отрыва. Некоторые из этих соединительных блоков будут включать в себя винтовые соединения для экрана кабеля TC, которые помогают продлить экран прямо на прибор, минимизируя возможность пробоя.
Возможно, самая большая проблема при использовании любого типа внешнего терминала для подключения проводов термопары заключается в том, чтобы убедиться, что стандартные типы, не являющиеся термопарами, никогда не используются для этой цели или были случайно заменены, что приводит к ошибочным напряжениям термопар в измерении и снижает точность.Не пытайтесь оправдать использование более дешевых стандартных блоков с помощью Закона о промежуточных металлах, так как эти клеммы используют сталь или никелированный медный сплав для их контактов, добавляя больше ошибочных термопар к вашим измерениям. Они работают только в том случае, если вы можете гарантировать, что температура на обеих сторонах соединительного блока остается одинаковой или изменяется с одинаковой скоростью – что маловероятно в упакованном шкафу управления, полном теплого оборудования, охлаждающих вентиляторов или других устройств, которые могут нагревать или охлаждать неровный интерьер.
Удлинительный провод и кабель TC
Чтобы удлинить провод термопары на большие расстояния, с клеммными колодками термопары часто используется менее дорогой удлинительный кабель для термопар, что снижает стоимость. Эти кабели часто имеют больший диаметр до 14 AWG и могут также использоваться для уменьшения сопротивления контура. В удлинительном кабеле будут использоваться материалы, аналогичные TC, или материалы, лучше подходящие для окружающей среды на его пути. Но что касается удлинительных кабелей, важно помнить, что их тепловые характеристики могут только приближаться к характеристикам ТС, а его изоляция может ограничивать использование ТС в более узком диапазоне температур.Помните об использовании удлинителя и его потенциальных ограничениях, так как при неправильном применении он может увеличить погрешность с учетом температуры и окружающей среды. Удлинительные проводники термопар из недрагоценных металлов (J, K, N, E и T) обычно соответствуют составу термопары и обладают одинаковыми термоэлектрическими свойствами. Удлинители термопар из благородных металлов (R, S и B) обычно представляют собой другой сплав, который может только приблизительно соответствовать свойствам благородного металла и в более ограниченном диапазоне.Их проводящие материалы различаются, потому что благородные металлы содержат платину, которую очень дорого использовать в качестве удлинителя на большом расстоянии. Тщательное использование различных материалов обычно не является проблемой, поскольку эти типы благородных металлов в основном используются при более высоких температурах с более низким разрешением, что делает их вклад в погрешность различных материалов менее значительным. Но во всех случаях максимальная температура применения ограничивается изоляцией удлинительного провода, и это важный фактор при их выборе.
Возможные ошибки измерения из-за использования удлинительных кабелей часто возникают из-за плохого соединения, вызывающего ошибочные термоэлектрические напряжения в измерениях, несовпадения типов термопар или изменения полярности. Вы должны использовать правильный тип удлинительного кабеля TC для TC и соблюдать правильную полярность. Замена любого другого типа увеличит погрешность измерения. Те же правила применяются к стыковочным соединительным блокам. Другие проблемы могут возникнуть при использовании удлинительного кабеля из материала, несовместимого с окружающей средой, или при несовпадении удлинительного провода с датчиком или окружающей средой.Например, термопары, в которых используется металлическое железо, будут подвержены коррозии, которая может нарушить целостность, особенно во влажной среде. Удлинительный кабель, который точно не соответствует типу TC, будет иметь более низкий диапазон рабочих температур, что не подходит для использования рядом с горячим спаем.
Подключение датчика термопары и прокладка проводов
Путь, по которому вы ведете датчик к прибору, также повлияет на точность измерения. Учтите, что тонкие выводные провода TC, изготовленные из других материалов, чем медь, имеют более высокое сопротивление, чем медь, что делает их более чувствительными к шумам, особенно шумам по переменному току.Кроме того, поскольку термопары выдают низкое напряжение, они имеют низкое отношение сигнал / шум, более высокий импеданс проводника и чаще всего подключаются к оборудованию, которое усиливает его сигнал, что делает длинные маршруты термопары легким улавливанием ошибочных шумовых сигналов от ближайшего оборудования и линии электропередач. При прокладке проводов термопары и удлинительных кабелей примите следующие меры с учетом этой чувствительности к наводкам:
- Прокладывайте провода термопары в целях защиты и не совмещайте их с проводами питания. Для работы в шумной обстановке или поблизости от электродвигателей можно использовать экранированный удлинительный кабель.
- Избегайте объединения выводов термопары на длинных параллельных путях с выходными или сигнальными проводами, которые могут индуцировать помехи в проводах термопары.
- Сведите к минимуму длину или площадь контура, в которой кабели или провода термопары разъединяются для подключения к прибору или клеммной колодке термопары.
- Отдельные провода можно скручивать вместе, чтобы оба провода принимали одинаковый сигнал (т. Е. Подавляли синфазные помехи).
Обратите также внимание на то, что, хотя сигналы термопары малы, на приборе могут существовать гораздо большие напряжения из-за наличия синфазных напряжений, создаваемых индуктивным датчиком вдоль провода датчика или через несколько заземляющих соединений в датчике. система.Например, индуктивный датчик – обычная проблема при использовании термопары для измерения температуры обмотки двигателя или силового трансформатора. Для некоторых приложений несколько заземлений могут быть непреднамеренными, например, при использовании неизолированного или заземленного ТС для измерения температуры трубы с горячей водой. В этом случае из-за плохого соединения с землей может возникнуть разница в несколько вольт между трубой и измерительным прибором. В этих приборах часто используются высококачественные дифференциальные инструментальные усилители с высоким коэффициентом усиления, которые помогают подавлять шум, общий для обоих входных проводов, при напряжении в пределах синфазного входного диапазона усилителя, обычно ограниченном только ± 3 В или ± 5 В. по внутренней шине постоянного напряжения.Эта способность подавлять синфазный шум сильна для сигналов, близких к постоянному току, но слабее по мере увеличения частоты шума. Обычно это помогает скрутить провода вместе, чтобы убедиться, что оба провода улавливают один и тот же сигнал, позволяя усилителю подавлять любые синфазные помехи. Длина проводов должна быть короткой, а площадь петель должна быть небольшой в том месте, где проходят провода кабеля для подключения прибора. Для длинных участков рекомендуется использовать экранированный кабель с заземлением, подключенным на конце прибора, чтобы свести к минимуму его наводки.Существуют различные типы экранированных кабелей, включая медную или майларовую / алюминиевую ленту, или даже экранированную витую пару, если требуется. У вас есть много вариантов борьбы с шумом в цепи TC, и вы можете проконсультироваться с поставщиком кабеля. Следующая ссылка является хорошим ресурсом для изучения других вариантов в этом отношении: www.thermocables.com/faq.htm
Также учтите, что соединение датчика TC обычно заземлено и находится в прямом контакте с окружающим его металлом корпуса, чтобы обеспечить более быстрое время отклика, но это может быть проблематичным из-за захвата шума и потенциальной ошибки контура заземления, что значительно увеличит погрешность измерения. часто во много раз больше, чем ошибка, вызванная другими факторами, которые мы рассмотрели.Датчики TC с незаземленным переходом доступны там, где требуется изоляция датчика, но обычно с увеличением времени отклика. В качестве альтернативы вы можете выбрать изолированный передатчик TC для использования с заземленным датчиком TC, чтобы устранить ошибку контура заземления.
Обзор передового опыта при подключении термопар
Тщательно продумайте соединение TC, эффекты CJC, а также разъемы и кабели, которые вы используете для повышения точности измерения:
Подвержены ли соединения холодного спая воздействию сквозняков, которые могут неравномерно распределять тепло по ним, например, от вентиляторов системы отопления или охлаждения?
- Установлен ли преобразователь внутри корпуса таким образом, чтобы защитить его соединения холодного спая от быстро меняющихся воздушных потоков, вызываемых движением персонала и оборудования, вентиляторами отопления / кондиционирования и потоками наружного воздуха?
- Примыкает ли передатчик к источнику питания или «теплому» устройству, которое может вызвать нагрев одного контактного вывода по сравнению с противоположным, нарушая его изотермический баланс? Выдвинуты ли отдельные выводы провода TC из оболочки таким образом, что один вывод может подвергаться воздействию температуры, отличной от другой, что может проводить тепло к его холодному спайу?
- Соблюдали ли вы правильную полярность при подключении датчика TC, удлинительных кабелей и подходящих клеммных колодок TC? Типы TC имеют цветовую кодировку, а КРАСНЫЙ цвет обозначает отрицательный вывод для американских или ANSI TC типов.Иногда это приводит к путанице, потому что это противоречит соглашению, используемому для питания постоянного тока, где красный обычно означает положительный.
- Дали ли вы передатчику до 60 минут времени прогрева после подачи питания для достижения теплового равновесия в цепи холодного спая, необходимого для точной компенсации холодного спая?
- Установлен ли преобразователь в положение, ограничивающее поток воздуха через или через устройство, что может увеличить его внутреннюю окружающую среду? Закрыты ли его вентиляционные отверстия соседними модулями, цепями, кабелями или другими препятствиями? Это может привести к увеличению внутренней окружающей среды, увеличивая вероятность ошибки, вызванной более длительным тепловым прогревом и более широкими колебаниями температуры, действующими на датчик температуры CJC внутри блока.
- Расположены ли модули таким образом, чтобы между ними оставалось воздушное пространство, чтобы свести к минимуму негативное влияние соседних источников тепла на соединения холодного спая, которые могут нарушить его изотермический баланс? Удалены ли модули от более значительных источников тепла, таких как блоки питания, охлаждающие вентиляторы и т. Д.?
- Разводили ли вы провода термопары, оставив между ними зазор больше, чем требуется, перед их подключением к клеммам? Если клеммы холодного спая не соответствуют материалу термопары, этот разрыв может вызвать разницу в температуре между проводами, когда отдельные выводы проложены по-разному и могут подвергаться различным температурным воздействиям.Эта разница в температуре может воздействовать на неоднородную цепь холодного спая, нарушая ее изотермический баланс. Вырыв проводов из их экрана также делает их более подверженными шуму. Иногда оболочку TC оттягивают, чтобы индивидуально пометить провода TC, и, хотя это выглядит красиво, это открывает дверь для другого потенциального источника ошибки.
- Используете ли вы обжимные штыри или клеммы на концах проводов TC для защиты проводов, вставленных в прибор? Хотя это сделано с добрыми намерениями, этот материал, как правило, не то же самое, что ТС, и эффективно расширяет холодный спай, смещая его с вывода и делая его массу более уязвимой для повышения температуры.Для некоторых штыревых обжимных соединителей зажим клемм холодного спая прибора будет контактировать на меньшей площади и увеличивать его тепловое сопротивление. Как правило, вы получаете лучшую производительность, просто подключив провод или кабель TC непосредственно к клеммам холодного спая устройства. Большинство клемм представляют собой зажимы в клетке, которые уже хорошо защищают провод, и в использовании дополнительных обжимных клемм нет необходимости.
- Используется ли один вывод TC совместно с другим проводом той же клеммы? Присутствие этого другого провода может охладить вывод термопары, вызывая перепад температур на холодном спайе, что приводит к ошибке.Его отрицательный эффект усиливается, если соседний вывод имеет больший диаметр, чем провод ТС, заставляя его действовать как теплоотвод и увеличивая тепловое сопротивление провода ТС к переходному контакту. Например, для некоторых моделей передатчиков может потребоваться установка перемычки TC путем совместного использования клеммы с одним из выводов TC – держите этот соединительный провод коротким и калибром не больше, чем провод TC, чтобы избежать увеличения погрешности.
- Неисправность или другое состояние передатчика привело к увеличению или изменению номинальной рассеиваемой мощности в его цепи, что повлияло на распределение тепла по соединениям холодного спая? Например, двухпроводной датчик температуры будет рассеивать больше тепла внутри, если его сопротивление нагрузки уменьшено или закорочено, или если его источник питания чрезмерен по сравнению с уровнем, необходимым для управления нагрузкой.
- Убедитесь, что любая клеммная колодка, используемая в вашей цепи TC, не является стандартным типом, который будет приводить к ошибочному напряжению TC в ваших измерениях. Для соединений TC следует использовать только клеммные колодки TC или изотермические (универсальные) клеммные блоки, разработанные специально для подключения термопар.
- Для нескольких установленных рядом приборов, но расположенных снизу вверх (т.е., возможно, на вертикальной DIN-рейке), следует учитывать эффект дымохода от поднимающегося тепла, который заставит верхние блоки естественным образом нагреваться блоками снизу, что может повлиять их точность, так как это тепло будет неравномерно распределяться по схеме подключения холодного спая? Преобразователи TC обычно проектируются с входными клеммами, расположенными внизу, а силовые клеммы вверху при установке на горизонтальную DIN-рейку, чтобы помочь уменьшить погрешность эффекта дымохода, и вы должны соблюдать это расположение при установке устройства в полевых условиях.
- Позаботились ли вы о том, чтобы уменьшить чрезмерную нагрузку на провода термопары? Следите за тем, чтобы провода не были повреждены или сломаны из-за протягивания и прокладки, грубого обращения, частой вибрации или других нагрузок. Обратите внимание, что провода TC сделаны тонкими, чтобы предотвратить влияние массы провода на измеряемую температуру в горячем спайе, но это делает их более хрупкими и подверженными поломке.
- Убедитесь, что в вашей цепи TC используется только провод TC или удлинительный провод того же типа. В некоторых случаях неосведомленный специалист по обслуживанию может непреднамеренно заменить стандартный кабель или кабель другого типа TC, что приведет к возникновению ошибочного напряжения в вашей системе.
- Держите чувствительные провода термопары вдали от других токоведущих проводов, электродвигателей, переключающих соленоидов и источников радиочастотного шума во избежание их захвата. Для длительных прогонов в шумной среде вам, вероятно, лучше преобразовать сигнал TC локально в 4-20 мА для передачи сигнала на большее расстояние.
- Следите за сопротивлением контура вашей цепи термопары и старайтесь поддерживать его ниже 100 Ом. Это важно, потому что большинство инструментов TC включают обнаружение обрыва провода, которое включает пропускание небольшого тока через датчик для обнаружения обрыва провода.Этот небольшой ток, проходящий через провод термопары с более высоким сопротивлением, может вызвать ошибку напряжения из-за чрезмерного сопротивления. Повышенное сопротивление датчика также делает датчик более восприимчивым к ошибочным падениям напряжения, возникающим из-за связанных шумовых токов. При расчете сопротивления помните, что общая длина провода удваивается из-за его обратного пути. Согласно закону однородных материалов, вы можете безопасно удлинить провод TC с помощью удлинительного кабеля большего калибра, который будет иметь меньшее сопротивление, чем у более тонкого провода TC.
Важные принципы, о которых следует помнить
Согласно закону однородных материалов, на напряжение термопары НЕ влияет изменение температуры вдоль пути прохождения провода (только на концах), если металлы провода однородны (или почти однородны, как некоторый удлинительный провод). Это означает, что вы можете вставлять металлические переходы из того же материала проводов, не влияя на измеряемое напряжение, что полезно для сращивания и удлинения термопары.
Согласно Закону о промежуточных материалах, если другой металл вставлен в один или оба вывода, это не повлияет на напряжение термопары, если переходы в другой металл и из другого металла будут поддерживаться при одинаковой температуре.Это позволяет вам подключать ваш прибор к TC, не влияя на его измерения, если вы можете обеспечить постоянную температуру через цепочку дополнительных металлов, добавленных в цепь.
По закону последовательных или промежуточных температур нелинейный датчик термопары, который обычно требует сложного полинома для определения зависимости его напряжения от температуры, может быть поочередно сведен к простой математической комбинации измеренного нами напряжения термопары и табличного напряжения, найденного в стандарте. Таблица зависимости напряжения от температуры для типа ТП.Это позволяет компенсировать измерение холодного спая путем простого добавления или вычитания значений напряжения с использованием измеренного напряжения, измеренной температуры холодного спая и стандартной таблицы TC для определения соответствующей температуры TC. Проще говоря, этот закон позволяет использовать ТС, откалиброванный при одной эталонной температуре, при любой другой эталонной температуре с помощью простой алгебраической коррекции.
Заключение
Хорошее понимание трех основных законов термопар: однородных материалов, промежуточных металлов и последовательных или промежуточных температур может быть полезным в устранении потенциальных источников ошибок в системах измерения термопар.Это также полезно для правильного выбора и применения компонентов, обычно используемых для подключения термопар к приборам. Это в сочетании с осознанием того, как работает компенсация холодного спая, и ограничений, которые она накладывает на нашу практику измерения и подключения, будет иметь большое значение для повышения точности измерений термопар.
температура – Где холодный спай на коммерческих термопарах?
«Холодный» спай (на самом деле он может быть теплее, чем измерительный спай) – это место, где провода из материала термопары переходят в материал цепи (обычно медь).Для большинства термопар (кроме типа T медь-константан) есть два соединения, которые будут физически близко друг к другу, обычно на клеммной колодке с винтовыми зажимами.
Если вам нужна какая-либо точность, вы должны предотвратить температурные градиенты в области этой клеммной колодки (например, предотвратить попадание воздуха на нее), минимизировать нагрев от других частей цепи, минимизировать помехи, вносимые теплопроводностью сами провода, и используйте датчик для точного измерения температуры точки перехода проводов в медь.Помогает сохранение большой тепловой массы в области клеммной колодки. Ошибка в 3 ° C между измеренной температурой и температурой этих соединений означает, что у вас будет (обычно) дополнительная ошибка ~ 3 ° C в измеренной температуре, поэтому точность измерения компенсации холодного спая чрезвычайно важна, если высокая точность и / или температура близкие к окружающей среде. Если вы измеряете высокую температуру (скажем, 400 ° C) и вас не волнует 5 ° C, вы можете быть намного более небрежным.По крайней мере, для одной термопары (B) холодный спай почти не требуется из-за крайней нелинейности (фактически он меняет направление ниже комнатной температуры, поэтому он не является монотонным).
Традиционный метод контролирует температуру на переходах с помощью ледяной ванны, но это явно непрактично для большинства современных приложений.
Получив температуру, вы можете рассчитать результирующее термоэлектрическое напряжение от холодных спаев, отрегулировать измеренную ЭДС с учетом этого коэффициента и рассчитать температуру по отрегулированной ЭДС.Можно использовать прямолинейную коррекцию (очень много мкВ / ° C), если неаккуратная точность приемлема, но в целом и прямая, и обратная функции немного нелинейны, так что это компромисс.
Вопросы и ответы Полное руководство:
Термопары – крепкий орешек, их так много нужно переварить! Если вы читали другие наши блоги по этой теме, но у вас остались вопросы, то вам повезло! Читайте дальше, чтобы узнать некоторые общие вопросы и ответы на них об этой загадке измерения температуры.Если вы еще этого не сделали, обязательно прочитайте наш основной блог « Что такое термопара » , чтобы познакомить вас с прибором, а затем вернитесь сюда, чтобы получить более подробные ответы на некоторые вопросы, которые вы можете имеют.
Q : Сообщают ли термопары температуру?A : Да, но они делают это иначе, чем другие термометры. Когда один конец термопары нагревается, он создает напряжение, также известное как разность потенциалов.Возникающее напряжение зависит от разницы температур между измеряемым и эталонным спаями. Используя установленные таблицы, мы можем перевести показания напряжения в показания температуры.
Рисунок 1: Термопара Enercorp с дисплеем Q : Термопара – это термометр?A : Да, термопара – это термометр. Давайте определимся, что такое термометр: слово «термо» означает «температура», а слово «метр» означает «мера».Таким образом, термометр буквально «измеряет температуру». Мы можем взглянуть на другие типы термометров, чтобы увидеть, как они квалифицируются как измерители температуры. Ртутный термометр измеряет уровень ртути в трубке, когда металл расширяется и сжимается при изменении температуры. Датчик температуры сопротивления, или RTD, измеряет сопротивление электрического сигнала, которое изменяется при повышении температуры. И наша термопара, конечно, вырабатывает измеримое напряжение, которое коррелирует с определенной температурой.Все эти устройства измеряют физическую температуру и преобразуют ее в читаемый сигнал; все они термометры.
Q : Почему для изготовления термопары требуются два разных металла?A : Врожденные свойства металла влияют на поведение электронов внутри проводов термопары. Например, электроны будут течь через железо иначе, чем через медь. Два провода термопары подвергаются воздействию одинаковой температуры в измерительном переходе, возбуждая электроны и инициируя ток.Тем не менее, электрический поток через каждый провод немного отличается поэтому, если вы выполнить измерение напряжения на спай один провод будет иметь больший потенциал по сравнению с другими. Именно эту разность потенциалов мы используем для расчета температуры. Если бы наша термопара имела два провода из одного и того же металла, электроны текли бы через оба провода одинаковым образом. У нас не было бы различий для расчета температуры, потому что не было бы напряжения.
Рисунок 2: Поперечное сечение двух разных металлических проводов внутри защитной оболочки Q : Могут ли термопары измерять только горячие температуры?A : Нет, термопары действительно могут измерять как низкие, так и горячие температуры.С помощью этого устройства можно измерять любые температуры в диапазоне от -200 ° C до + 2300 ° C. Два разнородных металла составляют термопару. Эти металлы могут быть чистыми элементами или смесями элементов (сплавов), которые имеют разные свойства. Комбинация особых металлов позволяет термопарам хорошо работать в определенных температурных диапазонах; некоторые типы термопар подходят для измерения действительно высоких температур, другие – очень низких. Действительно, знание типичного диапазона температур, который будет измеряться, является важным аспектом, который следует учитывать при выборе термопары для применения.
Q : Требуется ли тепло для работы термопар?A : Термопарам не требуется нагревание для работы. Для работы термопарам необходима разность температур между измерительным спаем и опорным спаем. Эта разница температур может быть из-за того, что что-то нагревает один конец термопары или что-то охлаждает один конец термопары. Это не значит, что у нас должно быть что-то горячее, нам просто нужно, чтобы температура измеряемого процесса отличалась от температуры нашего эталонного спая.
Q : Что такое компенсация холодного спая?A : «Холодный спай» – это не какая-то новая часть термопары, о которой мы не говорили, это просто более традиционный термин для «эталонного спая». Термопары создают измеримую разницу напряжений между измерительным и эталонным спаями; позволяя произвести расчет со стандартизованными таблицами, чтобы выяснить, какой будет соответствующая температура. Иногда эталонный спай не всегда имеет температуру, соответствующую стандартизированной таблице; расчетная температура термопары будет отключена.
Мы применим «компенсацию холодного спая». Это просто математическая корректировка холодного спая. Теперь, независимо от температуры холодного спая, мы можем точно рассчитать температуру, которую измеряет термопара. На рисунке ниже мы бы измерили холодный спай (температура в ° C по верхнему краю) и сравнили его с измеренным напряжением термопары (милливольты в корпусе), чтобы получить температуру горячего спая (температура в ° C по всей длине корпуса). левый).
Рисунок 3: Справочная таблица термопар с компенсацией холодного спая Q : Нужен ли термометр для работы термопарам?A : Это может показаться безумным, но да, термопарам для работы нужен термометр. Измерение напряжения термопары изменяется в зависимости от разницы температур между измеряемым и эталонным спаями. Итак, у нас есть три переменные: напряжение, которое мы можем измерить с помощью вольтметра; температура эталонного спая, о которой нам нужен другой инструмент; и температура измерительного перехода, которая на практике всегда остается неизвестной, поскольку мы в первую очередь пытаемся измерить ее с помощью термопары.Если нам известны две из этих переменных, мы можем вычислить третью. Итак, да, нам нужно знать температуру эталонного спая и иметь способ измерить напряжение термопары. Только с этими двумя частями информации мы можем затем определить температуру в точке измерения.
Q : Вы серьезно? Термопарам нужен термометр для работы?A : Чтобы термопара работала, нам нужно знать температуру холодного спая.Эту температуру можно определить с помощью другого прибора для измерения температуры, такого как резистивный датчик температуры (RTD). Но есть и другие способы определить температуру; нам не обязательно нужен другой тип термометра для измерения холодного спая. Как насчет использования воды для измерения температуры? Это может показаться странным, но подумайте о температуре, при которой вода превращается в лед. Как насчет того, чтобы ваш эталонный переход был погружен в кастрюлю с кипящей водой? Соответственно, это будет 0 ° C и 100 ° C. Это естественные термометры, которые мы можем использовать; универсальный способ определения температуры.Кроме того, эти константы никогда не меняются; мы можем использовать их, чтобы узнать температуру холодного спая, даже не используя термометр, в любом месте и в любое время!
Q : Измерение температуры с помощью термопары кажется трудоемким … зачем использовать термопару?A : Есть много разных способов измерения температуры, кроме термопары. Мы рассматриваем термисторы и датчики RTD в их собственных блогах здесь. Также есть полупроводниковые датчики и ртутные термометры.Вы можете использовать свою руку как термометр; как это сделали ваши родители, когда положили руку вам на лоб, чтобы проверить, нет ли у вас температуры. Каждый способ измерения температуры имеет потенциальные преимущества и недостатки. Например, термопары могут измерять гораздо более высокие температуры, чем RTD, однако RTD обычно более точны. На самом деле все сводится к выбору датчика температуры, который наилучшим образом соответствует вашим требованиям. Будь то: диапазон измерения; точность; Стоимость; операционная среда; или какая-то другая переменная.У нас есть полная дискуссия о преимуществах термопар и о том, как они используются, в «Для чего используются термопары?»
Измерение температуры – это процесс, который происходит во всех видах деятельности, происходящей вокруг нас. Надеюсь, вы узнали немного больше о роли термопар, о том, как они работают и почему они используются. Пока вы здесь и учитесь, почему бы не заглянуть в другие наши блоги? Никогда не угадаешь, что сможешь узнать об инструментах, которые мы производим в Enercorp; датчики, контроллеры и всевозможные другие устройства, которые играют роль в повседневной деятельности, которую мы считаем само собой разумеющейся.
Метод CJC для термопар – Dataforth
В результате передового метода компенсации холодного спая (CJC), используемого в модулях термопар MAQ20 корпорации Dataforth, точность этих модулей значительно выше, чем у конкурирующих моделей.Модули термопар Dataforth MAQ20
Модули ввода термопар Dataforth MAQ20-JTC, -KTC, -TTC и -RSTC имеют восемь дифференциальных входных каналов, которые сгруппированы в четыре блока по два канала.Каждый блок имеет клемму для заземления экрана датчика, а также специальный датчик температуры окружающей среды, который оптимально расположен для точного измерения температуры клеммной колодки в любой конфигурации системы, любой ориентации модуля и во всем диапазоне рабочих температур от -40 ° C до + 85 ° С. Четыре датчика температуры компенсации холодного спая (CJC) расположены на расстоянии всего двух дюймов. Точная компенсация холодного спая может быть достигнута только путем точного измерения температуры клеммной колодки, в которой заканчивается пара проводов из разнородного металла.
Термопара – это просто две проволоки из разнородных металлов, сваренные вместе на одном конце. В конце ничего не происходит. Различный термоэлектрический потенциал возникает, когда оба провода проходят через температурный градиент, в конечном итоге заканчиваясь на клеммной колодке.Различные провода имеют разную реакцию термоэлектрического потенциала на температурный градиент. Таким образом, на клеммной колодке можно измерить напряжение. На соединенных концах проводов разницы напряжений нет. Когда температура на клеммной колодке известна, термоэлектрические данные для двух отдельных разнородных проводов могут использоваться для определения температуры в точке соединения. После клеммной колодки дополнительная проводка продолжается до точки измерения. Эти провода могут также проходить через другой температурный градиент, но, по-видимому, эти измерительные провода сделаны из того же материала, обычно из меди; следовательно, чистое дополнительное напряжение не измеряется.Если эта приборная проводка изготовлена из разнородных металлов, создается еще одна термопара, что может привести к ошибке.
Когда несколько входных соединений датчиков расположены на большом расстоянии, естественные градиенты температуры на клеммных колодках возникают из-за конвективного нагрева, переходных воздушных потоков, вызванных открытием и закрытием шкафов с КИП, а также локальных источников тепла от соседней электроники.Только когда датчик температуры окружающей среды встроен в клеммную колодку и только если этот датчик температуры имеет такое же время теплового отклика, что и клеммная колодка, может иметь место точная компенсация холодного спая в статических и динамических условиях температуры окружающей среды. Многие конкурирующие продукты имеют только один датчик температуры для компенсации нескольких входных каналов. Часто этот датчик не может эффективно измерять градиенты или реагировать с той же тепловой характеристикой, что и несколько входных клеммных колодок.
Спецификация Dataforth CJC:
Типичная точность ± 0,25 ° C при температуре окружающей среды 25 ° C
Типичная точность ± 1,0 ° C при температуре окружающей среды от -40 ° C до + 85 ° C.
В первоначальной инженерной разработке Dataforth, прототипе термопары, использовалась стандартная 20-контактная съемная клеммная колодка, используемая на других модулях ввода MAQ20, и использовался единственный внутренний датчик CJC.По словам вице-президента по разработке продукции Джона Лемана, «мы измерили градиент до 8 градусов по Цельсию от верха до низа входной клеммной колодки в типичных конфигурациях системы, поэтому лучшее, на что мы могли надеяться, – это поместить датчик посередине и компенсировать с точностью от + 4 ° C до -4 ° C для верхнего и нижнего каналов. Указание точности CJC в 1 ° C было просто невозможно ». По сравнению с другими продуктами, термопарами Dataforth MAQ20, модули ввода обеспечивают лучшую производительность при стоимости от половины до одной трети и в гораздо более удобном для пользователя корпусе! Эти модули могут обеспечить такую значительно улучшенную точность благодаря своей передовой конструкции, которая обеспечивает точные измерения температуры клеммной колодки, необходимые для точной компенсации холодного спая.
Физическая проблема в применении термопар:
Предположим, профессор физики назначил лабораторный эксперимент по измерению температуры бунзеновской горелки. Классу присвоены горелка, термопара (ТС), ледяная баня, цифровой вольтметр и таблица данных для ТС. Класс продолжает работу, но вскоре замечает профессору, что схема в их учебнике показывает соединения обоих концов ТС с двумя медными проводами, и помещает оба этих соединения в ледяную ванну.Профессор отвечает: «Нет в наличии; посмотри, что ты можешь сделать ». После долгих забот у умного ученика возникла мысль. Отрежьте два куска от одного из проводов термопары и используйте их.
Еще более умный ученик сказал, что это сработает, но нужна только одна деталь. Подключите его, как показано на рисунке 2. Он объяснил это так. «Подумайте, что у нас было бы, если бы мы вставили середину провода M1, подключенного к положительной клемме счетчика и термопары, в ледяную ванну.Теперь мы имеем ту же ситуацию, что и метод учебника; за исключением того, что мы возвращаемся к счетчику по двум проводам M1. Когда мы вытаскиваем тот же самый провод из воды, изменений не происходит; потому что чистое изменение термоэлектрического потенциала от положительной клеммы вольтметра до TC остается прежним. Он опускается в более холодный лед и поднимается до более горячего TC у горелки Бунзена или, поочередно, прямо к TC ». Никаких изменений между двумя маршрутами проводов не зафиксировано. В методе учебника не имеет значения, используем ли мы пару медных, железных или M1 проводов для подключения вольтметра.Теория и наблюдаемые данные согласуются. Q.E.D.
Компания Dataforth была основана в 1984 году и является мировым лидером в области сбора и контроля данных, обработки сигналов и передачи данных для промышленных приложений. Во всем мире наши продукты обеспечивают надежную целостность сигналов и данных, а также точность в широком спектре. Вся продукция Dataforth производится в США и соответствует требованиям RoHS с 2006 года.Система управления качеством Dataforth зарегистрирована по стандарту ISO9001: 2015. Для получения дополнительной информации звоните по бесплатному телефону 800-444-7644 или по электронной почте sales@dataforth.com.
Термопары, Промышленные термопары в сборе
Введение в термопары
Принципы и особенности термопар
Современные конструкции термопар являются результатом многолетних исследований и практического опыта.Вместе с качественными приборами они дают ответ на тысячи проблем, связанных с измерением и контролем температуры.
Эффект Зеебека
По сути, термопара – это замкнутая цепь, образованная двумя разнородными металлическими проводниками для создания электродвижущей силы (ЭДС) или напряжения. Напряжение вызывает протекание тока, когда к одному из переходов прикладывается тепло. Ток будет продолжать течь, пока два перехода находятся при разных температурах. Это называется эффектом Зеебека по имени Т.Дж. Зеебек, открывший принцип.
Направление тока в охладителе двух переходов (T1) определяет полярность. Например, на рисунке 2, когда ток течет от a к B. a считается положительным.
Эффект Петтье
Пельтье обнаружил, что когда ток течет через соединение двух разнородных металлов, соединение либо выделяет тепло, либо поглощает его, в зависимости от направления тока. Если ток течет в том же направлении, что и ток, возникающий в термопаре в измерительном спайе, тепло будет поглощаться, а тепло выделяться на противоположном (холодном) спайе.Количество поглощаемого и выделяемого тепла пропорционально количеству электричества, протекающего через соединение.
Термоэлектрические законы
A. Цепь из одного однородного провода не может поддерживать ток только за счет приложения тепла.
B. В цепи из двух разнородных однородных проводов, если одно соединение поддерживается при одной температуре, а другое соединение – при другой, результирующая термо-ЭДС не будет зависеть от температурного градиента вдоль проводов.
C. Третий металл может быть введен в цепь из двух разнородных однородных проводов, при этом их измерительный и холодный спай поддерживаются при разных температурах, не влияя на общую ЭДС (напряжение) в цепи. Этот закон, часто называемый законом промежуточных металлов, работает следующим образом: в цепи из двух разнородных однородных проводов A и B с измерительным и холодным спаями, поддерживаемыми при разных температурах, введите третий металл C, разрезав провод и вставив провод C, сделав два дополнительных соединения от a до C.Если C однороден по температуре по всей длине, это не повлияет на общую ЭДС в цепи. Этот закон может быть применен в различных формах к головке термопары, где провода термопары соединены с удлинительными проводами через медный или латунный блок.
Общая схема термопары
Ниже приведены примеры наиболее распространенных схем термопар.
1. Стандартная одинарная термопара, состоящая из двух разнородных проводов и одного измерительного спая:
2.Усредняющая термопара состоит из двух или более термопар, подключенных параллельно к общему холодному спаю. Генерируемая ЭДС будет соответствовать среднему значению температуры отдельных переходов, при условии, что сопротивления всех элементов равны.
3. Термобатарея состоит из двух или более соединенных между собой термопар. Результирующая ЭДС будет совокупностью всех отдельных переходов.
4. Дельта-термопара, также известная как дифференциальная термопара, состоит из двух одинаковых проводов «А», соединенных с одним разнородным проводом «В», причем два измерительных узла обычно имеют разные температуры.Результирующая ЭДС будет разницей между двумя переходами, обычно называемой разницей температур.
Примечание. По крайней мере, один из спаев термопары должен быть незаземленным, а измерительный прибор должен быть дифференциального типа. типичный диапазон шкалы может быть: от -150 до 0 до +150
Назначение соединительных головок
Соединение термопары или клеммная головка обеспечивает положительное электрическое соединение между термопарой и удлинительными проводами и обеспечивает средства крепления для защитной трубки и кабелепровода удлинительного провода.Головка содержит клеммную колодку для всех электрических соединений. Соединительные головки доступны для любого применения. Типичные головки включают крышку из литого алюминия, идеально подходящую для применений, которые должны быть полностью защищены от атмосферных воздействий; головка из полипропилена для экстремальных коррозионных зон, взрывозащищенная трубчатая.
Использование удлинительного провода
Удлинительный провод используется для удлинения термопары до эталонного спая в приборе. Провод поставляется в виде согласованной пары проводов с изоляцией, разработанной для удовлетворения потребностей в обслуживании конкретного приложения.
Терминалы холодного спая термопары MGO
Информация о продукте и заказе
Таблица 4
| Разъемы / фитинги | Код заказа |
* Для большей длины; замените «3» на желаемую длину. | B3 * |
1/2 ″ npt x 1/2 ″ npt SS Втулка с двойной резьбой, припаянная к оболочке. | SB |
1/2 ″ NPT SS резьбовая втулка, припаянная к оболочке. | ФС4 |
1/2 ″ NPT x 1/2 ″ NPT SS Втулка с двойной резьбой, подпружиненная к оболочке | СБС |
Стандартный штекер. | м (400 футов) |
HM (800 F) | |
Стандартный гнездовой разъем. | Ф (400 футов) |
HF (800 F) | |
Двойной штекер. | DM (400 футов) |
HDM (800 F) | |
Двойное гнездовое гнездо. | DF (400 футов) |
HDF (800 F) | |
Миниатюрный штекер. (для диаметра оболочки не более 1/8 ″) | TM (400 футов) |
HTM (800 F) | |
Миниатюрный гнездовой домкрат. (для диаметра оболочки не более 1/8 ″) | TF (400 футов) |
HTF (800 F) |
Продолжение таблицы 4
| Расширенные выводы / окончания отведений | Код заказа | |
Удлинитель провода 20 AWG ** | Изоляция из стекловолокна | ТГ (Х) * |
| Поливиниловая изоляция | TP (X) * | |
| Изоляция FEP | ТТ (Х) * | |
| Каптонная изоляция | ТК (Х) * | |
| Поливиниловая изоляция, витая, с алюминиево-майларовым покрытием, с дренажным проводом, заземленным на оболочку. | ТПЗД (Х) * | |
Удлинитель проводов 20 AWG внутри Оплетка из нержавеющей стали ** | Изоляция из стекловолокна | ТГС (Х) * |
| Поливиниловая изоляция | ТПС (X) * | |
| Изоляция FEP | ТТС (X) * | |
| Каптонная изоляция | ТКС (Х) * | |
Удлинитель проводов 20 AWG внутри брони из гибких трубок из нержавеющей стали.** | Изоляция из стекловолокна | TGA (Х) * |
| Поливиниловая изоляция | TPA (X) * | |
| Изоляция FEP | ТТА (Х) * | |
| Каптонная изоляция | ТКА (Х) * | |
Удлинитель проводов 20 AWG , внутренняя оболочка гибких труб из нержавеющей стали с поливиниловым покрытием. ** | Изоляция из стекловолокна | тгп (Х) * |
| Поливиниловая изоляция | ТЭС (Х) * | |
| Изоляция FEP | ТТП (Х) * | |
| Каптонная изоляция | ТКП (Х) * | |
* Замените (X) желаемой длиной в дюймах.
** Стандартные жилы одножильные. Для многожильных проводов – укажите, поставив букву «F» в код заказа перед длиной. Пример: TGSF36. (Недоступно для опции «TPZD»).
*** T / C типа «DRIP loop» доступны в вариантах с армированным свинцом. Выберите вариант головки в разделе оборудования и добавьте код заказа головки в качестве суффикса к полному номеру детали.
Продолжение таблицы 4
Клеммные головки
Продолжение таблицы 4
| Тип головки | Материал головки | Базовый код заказа | |||||
| Рисунок 1 | Рисунок 2 | Рисунок 3 | |||||
Промышленное Всепогодный Винт с крышкой с головкой | Литой алюминий | 100 | 200 | 300 | |||
с эпоксидным покрытием Всепогодный Винт с крышкой с головкой | Чугун | 102 | 202 | 302 | |||
Общего назначения Всепогодный Винт с крышкой с головкой Для типа Flip Top добавьте суффикс «F» к базовому коду заказа . | Литой алюминий | 104 | 204 | 304 | |||
Коррозионностойкий Винт для защиты от атмосферных воздействий Крышка Для типа Flip Top добавьте суффикс «F» к базовому коду заказа . | Нейлон | 106 | 206 | 306 | |||
Сертификат взрывозащиты CSA / ATEX / FM Головкасоответствует требованиям NEC Class I Раздел I Группы B, C, D Класс II Раздел I, Группы E, F, G NEMA 4X, 7, 9, II2G, Ex d, IIC, Gb, II2 D, Ex tb, IIIC Db, IECEx | Литой алюминий | 108 | 208 | 308 | |||
| Нержавеющая сталь 316 | 110 | 210 | 310 | ||||
SensorTec, Inc.| Инновационные датчики
Что такое термопара?
Цепь термопары образуется при соединении двух разнородных металлов на обоих концах. и есть разница в температуре между двумя концами. Эта разница в температура создает небольшой ток и называется эффектом Зеебека в честь Томаса Зеебек, открывший это явление в 1821 году.
Когда есть разница в температуре между двумя концами этого контура, внутри цепи образуется небольшое напряжение. Это напряжение или ЭДС (электродвижущая сила) обычно измеряется в 1/1000 вольт (милливольт). Большинство людей тело производит большее напряжение, чем это! Чем выше разница температур, чем выше напряжение.Если используются правильные пары материалов, эти термопары схемы могут использоваться для измерения температуры.
Спай, который используется в процессе измерения температуры. называется ГОРЯЧИМ СОЕДИНЕНИЕМ. Другой спай, который находится в последней точке термопары материал и который почти всегда есть в каком-то измерительном приборе, называется ХОЛОДНЫЙ СПАС.
Компенсация холодного спая
В приведенном выше примере один конец термопары находится на @ 1000 °, а другой конец – на @ 100 °, поэтому разница составляет 900 °. Если бы мы хотели измерить температуру в печи, мы могли бы использовать для этого термопару.Если бы использовался приведенный выше пример, температура внутри печи 1000 °, а температура снаружи 100 °, термопара указывает на разницу температур внутри и снаружи 900 °. Единственная проблема с приведенным выше примером заключается в том, что мы хотим знать температуру внутри печи, а не разница между внешней и внутренней частью. Сделать это с термопарой, нам нужно применить «Компенсацию холодного спая».Применять это компенсация холодного спая, все, что нам нужно знать, это температура холода соединение.
Измерительный прибор обычно выполняет компенсацию холодного спая. Инструмент измеряет температуру в точке крепления термопары и добавляет обратно в уравнение, как в приведенном выше примере.Тогда инструмент отображает результат этого уравнения. Важно сохранить материал термопары. по всей цепи, как в случае датчика, который расположен на некотором расстоянии от измерительного прибора. Обычно используется удлинительный провод с специальной кодировкой.
В приведенном выше примере удлинительный провод термопары не использовался в цепи и значит, произошла ошибка из-за неправильной компенсации холодного спая.
Справочные таблицы термопар
По всему миру созданы таблицы, показывающие зависимость температуры от выходного напряжения в милливольтах. цифры для различных допустимых комбинаций или «типов» термопар. Эти ссылки все таблицы основаны на эталонной температуре или температуре холодного спая 32 ° F (0 ° C), которая является точкой замерзания чистой воды.Все производители следуют этой ссылке таблицы, опубликованные в документе ASTM E-230.
Типы термопар
Доступны несколько различных известных типов термопар. Каждый тип имеет различные полезные диапазоны температур, а также различные рекомендуемые области применения.ASTM, признанный в США авторитетным органом по температуре измерения, установила руководящие принципы для различных типов термопар. Эти руководящие принципы охватывают состав, цветовую кодировку и производственные спецификации.
Термопары из недрагоценных металлов
Типы термопар из недрагоценных металлов состоят из обычных недорогих металлов, таких как никель, железо и медь.Термопары типов E, J, K, N и T относятся к этому числу. группы и являются наиболее часто используемым типом термопар. Каждая нога этих разных термопары состоят из специального сплава, который обычно называют их общие имена.
Тип E
Термопара типа E состоит из положительной ножки из хромеля (никель / 10% хрома). и отрицательная ветвь константана (никель / 45% меди).Температурный диапазон для температура этой термопары составляет от –330 до 1600 ° F (от –200 до 900 ° C). Термопара типа E имеет самый высокий выходной милливольт (ЭДС) среди всех известных типов термопар. Тип E датчики могут использоваться при минусовых, окислительных или инертных средах, но не должны использоваться в сернистой, вакуумной или низкокислородной атмосфере. Цветовой код для типа E фиолетовый для положительного и красный для отрицательного.
Тип J
Термопары типа J имеют железный положительный полюс и константановый отрицательный полюс. Тип Термопары J имеют полезный диапазон температур от 32 до 1400 ° F (от 0 до 750 ° C) и может использоваться в вакууме, окислительной, восстановительной и инертной средах. Из-за окисления (ржавчина) проблемы, связанные с железной ногой, необходимо соблюдать осторожность при выборе этот тип для использования в окислительной среде выше 1000 ° F.Цветовой код для типа J – белый для положительного и красный для отрицательного.
Тип K
Термопара типа K имеет положительную ножку из хромеля и алюминий (никель / 5% алюминия). и кремний) отрицательная ветвь. Диапазон температур для сплавов типа K составляет от –328 до 2282 ° F. (От -200 до 1250 ° С).Датчики типа K рекомендуются для использования в окислительных или полностью инертные среды. Тип K и тип E не должны использоваться в сернистых средах. Поскольку тип K имеет лучшую стойкость к окислению, чем типы E, J и T, его основная область использования при температурах выше 1000 ° F, но вакуум и условия с низким содержанием кислорода должны избегать.
Тип N
Термопары типа N изготавливаются из никеля (никель – 14%, хром – 1.5% кремния) положительная ветвь и отрицательная ветвь из низила (никель – 4,5% кремния – 0,1% магния). В диапазон температур для типа N составляет от –450 до 2372 ° F (от –270 до 1300 ° C), а цветовой код оранжевый для положительного и красный для отрицательного. Тип N очень похож на Тип K, за исключением что он менее подвержен избирательному окислению. Тип N не следует использовать в вакуум и / или восстановительные среды в незащищенной конструкции.
Тип T
Термопары типа T изготавливаются с медным положительным полюсом и константановым отрицательным полюсом. нога. Диапазон температур для типа T составляет от -328 до 662 ° F (от -200 до 350 ° C), а цвет код синий для положительного и красный для отрицательного. Датчики типа T могут использоваться в окислительных (ниже 700 ° F), восстанавливающие или инертные приложения.
Термопары из благородных металлов
Термопары из благородных металлов изготавливаются из проволоки, изготовленной из драгоценных металлов. или «благородные» металлы, такие как платина и родий. Термопары из благородных металлов предназначены для использования в окислительных или инертных средах и должен использоваться с керамической защитной трубкой окружающий элемент термопары.Эти датчики обычно хрупкие и должны не должны использоваться в приложениях, которые уменьшают или в приложениях, которые содержат металлические пары.
Тип R
Термопары типа R изготавливаются с положительным выводом платина / 13% родий и чистым электродом. платиновая отрицательная ветвь. Диапазон температур для типа R составляет от 32 до 2642 ° F (от 0 до 1450 ° C). а цветовой код – черный для положительного и красный для отрицательного.
Тип S
Термопары типа S изготавливаются с положительным выводом платина / 10% родий и чистым электродом. платиновая отрицательная ветвь. Диапазон температур для типа S составляет от 32 до 2642 ° F (от 0 до 1450 ° C). а цветовой код – черный для положительного и красный для отрицательного.
Тип B
Термопары типа B изготавливаются с положительным полюсом платина / 30% родия и платина / 6% Отрицательная ножка с родием.Диапазон температур для типа r составляет от 32 до 3092 ° F (от 0 до 1700 ° C). и цветовой код серый для положительных и красный для отрицательных
Термопары из тугоплавкого металла
Термопары из тугоплавкого металла изготавливаются из проволоки, изготовленной из экзотические металлы вольфрам и рений. Эти металлы дороги, сложны в производстве. и проволока, сделанная из этих металлов, очень хрупкая.Эти термопары предназначены для использования в вакуумных печах при чрезвычайно высоких температурах и никогда не должны использоваться в присутствии кислорода при температуре выше 500 ° F. Есть несколько разных комбинации сплавов, которые использовались в прошлом, но только один обычно используемый В настоящее время.
Тип C
Термопара типа C изготовлена с положительной клеммой вольфрам / 5% рения и вольфрамом. Отрицательная ветвь с содержанием рения 26% и имеет диапазон температур 0-2320 ° C (32–4208 ° F).Цветовой код этого типа – белый с красным индикатором для положительной ветви и красным для отрицательная нога.
Пределы ошибки
Точность датчиков температуры называется пределами погрешности и применяется только к новым, неиспользованным датчикам температуры. Когда датчик подвергается воздействию повышенного температуры, точность не гарантируется.Все производители придерживаются этих пределы, которые установлены ASTM и включены в их публикацию ASTM E –230. Таблицы пределов ошибок появляются в каталоге SensorTec, а также во многих других каталоги конкурирующих производителей.
Дополнительные принадлежности для термопар
В соответствии с руководящими принципами цветового кода ASTM, которые применяются к большинству датчиков в Северной Америке. производителей, Красная нога всегда отрицательна.
2 типа термопар (типы J и K) имеют одну ножку, которая является магнитной. С этими 2 типа, можно использовать магнит для определения полярности.
Горячий спай термопары может быть выполнен любым возможным способом, если только между двумя проводами хороший, постоянный контакт.
Особые пределы погрешности датчиков термопары не должны иметь особых пределов. удлинительного провода ошибки.
Материалы, не являющиеся термопарами, могут использоваться в цепях термопар справа. условия. Разъемы, клеммы и срезы без термопар можно использовать до тех пор, пока поскольку в местах, где используются эти предметы, отсутствует температурный градиент.
Удлинительный провод не обязательно должен быть большого сечения для работы в приложении, где датчик расположен далеко от измерительного прибора. Самая современная температура контрольные приборы работают по току, поэтому сопротивление выводных проводов не критично.
Можно получить показания средней температуры, используя несколько термопар. пока датчики подключены параллельно и сопротивление этих разных датчики такие же.
.