Какие бывают термопары: устройство и принцип работы простым языком, типы

Термопары. Типы термопар, рекомендации по выбору. Заметка

Термопара — это… Что такое Термопара?

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

Фотография термопары

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

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

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

Принцип действия

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

Способы подключения

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

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

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

Применение термопар

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

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

Преимущества термопар

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

Недостатки

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

Типы термопар

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

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

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

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

Сравнение термопар

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

См. также

Примечания

Ссылки

классификация, как работает, особенности применения

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

Как работает термопара?

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

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

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

Интересное видео о термопарах от НИЯУ МИФИ смотрите ниже:

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

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

В современных сложных термопарах применяются электронные средства преобразования сигнала.

Особенности работы с термопарами для точных и высокоточных измерений

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

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

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

Ещё одно интересное видео о термопарах смотрите ниже:

Классификация термопар, их свойства и сферы применения

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

В большинстве случаев группы термопар соответствуют обеим системам классификации.

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

В таблице приведены наиболее часто встречаемые в сети интернет термопары.

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

Принцип работы термопары, определение, типы и виды термопар, схемы работы термопары, способы подключения

Термопара — термоэлектрический преобразователь — это два разных сплава металла (проводники) которые образуют замкнутую цепь (термоэлемент). Термопара — один из наиболее распространенных в промышленности температурный датчик. Применяется в любых сферах промышленности, автоматики, научных исследованиях, медицине — везде, где нужно измерять температуру. Так же применяется в термоэлектрических генераторах для преобразования тепловой энергии в электрическую.

Действие термопары основано на эффекте, который впервые был открыт и описан Томасам Зеебеком в 1822 г. — термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. В замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термоэлектрический эффект (термо-ЭДС), если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников, называется термоэлементом или термопарой. В сочетании с электроизмерительным прибором (милливольтметром, потенциометром и т. п.), термопара образует термоэлектрический термометр.

Измерительный прибор подключают либо к концам термоэлектродов, либо в разрыв одного из них. В среду, которую контролируют, помещают рабочий спай, а свободные концы подсоединяются к измерительному прибору. Чем больше различие между свойствами проводников и тепловой перепад на концах, тем выше термо-ЭДС.

По-простому — термопара это две проволоки из разнородных металлов (например, Хромель и Копель), сваренных или скрученных между собой. Место сварки (скрутки) называется рабочий спай Т1, а места соединения с измерительным прибором Т2 называют холодными спаями. То есть рабочий спай помещают в среду, температуру которой необходимо измерить, а холодные спаи подключают к приборам (милливольтметр). Но надо знать прибор — например, ИРТ 7710 не меряет температуру рабочего спая, он меряет разницу температур холодного и рабочего спаев. Это значит простым милливольтметром (тестером) мы можем узнать, поступает ли сигнал с рабочего спая (есть обрыв или нет), узнать где у термопары плюс (+) а где (-), примерно узнать какой тип термопары (но для этого нужен точный милливольтметр).

Типы, виды термопар

Типы российских термопар приведены в ГОСТ 6616-94.

Почему российские термопары? Термопара ТХК, то есть Хромель-Копель была придумана в СССР и сейчас выпускается только у нас и в странах СНГ. Не известно почему, но везде пишут ХК (L) — в скобках подразумевается международный тип, но это не так — на западе тип L это (Fe-CuNi). Может быть, они чем то и похожи по названию металлов входящих в сплав, но самое главное — у них разные таблицы НСХ. Мы с этим столкнулись, заказывая термопару из Италии. Наш совет — когда закупаете термопарный провод или кабель, сравнивайте таблицы НСХ, т.е. номинальные статические характеристики преобразователя ГОСТ Р 8.585-2001.

Таблица соответствия типов отечественных и импортных термопар

Таблица ANSI Code (Американский национальный институт стандартов) и IEC Code (Международная электротехническая комиссия — МЭК)

В настоящее время в её состав входят более 76 стран (наша в том числе).

что такое простыми словами? :: SYL.ru

Использование газа для отопления частной недвижимости, будь то загородный дом или коттедж, выгодно с экономической точки зрения. Тем не менее здесь таится серьезная опасность. Если погаснет горелка и подача газа своевременно не будет остановлена – произойдет утечка. Все может закончиться трагически, ведь под угрозой все, кто находится в помещении. Как раз для таких целей предусмотрено специальное устройство. Но что такое термопара (термоэлектрический преобразователь), коим и является оно? Для чего именно предназначено, можно ли обойтись без нее?

Вопросов может возникнуть много, поэтому стоит во всем этом разобраться. Выясним, какие виды существуют, и коснемся самых распространенных неисправностей, которые могут случиться.

Что за устройство такое?

Под термопарой подразумевается специальный прибор, который служит для измерения температуры рабочей среды. Такое устройство широко распространено в промышленности, медицине и прочих областей жизнедеятельности человека. Впрочем, всюду, где необходима высокая точность замеров.

С конструктивной точки зрения – это два разных проводника, которые припаяны (или приварены) друг к другу на одном из концов. Место их соединения называется спаем. А в качестве проводников используются разные материалы, и в зависимости от этого диапазон измеряемой термопарой температуры составляет от -250 ᴼC до 2000 ᴼC, а то и более. В большинстве случаев это металлы, полупроводники используются реже.

Для чего применяется термопара?

В настоящее время такие устройства широко применяются практически в любой сфере для измерения температуры в разных средах:

• воздух;
• вода;
• смазочные материалы.

Главная задача, которая стоит перед устройством подобного вида, заключается в обеспечении автоматического отключения оборудования в случае какой-либо неисправности газового котла.

Как правило, термопара присутствует не только в котлах, но и плитах, также работающих на таком топливе. Здесь устройство служит для электроподжига газа при его подаче. Это ее основной элемент и работа термопары сводится к управлению клапана безопасности газового крана. То есть прибор производит его открытие или закрытие, исходя из того, есть ли пламя или его нет. Но помимо этого, термопара может выступать в качестве температурного датчика.

В быту термопара может присутствовать и в других приборах. Ими оснащаются некоторые модели паяльников. Есть модели мультиметров, которые позволяют проводить замеры температуры. В этом случае в комплект их поставки входят такие устройства, имеющие специальные разъемы для подключения к прибору.

Особенности термопары

Обычно для производства термопар используются неблагородные металлы. А чтобы защитить рабочие элементы от воздействия внешних факторов, они помещены в трубку, оснащенную подвижным фланцем.

Он служит в качестве средства крепления конструкции. Трубка термопары для газового котла изготавливается из обычной либо нержавеющей стали, а чтобы исключить контакт электродов между собой, используются такие средства как асбест, фарфоровые трубки либо керамические бусы.

Хоть в основном термопары производятся из неблагородных металлов, благородные материалы позволяют им существенно повысить точность измерений. Здесь в меньше степени проявляется термоэлектрическая неоднородность. К тому же они более стойки к окислению, а поэтому такие конструкции отличаются высокой стабильностью. Только такие устройства весьма дороги.

Конструктивно термопары могут производиться по-разному. Это и бескорпусный вариант, где место соединения двух проводников не закрыто. Такое устройство обеспечивает практически мгновенное измерение температуры, а инертность заметно ниже.

Второе исполнение термопары для газовой плиты или котла – это зонды. Такая конструкция получила большее распространение, поскольку актуальна для производственных целей, где требуется защита рабочих элементов от агрессивных сред измерения. Но и в быту они также используются чаще, чем первый тип.

Разновидности термопар

Основное различие между термопарами кроется в используемом материале для изготовления проводников. При этом встречаются довольно необычные названия сплавов, о которых могут знать лишь любители кроссвордов или сканвордов. В зависимости от этого все устройства делятся на несколько типов. Более наглядно это можно увидеть на таблице ниже.

При этом из всех перечисленных типов бытовое газовое оборудование с автоматикой оснащается лишь тремя – это разновидности K, E и N.

Преимущества

Более четкое представление о термопаре и принципе действия простыми словами смогут дать имеющиеся преимущества. Широкая область применения таких устройств как раз обусловлена именно благодаря ряду достоинств:

• Выполняет несколько функций: контролирует пламя и замеряет температуру.
• В устройстве этих элементов нет ничего сложного, поскольку отсутствуют какие-либо дополнительные детали.
• Способность выдерживать широкий диапазон измеряемой температуры.
• Высокая точность измерений, за счет чего этими устройствами оснащаются газовые котлы и колонки.
• Легкий монтаж и обслуживание, с чем может справиться абсолютно любой владелец частной недвижимости.
• Долгий срок службы.
• Надежность.
• За счет простоты конструкции термопары несложно изготовить.

Все эти и многие другие достоинства, которыми обладают термопары для котлов современного типа, знакомы большинству производителей газового оборудования.

И теперь с их помощью можно розжиг плиты или котла более безопасен, чем раньше. Нам, как рядовым потребителям, тоже понятно, откуда у таких устройств большая популярность.

Недостатки

К сожалению, у таких простых приборов наряду с очевидными достоинствами присутствуют и некоторые недостатки. Прежде всего, стоит упомянуть погрешность, которая обычно составляет 0,5-2 градусов. Поэтому чтобы добиться более точных показаний (до ±0,01 °С), необходима индивидуальная градуировка термопары.

Простота конструкции и высокая надежность, являясь неоценимым преимуществом, вместе с этим это еще и минус. Как такое может быть? Все очень просто – в случае возникновения неисправности термопары починить ее нет возможности, только заменить.

Благо, такой недостаток термопар для плит не столь существенен, так как стоимость не такая высокая.

Принцип работы устройства

Принцип действия термопары основывается на явлении, которое было обнаружено немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком в 1821 году. Им было замечено, что если нагреть два соединенных проводника из разнородных материалов, то возникает напряжение, которое получило название, как термоЭДС. При этом величина ее зависит от степени нагрева места соединения этих проводников. Впоследствии эффект получил имя его открывателя.

К примеру, при нагреве железа возникает положительное напряжение равное 15 мкВ на каждый 1 °C, в то время как в никеле создается отрицательное значение тока -20,8 мкВ. Поскольку в большинстве случаев используется сплав алюмеля с хромелем, то при нагреве до температуры 300 °С «дуэт» этих металлов образует напряжение 12 мВ.

Этого вполне достаточно для срабатывания электромагнитного реле, которое удерживает кран безопасности открытым. Но стоит только температуре упасть (что происходит практически мгновенно), реле отключается, в результате чего клапан закрывается.

Такое объяснение принципа действия термопары простыми словами будет вполне понятно многим.

Неисправность термопары плит

У каждого устройства найдутся слабые места, и термоэлектрический преобразователь — не исключение. Он отличается особой чувствительностью к состоянию датчика, коим является его «горячий» конец. На его поверхности может появиться сильный нагар или прочие загрязнения. По этой причине термопара не способна выработать необходимое напряжение, в результате чего плита полностью не функционирует либо работает с перебоями.

Как это проявляется? При нажатии кнопки розжига загорается одна из конфорок, но стоит отпустить ее – пламя гаснет. Если такое происходит, можно попробовать почистить датчик наждачной бумагой с мелким зерном. Если же результат не изменится, или измерения термопара производит неточно, скорее всего, нужна замена термопары.

Неисправность устройств котлов

Что касается газовых котлов, то среди всех деталей оборудования именно термопара чаще всего выходит из строя. Неисправность можно обнаружить так же, как в случае с плитой. Признак выглядит так: нажимается кнопка подачи газа, поджигается запальник и держится 30 секунд (как полагается по инструкции) и отпускается. При этом горелка сразу же гаснет, что должно насторожить.

Это может говорить о том, что термопара неисправна и требует замены, поскольку неремонтопригодна. Или же между устройством и электромагнитным клапаном плохой контакт.

В этом случае можно самостоятельно выполнить несложную диагностику, а и полностью устранить проблему, без привлечения специалиста. При этом необязательно в точности знать, какой у термопары принцип действия. Вот что потребуется сделать:

• Откручивается прижимная гайка, что удерживает термопару на электромагнитном клапане, после чего устройство извлекается.
• Внимательно осмотреть разъем – есть ли окислы или загрязнения? В случае чего, пройтись мелкой шкуркой.
• Проверить работоспособность при помощи мультиметра. Для этого один конец устройства соединяется с прибором, а другой нужно нагреть. Можно воспользоваться ручной газовой горелкой или чем-нибудь еще (свечка). У исправной термопары напряжение должно быть до 50 мВ.
• Если диагностика прошла успешно, остается установить термопару на свое место и еще раз запустить котел.

Любой, кто осведомлен, что такое термопара, может прийти к правильному выводу – все дело в самом электромагнитном клапане. Однако и он может быть исправен. Тогда нужно прочистить место соединения проводников, после чего найти удачное положение прижимной гайки, при котором обеспечивается хороший контакт.

Полезные рекомендации

Стоит уяснить, что от того, насколько правильно работает термоэлектрический преобразователь, который установлен в газовом котле либо плите, зависит не только работоспособность всего оборудования. Под угрозой находится и личная безопасность всех обитателей дома.

Ведь если устройство неисправно, значит, оно не может сработать вовремя, что повлечет за собой утечку газа. А это в свою очередь приводит к взрыву. Поэтому крайне важно проводить регулярные проверки показаний устройства. Это позволит избежать серьезной катастрофы.

На качество измерений могут влиять ряд факторов:

• качество спая;
• наличие электрического шума;
• есть утечка газа;
• термоэлектрическая неоднородность.

Мало знать, что такое термопара, необходимо понимать – те термопары, которые установлены в плитах, обеспечивают не только качественную работу техники, но и отвечают за безопасность. При ее повреждении лучше сразу заменить ее новым устройством. Сделать это можно самому, но лучше будет обратиться к специалисту.

Народные поделки

Многие народные умельцы, используя термоэлектрический преобразователь, изготавливают в домашних условиях зарядные устройства или миниатюрные электростанции для зарядки телефонов и прочих устройств малой мощности. Причем это происходит от огня или любого другого горячего источника.

Некоторые люди пробуют своими руками изготовить термопару на основе уже неисправного устройства. Только такие самоделки нельзя использовать долгое время. Но в качестве временной замены они подходят.

В качестве заключения

Популярность и преимущества термопары в настоящее время трудно оспорить или поставить под сомнение. Ведь эти элементы не только основные детали не только в газовом оборудовании (котлы, плиты, колонки). Их можно встретить во многих моделях терморегуляторов и термометров бытового и промышленного назначения.

Понять, что такое термопара, несложно, но куда важнее своевременно устранять все появившиеся признаки ее неисправности!

виды, типы конструкции, классы допуска

Термометрия относится к наиболее простым и эффективным методам измерений. Она основана на том, что физические свойства материала меняются в зависимости от температуры. В частности, измеряя сопротивление металла, сплава или полупроводникового элемента, можно определить его температуру с высокой степенью точности. Датчики такого типа называются термоэлектрическими или термосопротивлениями. Предлагаем рассмотреть различные виды этих устройств, их принцип работы, конструкции и особенности.

Виды термодатчиков

Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС):

1. Полупроводниковые датчики. Отличительные особенности этих приборов заключается в высокой точности и стабильной чувствительности, а также в возможности измерения быстротечных процессов. Благодаря низкому измерительному току имеется возможность работы со сверхнизкими температурами (до -270°С). Пример конструкции полупроводникового ТС.
   Конструкция термистора

Обозначения:

• А – Выводы измерителя.
• В – Стеклянная пробка, закрывающая защитную гильзу.
• С – Защитная гильза, наполненная гелием.
• D – Электроизоляционная пленка, покрывающая внутреннюю часть гильзы.
• E – Полупроводниковый чувствительный элемент (далее ЧЭ), в приведенном примере это германий, легированный сурьмой.

2. Металлические датчики. У таких измерителей в качестве ЧЭ выступает проволочный или пленочный резистор, помещенный в керамический или металлический корпус. Металл, используемый для изготовления чувствительного элемента, должен быть технологичен и устойчив к окислению, а также обладать достаточным температурным коэффициентом. Таким критериям практически идеально отвечает платина. Там, где не столь высокие требования к измерениям, может использоваться никель или медь. В качестве примера можно привести термодатчики: PT1000, PT500, ТСП 100 П, ТСП pt100, ТСП 50П, ТСМ 296, ТСМ 045, ТС 125, Jumbo, ДТС Овен и т.д.

Расшифровка аббревиатур

Чтобы не возникало вопросов, что такое ТСМ, приведем расшифровку этой и других аббревиатур:

• ТСМ это термометр сопротивления (ТС), в чувствительном элементе (ЧЭ) которого используется медная проволока (М).
• ТСП, в применяется платиновый (проволока из платины) ЧЭ.
• КТС б – обозначение комплекта из нескольких платиновых ТС., позволяющих провести многозонные измерения, как правило, монтаж таких устройств производится на вход и выход системы отопления, чтобы установить разность температур.
• ТПТ – технический (Т) платиновый термометр (ПТ).
• КТПТР – комплект из ТПТ приборов, буква «Р» в конце указывает, что может производиться не только измерение разницы температур между различными датчиками.
• ТСПН – «Н» в конце ТСП, обозначает, что датчик низкотемпературный.
• НСХ – под данным сокращением подразумевается «номинальная статическая характеристика», соответствующая стандартной функции «температура-сопротивление». Достаточно посмотреть таблицу НСХ для pt100 или любого другого датчика (например, pt1000, rtd, ntc и т.д.), чтобы иметь представление о его характеристиках.
• ЭТС – эталонные приборы, служащие для калибровки датчиков.

Чем отличается термосопротивление от термопары?

Схема термопары, ее конструкция, а также принцип работы существенно отличается от термометра сопротивления, расскажем об этом простыми словами. У устройства pt100, а также других датчиков, принцип действия основан на сопоставимости между изменением температуры металла и его сопротивлением.

Принцип термопары построен на различных свойствах двух металлов собранных в единую биметаллическую конструкцию. Устройство, подключение, назначение термопары, а также описание погрешности этих приборов будет рассмотрено в отдельной статье.

Сейчас достаточно понимать, что термопара и ТСП, например pt100, это совершенно разные приборы, отличающиеся принципом работы.

Платиновые измерители температуры

Учитывая распространенность металлических датчиков, имеет смысл привести краткое описание этих устройств, чтобы наглядно показать сравнительные характеристики различных видов, особенности, а также описать сферу применения.

В соответствии с нормами ГОСТ 6651 2009 и МЭК 60751, у рабочих приборов данного типа значение температурного коэффициента должно быть 0,00385°С^-1, эталонных – 0,03925°С^-1. Диапазон измеряемой температуры: от-196,0°С до 600,0°С. К несомненным достоинствам следует отнести высокий коэффициент точности, близкую к линей характеристику «Температура-сопротивление», стабильные параметры. Недостаток – наличие драгметаллов увеличивает стоимость конструкции. Необходимо заметить, что современные технологии позволяют минимизировать содержание этого металла, что делает возможным снижение стоимости продукции.

Основная область применения – контроль температуры различных технологических процессов. Например, такой прибор может быть установлен в трубопроводе, в котором плотность рабочей среды сильно зависит от температуры. В этом случае показания вихревой расходометра корректируются информацией о температуре рабочей среды.

Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства Элемер

Никелевые термометры сопротивления

Температурный коэффициент (далее ТК) у данного типа измерительных устройств самый высокий — 0,00617°С^-1. Диапазон измеряемых температур также существенно уже, чем у платиновых ЧЭ (от -60,0°С до 180,0°С). Основное достоинство данных приборов – высокий уровень выходного сигнала. В процессе эксплуатации следует учитывать особенность, связанную с приближением температуры нагрева к точке Кюри (352,0°С), вызывающую существенное изменение параметров ввиду непредсказуемого гистерезиса.

Данные устройства практически не используются, поскольку в большинстве случаев их можно заменить приборами с медными чувствительными элементами, которые существенно дешевле и технологичнее (проще в производстве).

Медные датчики (ТСМ)

ТК медных измерительных приборов – 0,00428°С^-1, диапазон измеряемых температур немного уже, чем у никелевых аналогов (от -50,0°С до 150°С). К несомненным преимуществам медных измерителей следует отнести их относительно невысокую стоимость и наиболее близкую к линейной характеристику «температура-сопротивление». Но, узкий диапазон измеряемых температур и низкие параметры удельного сопротивления существенно ограничивают сферу применения термопреобразователей ТСМ.

Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1

Но, тем не менее, медные датчики рано списывать, есть немало примеров удачных реализаций, например, ТХА Метран 2700, который предназначен как для различных видов промышленности, но также удачно используется в ЖКХ.

Учитывая, что платиновые терморезисторы наиболее востребованы, рассмотрим варианты их конструктивного исполнения.

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Наиболее распространение получило исполнение ЧЭ в ПТС, называемое «свободной от напряжения спиралью», у зарубежных изготовителей оно проходит под термином «Strain free». Упрощенный вариант такой конструкции представлен ниже.

Конструктивное исполнение «Strain free»

Обозначения:

• А – Выводы термоэлектрического элемента.
• В – Защитный корпус.
• С – Спираль из платиновой проволоки.
• D – Мелкодисперсный наполнитель.
• E – Глазурь, герметизирующая ЧЭ.

Как видно из рисунка, четыре спирали из платиновой проволоки, размещают в специальных каналах, которые потом заполняются мелкодисперсным наполнителем. В роли последнего выступает очищенный от примесей оксид алюминия (Al₂O₃). Наполнитель обеспечивает изоляцию между витками проволоки, а также играет роль амортизатора при вибрациях или когда происходит ее расширение, вследствие нагрева. Для герметизации отверстий в защитном корпусе применяется специальная глазурь.

На практике встречается много вариаций типового исполнения, различия могут быть в дизайне, герметизирующем материале и размерах основных компонентов.

Исполнение Hollow Annulus.

Данный вид конструкции относительно новый, она разрабатывалась для использования в атомной индустрии, а также на объектах особой важности. В других сферах датчики данного типа практически не применяются, основная причина этого высокая стоимость изделий. Отличительные особенности высокая надежность и стабильные характеристики. Приведем пример такой конструкции.

Пример исполнения «Hollow Annulus»

Обозначения:

• А – Выводы с ЧЭ.
• В – Изоляция выводов ЧЭ.
• С – Изолирующий мелкодисперсный наполнитель.
• D – Защитный корпус датчика.
• E – Проволока из платины.
• F – Металлическая трубка.

ЧЭ данной конструкции представляет собой металлическую трубку (полый цилиндр), покрытый слоем изоляции, сверху которой наматывается платиновая проволока. В качестве материала цилиндра используется сплав с температурным коэффициентом близким к платине. Изоляционное покрытие (Al₂O₃) наносится горячим напылением. Собранный ЧЭ помещается с защитный корпус, после чего его герметизируют.

Для данной конструкции характерна низкая инерционность, она может быть в диапазоне от 350,0 миллисекунд до 11,0 секунд, в зависимости от того используется погружаемый или монтированный ЧЭ.

Пленочное исполнение (Thin film).

Основное отличие от предыдущих видов заключается в том, что платина тонким слоем (толщиной в несколько микрон) напыляется на керамическое или пластиковое основание. На напыление наносится стеклянное, эпоксидное или пластиковое защитное покрытие.

Миниатюрный пленочный датчик

Это наиболее распространенный тип конструкции, основные достоинства которой заключаются в невысокой стоимости и небольших габаритах. Помимо этого пленочные датчики обладают низкой инерционностью и относительно высоким внутренним сопротивлением. Последнее практически полностью нивелирует воздействие сопротивления выводов на показания прибора (таблицы термосопротивлений можно найти в сети).

Что касается стабильности, то она уступает проволочным датчикам, но следует учитывать, что пленочная технология усовершенствуется год от года, и прогресс довольно ощутим.

Стеклянная изоляция спирали.

В некоторых дорогих ТС платиновую проволоку покрывают стеклянной изоляцией. Такое исполнение обеспечивает полную герметизацию ЧЭ и увеличивает влагостойкость, но сужает диапазон измеряемой температуры.

Класс допуска

Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.

Таблица 1. Классы допуска.

Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

• 2-х проводное (см. А на рис. 7), этот наиболее простой способ используется в тех случаях, когда точность результатов не критична. Дополнительную погрешность создает номинальное сопротивление проводников, которыми подключается датчик. Обратим внимание, что для классов точности A и AA данная схема включения неприемлема.
  Рисунок 7. Двухпроводная, трехпроводная и четырехпроводная схема включения термометра сопротивления
• 3-х проводное (В). Такой вариант обладает более высокой точностью, чем 2-х проводная схема вариант подключения. Это происходит за счет того, что появляется возможность измерить сопротивление монтажных проводов, чтобы учесть их воздействие.
• 4-х проводное. Этот вариант позволяет полностью исключить воздействие сопротивления монтажных проводов на результаты измерений.

В измерительных приборах ТС, как правило, включен по мостовой схеме.

Пример подключения по мостовой схеме вторичного прибора (pt100) для измерения температуры воздуха

Обратим внимание, что под r_л.с. в электрической схеме подразумевается сопротивление линий связи, то есть проводов, которыми подключен датчик.

Обслуживание

Информация о ТО температурного датчика указана в паспорте прибора или инструкции эксплуатации, там же приводится типовые неисправности и способы их ремонта, рекомендуемая длина кабеля для подключения, а также друга полезная информация.

Термометры сопротивления не требуют специального ТО, в задачу обслуживающего персонала входит:

• Проверка условий, в которых эксплуатируется датчик.
• Внешний осмотр на предмет целостности конструкции и кабельных соединений, проверка хода подвижного штуцера (если таковой имеется).
• Помимо этого проверяется наличие пломб.
• Проверяется заземление.

Такой осмотр должен проводиться с периодичностью один раз в месяц или чаще.

Помимо этого должна проводиться поверка приборов, с использованием эталонного датчика, например, ЭТС 100.

Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

Для градуировки датчиков используются специальные таблицы, в качестве примера приведена одна из них для термосопротивления pt100. Саму методику калибровки мы приводить не будем, ее описание несложно найти в сети.

Градуировочная таблица для терморезистора pt100 (фрагмент, без указания пределов градуировки измерений)

Что касается методики поверки эталонных платиновых датчиков, то она должна производиться на специальных реперных точках.

Конструкция, принцип работы и применение

В 1821 году физик по имени Томас Зеебек обнаружил, что когда два разных металлических провода соединяются на обоих концах одного соединения в цепи при воздействии температуры на соединение, возникает прохождение тока через цепь, известную как электромагнитное поле (ЭМП). Энергия, производимая цепью, называется эффектом Зеебека. Используя эффект Томаса Зеебека в качестве ориентира, оба итальянских физика, а именно Леопольдо Нобили и Македонио Меллони, в 1826 году совместно разработали термоэлектрическую батарею, которая называется тепловым умножителем, она была основана на открытии термоэлектричества Зеебека путем объединения гальванометра. а также термобатарея для расчета излучения.Некоторые люди идентифицировали Нобили как первооткрывателя термопары.

Что такое термопара?

Термопару можно определить как своего рода датчик температуры, который используется для измерения температуры в одной конкретной точке в виде ЭДС или электрического тока. Этот датчик состоит из двух разнородных металлических проводов, соединенных вместе в одном стыке. В этом переходе можно измерить температуру, а изменение температуры металлической проволоки стимулирует напряжения.

Термопара

Величина ЭДС, генерируемая в термопаре, очень мала (милливольты), поэтому для расчета ЭДС, создаваемой в цепи, необходимо использовать очень чувствительные устройства. Обычными устройствами, используемыми для расчета ЭДС, являются потенциометр балансировки напряжения и обычный гальванометр. Из этих двух балансировочный потенциометр используется физически или механически.

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары в основном зависит от трех эффектов, а именно Зеебека, Пельтье и Томпсона.

См. Эффект Бека

Этот тип эффекта возникает среди двух разнородных металлов. Когда тепло поступает к любой из металлических проволок, поток электронов переходит от горячей металлической проволоки к холодной. Следовательно, в цепи стимулирует постоянный ток.

Эффект Пельтье

Этот эффект Пельтье противоположен эффекту Зеебека. Этот эффект утверждает, что разница температур между любыми двумя разнородными проводниками может быть образована путем применения изменения потенциала между ними.

Эффект Томпсона

Этот эффект заявляет, что, когда два несопоставимых металла соединяются вместе, и если они образуют два соединения, то напряжение вызывает общую длину проводника из-за градиента температуры. Это физическое слово, которое демонстрирует изменение скорости и направления температуры в определенном месте.

Конструкция термопары

Конструкция термопары показана ниже. Он состоит из двух разных металлических проводов, соединенных вместе на конце соединения.Соединение мыслит как измерительный конец. Конец соединения подразделяется на три типа: незаземленный, заземленный и открытый.

Незаземленное соединение

В этом типе соединения проводники полностью отделены от защитной крышки. Область применения этого соединения в основном включает работы с высоким давлением. Основное преимущество использования этой функции — уменьшение эффекта паразитного магнитного поля.

Заземленное соединение

В этом типе соединения металлические провода и защитная крышка соединяются вместе.Эта функция используется для измерения температуры в кислой атмосфере и обеспечивает устойчивость к шуму.

Открытое соединение

Открытое соединение применяется в областях, где требуется быстрое реагирование. Этот тип спая используется для измерения температуры газа. Металл, используемый для изготовления термопары, в основном зависит от расчетного диапазона температур.

Конструкция термопары

Как правило, термопара конструируется с двумя разными металлическими проводами, а именно железом и константаном, которые входят в детекторный элемент путем соединения в одном спайе, который называется горячим спаем.Он состоит из двух спая, один спай подключается с помощью вольтметра или передатчика, а холодный спай и второй спай связаны в процессе, который называется горячим спаем.

Работа термопары

Принципиальная схема термопары показана на рисунке ниже. Эта схема может быть построена из двух разных металлов, которые соединяются вместе путем образования двух переходов. Два металла соединены сваркой.

На вышеприведенной диаграмме соединения обозначены P & Q, а температуры обозначены T1, & T2.Когда температуры стыков отличаются друг от друга, в цепи возникает электромагнитная сила.

Работа термопары

Если температура на конце перехода превращается в эквивалент, то эквивалент, а также обратная электромагнитная сила создается в цепи, и ток через нее не протекает. Точно так же температура на конце перехода становится несбалансированной, а затем в этой цепи возникает изменение потенциала.

Величина индукции электромагнитной силы в цепи зависит от материалов, используемых для изготовления термопар. Полный ток по цепи рассчитывается измерительными приборами.

Электромагнитная сила, индуцированная в цепи, рассчитывается по следующему уравнению:

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Где ∆Ө — это также разница температур между горячим концом спая термопары. в качестве эталонного конца спая термопары a и b являются константами

Преимущества и недостатки термопары

К преимуществам относятся следующие.

• Высокая точность
• Он прочен и может использоваться в суровых условиях, а также в условиях высокой вибрации.
• Тепловая реакция быстрая
• Рабочий диапазон температур широкий.
• Широкий диапазон рабочих температур
• Стоимость низкая и чрезвычайно стабильная

К недостаткам можно отнести следующие.

• Нелинейность
• Наименьшая стабильность
• Низкое напряжение
• Требуется ссылка
• Наименьшая чувствительность
• Перекалибровка термопары затруднена

Применения термопары

Некоторые из следующих применений термопар включают.

• Они используются в качестве датчиков температуры в термостатах в офисах, домах, офисах и на предприятиях.
• Они используются в промышленности для контроля температуры металлов в чугуне, алюминии и металле.
• Они используются в пищевой промышленности для криогенных и низкотемпературных применений. Термопары используются в качестве теплового насоса для термоэлектрического охлаждения.
• Используются для измерения температуры на химических заводах, нефтяных заводах.
• Они используются в газовых машинах для обнаружения пилотного пламени.

Итак, это все о термопаре. Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что измерение выхода термопары может быть рассчитано с использованием таких методов, как мультиметр, потенциометр и усилитель с помощью устройств вывода. Основное назначение термопары — обеспечить последовательные и прямые измерения температуры в нескольких различных приложениях.

Источник изображения: Nptel

.

Вопросы и ответы по термопарам — Измерение температуры

Вопросы и ответы по термопарам

Сравнение термопар, RTD и термистора?

Что такое термопара?

Термопара — это датчик, используемый для измерения температуры. Термопары состоят из двух проводов из разных металлов. Ноги проводов свариваются на одном конце, образуя стык.

На этом переходе измеряется температура. Когда соединение испытывает изменение температуры, создается напряжение. Затем напряжение можно интерпретировать с помощью справочных таблиц термопар (связанных) для расчета температуры.

Существует много типов термопар, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики с точки зрения температурного диапазона, долговечности, вибростойкости, химической стойкости и совместимости с областями применения.

Типы J, K, T и E — это термопары из основного металла, наиболее распространенные типы термопар.Термопары типов R, S и B являются термопарами из «благородных металлов», которые используются в высокотемпературных приложениях (см. Диапазоны температур термопар.

Термопары используются во многих промышленных, научных и OEM-приложениях. Их можно найти почти во всех промышленные рынки: электроэнергетика, нефть / газ, фармацевтика, биотехнологии, цемент, бумага и целлюлоза и т. д. Термопары также используются в бытовых приборах, таких как печи, печи и тостеры.

Термопары обычно выбираются из-за их низкой стоимости, высокой температурные ограничения, широкий диапазон температур и прочный характер.

Что такое холодный (эталонный) спай для термопар?

Холодный или эталонный спай — это конец термопары, который обеспечивает эталонную точку.

Термопары измеряют разницу температур между двумя спаями. Они НЕ измеряют фактическую температуру. Чувствительный спай — это место, где провода термопары свариваются (или соединяются другим способом) вместе и расположены в точке, где требуется температура.

Другой переход обычно находится там, где он подсоединяется к приборам (измерительному устройству или преобразователю).Это называется холодным или опорным спаем.

Таблицы милливольт для термопар и математические формулы основаны на температуре холодного спая 0 ° C. Чтобы определить фактическую температуру, приборы должны «отрегулировать» разницу между температурой окружающей среды и 0 ° C. Эта регулировка известна как компенсация холодного спая.

Также читайте: Термопары Эффект зеленой гнили

Заземленная или незаземленная термопара?

Термопара называется «заземленной», когда чувствительный спай соединен (физически и электрически) с металлическим корпусом.

Есть преимущества и недостатки, но обычно предпочтительнее использовать незаземленные термопары, поскольку допустимо меньшее время отклика.

В чем разница между термопарой и RTD?

Диапазон температур

Сначала рассмотрим разницу в диапазонах температур. Термопары из благородных металлов могут достигать 3100 F, в то время как стандартные RTD имеют предел 600 F, а RTD с расширенным диапазоном имеют предел 1100 F.

Стоимость

Термопара с плоским штоком в 2–3 раза дешевле, чем RTD с простым штоком.

Узел головки термопары примерно на 50% дешевле, чем узел эквивалентной головки RTD.

Точность, линейность и стабильность

Как правило, RTD более точны, чем термопары. Особенно это актуально в более низких диапазонах температур.

RTD также более стабильны и имеют лучшую линейность, чем термопары.Если точность, линейность и стабильность являются вашими первоочередными задачами, и ваше приложение находится в пределах температурных ограничений RTD, выберите RTD.

Долговечность

В производстве датчиков RTD широко считаются менее прочными датчиками по сравнению с термопарами.

Время отклика

RTD не могут быть заземлены. По этой причине у них более медленное время отклика, чем у заземленных термопар.

Кроме того, термопары могут быть размещены внутри оболочки меньшего диаметра, чем RTD.

Меньший диаметр оболочки увеличивает время отклика. Например, заземленная термопара диаметром 1/16 дюйма.

Оболочка

будет иметь более быстрое время отклика, чем RTD с диаметром ¼ ”. оболочка

Какие бывают типы спая термопары?

Термопары с заземлением:

Это наиболее распространенный тип спая. Термопара заземляется, когда оба провода термопары и оболочка свариваются вместе, образуя одно соединение на конце зонда.

Заземленные термопары имеют очень хорошее время отклика, поскольку термопара находится в прямом контакте с оболочкой, что позволяет легко передавать тепло.

Недостатком заземленной термопары является то, что термопара более восприимчива к электрическим помехам. Это связано с тем, что оболочка часто контактирует с окружающей областью, создавая путь для помех.

Незаземленные термопары:

Термопара не заземлена, когда провода термопары свариваются вместе, но они изолированы от оболочки.

Провода часто разделены минеральной изоляцией.

Открытые термопары (или «термопары с неизолированной проволокой»):

Термопара становится оголенной, когда провода термопары свариваются вместе и непосредственно вставляются в технологический процесс.

Время отклика очень быстрое, но оголенные провода термопары более подвержены коррозии и разрушению. Этот стиль не рекомендуется, если ваше приложение не требует открытых соединений.

Незаземленная Необычная:

Незаземленная необычная термопара состоит из сдвоенной термопары, которая изолирована от оболочки, и каждый из элементов изолирован друг от друга.

Что такое M.I. Кабель?

М.И. Кабель (с минеральной изоляцией) используется для изоляции проводов термопар друг от друга и от металлической оболочки, которая их окружает.

Кабель MI имеет два (или четыре в дуплексном режиме) провода термопары, идущие по середине трубки.

Затем трубка заполняется порошком оксида магния и уплотняется для обеспечения надлежащей изоляции и разделения проводов.

Кабель

MI помогает защитить провод термопары от коррозии и электрических помех.

Чем отличаются оболочки термопар?

• 316SS (нержавеющая сталь): Это наиболее распространенный материал оболочки. Он относительно устойчив к коррозии и экономичен.
• 304SS: Эта оболочка не так устойчива к коррозии, как 316SS. Разница в стоимости между 316SS и 304SS является номинальной.
• Inconel (зарегистрированная торговая марка) 600: Этот материал рекомендуется для высококоррозионных сред.

Также читайте: Калибровка термопары

Что обозначают цвета проводов термопар?

Термопару можно определить по цвету изоляции провода.

Например, в США провод для термопар типа J имеет один красный провод и один белый провод, обычно с коричневой оболочкой.

У удлинительного провода типа J также есть один красный провод и один белый провод, но он имеет черную оболочку.

Как правило, красный провод термопары или удлинительного провода является отрицательным, а положительный провод имеет цветовую маркировку в соответствии с типом термопары.

В разных странах используются разные цветовые коды.

В чем разница между кабелем термопары и удлинительным проводом?

Проволока для термопар используется для изготовления зондов для термопар.

Проволока для термопар обычно используется для соединения и внутри оболочки штока. Это связано с тем, что проволока для термопар имеет лучшие характеристики точности, чем проволока для удлинения.

Удлинительный провод — менее дорогой провод более низкого качества. Он используется для распространения сигнала от датчика термопары на систему управления или цифровой дисплей.

Проволока удлинительного класса более экономична из-за использования металла меньшей марки.

Проволока удлиненного класса не должна использоваться в самом процессе, и в ней не должны наблюдаться перепады температур и температурные циклы, как у стандартной проволоки.

Что такое эффект Зеебека?

Когда две проволоки из разных металлов или металлических сплавов (термопровода) соединяются на одном конце (горячий спай), образуется термопара.

Если существует разница температур между горячим спаем и открытыми концами, в термопаре создается тепловая электродвижущая сила (тепловое напряжение). Это также называется эффектом Зеебека.

Что такое CJC?

При измерении термопарой всегда требуется информация от соединенного конца провода (горячий спай) и открытого конца провода (холодный спай).Холодный спай также называют точкой отсчета.

Изменения температуры контрольной точки компенсируются измерением CJC (компенсация холодного спая).

Измерительные преобразователи температуры CJC могут быть внутренней функцией или измерительным резистором, встроенным в разъемы.

Если контрольная точка находится далеко от преобразователя, необходимо выполнить отдельное измерение температуры этой точки и подключить его к преобразователю в качестве сигнала компенсации.

Что такое компенсационный кабель и удлинительный кабель?

Компенсирующий кабель — это кабель для измерительной цепи термопары, который обозначается буквой C (e.грамм. для кабеля типа K KC).

Провода компенсационного кабеля имеют те же электрические характеристики, но не из тех же материалов, что и термопроводы датчика TC.

Компенсирующий кабель является более экономичным решением, чем удлинительный кабель, но максимальная допустимая температура окружающей среды ниже, примерно 100… 200 ° C в зависимости от изоляционного материала.

Удлинительный кабель — это кабель термопары, который обозначается буквой X (например, для кабеля типа K KX).Провода удлинительного кабеля сделаны из тех же материалов, что и термопроводы датчика термопары.

Эти кабели могут достигать той же температуры окружающей среды, что и термопара.

Что такое электронагреватель / датчик?

Электронагреватель — это термин, обычно используемый для предотвращения замораживания трубопроводов и присоединенных устройств.

Важной функцией электронагревателя является поддержание стабильной температуры и скорости потока материалов, протекающих по трубопроводу.

Наиболее распространенная реализация электронагревателя — электрическая, которая обеспечивает хорошую регулируемость.

Однако для точного управления процессом и настройки также необходимы точные данные о температуре.

Для этих приложений мы разработали наши высококачественные электронагревательные датчики , которые уже много лет доступны для использования во взрывоопасных зонах.

Защитная гильза какого размера подходит для моего применения?

В зависимости от конструкции вашей системы вам необходимо знать:

• Рабочая температура (° C)
• Рабочее давление (бар), удельный объем (м3 / кг)
• Скорость (м / с)

После того, как они будут установлены, вы можете обратиться к стандарту ASME PTC 19.3 TW-2010 Раздел «Защитная гильза», в котором выполняется расчет конструкции скважины.

Вот несколько основных правил, которым вы можете следовать. * :

• Как правило, для более высокой скорости потока требуются более короткие защитные гильзы.
• Убедитесь, что материал защитной гильзы совместим со средой, в которую она погружена.
• Экономичные сварные защитные гильзы могут использоваться в системах с низким расходом, таких как некоторые линии охладителей HVAC (обычно менее 1–3 футов / сек).
• Конические защитные гильзы обычно лучше подходят для высоких скоростей потока, чем ступенчатые защитные гильзы (с уменьшенным наконечником).

Что такое пирометр и объясните его работу?

Пирометр — это бесконтактное устройство, которое улавливает и измеряет тепловое излучение.

Процесс без контакта с излучающим телом известен как пирометрия. Это устройство полезно для определения температуры поверхности объекта.

Пирометр работает строго по принципу излучения абсолютно черного тела.Здесь излучательная способность цели играет важную роль, так как она определяет, насколько яркой будет цель для пирометра.

Благодаря высокой точности, скорости, экономичности и особым преимуществам, он широко используется в качестве стандартной процедуры во многих промышленных приложениях.

Рабочий:

• Оптическая система собирает видимую и инфракрасную энергию от объекта и фокусирует ее на детекторе.
• Детектор получает энергию фотона от оптической системы и преобразует ее в электрический сигнал для управления устройством отображения или контроля температуры.

Термопары Измерительный спай

Открытый (измерительный) спай рекомендуется для измерения температуры текущего или статического некоррозионного газа, когда требуется наибольшая чувствительность и самый быстрый отклик.

Изолированный переход больше подходит для агрессивных сред, хотя термическая реакция ниже.

В некоторых приложениях, где к соответствующим приборам подключается более одной термопары, изоляция может быть существенной, чтобы избежать появления паразитных сигналов в измерительных цепях.Если не указано иное, это стандарт.

Заземленный переход (заземленный) также подходит для агрессивных сред и для приложений высокого давления.

Он обеспечивает более быстрый отклик, чем изолированный переход, и защиту, не обеспечиваемую открытым переходом.

Также читайте: Типы разъемов и наконечников термопар

Стандарты термопар

• ASTM E 235: Стандартные технические условия на термопары в оболочке, типа K и типа N для ядерных или других высоконадежных приложений .
• ASTM E 839: Стандартные методы испытаний для термопар в оболочке и материалов для термопар в оболочке.
• ASTM E 220: Методы испытаний для калибровки термопар методами сравнения
• ASTM E 230: Спецификации и таблицы температур-ЭДС для стандартизованных термопар.
• ASTM E 585: Стандартные спецификации для кабелей термопар из компактного сплава MI, MS и из недрагоценных металлов.
• ASTM E 608: Стандартные технические условия для уплотненных термопар MI, MS и из недрагоценных металлов.
• ASTM E 696: Стандартные спецификации на проволоку для термопар из вольфрам-рениевого сплава.
• ASTM E 1652: Стандартные спецификации для порошковых изоляторов оксида магния и оксида алюминия и измельчаемых изоляторов, используемых в ПТС с металлической оболочкой, термопарах из недрагоценных металлов и термопарах из благородных металлов.
• IS 12579: Технические условия на кабели и термопары для термопар с минеральной изоляцией из недрагоценных металлов.
• GB / T 1598-2010: Китайский стандарт для платиновых термопар.
• IEC 584: Международный стандарт для термопар.

Области применения защитных гильз

Защитные гильзы обеспечивают защиту датчиков температуры от неблагоприятных условий эксплуатации, таких как коррозионные среды, физические воздействия (например, клинкер в печах), а также газ или жидкость под высоким давлением.

Их использование также позволяет быстро и легко менять зонды без необходимости «открывать» процесс.

Основные области применения:

• Защитная трубка используется в термопарах
• Обеспечивает целостность в приложениях высокого давления
• Небольшие скважины используются в приложениях с низким давлением
• Прямые скважины используются в коррозионных и эрозионных средах
• Для приложений там, где требуется быстрое реагирование на изменение температуры, готовые карманы могут быть оснащены уменьшенным наконечником.

Цельные защитные гильзы рассчитаны на самые высокие технологические нагрузки в зависимости от их конструкции. Таким образом, в нефтехимической промышленности сейчас используются почти исключительно неразъемные термопары.

Типы конструкций термопар

Чаще всего используются два типа конструкций термопар.

Это термопары с минеральной изоляцией (M.I.) и термопары без M.I. Термопары.

Термопары с минеральной изоляцией:

Термопары с изоляцией из оксида магния используются во многих технологических и лабораторных применениях.

Они прочны и гибки, а их довольно высокие температурные характеристики делают термопары из MgO популярным выбором для множества приложений измерения температуры.

Датчики

MgO конструируются путем помещения элемента или элементов в оболочку из подходящего материала и размера, изоляции элементов от самих себя и оболочки с помощью неплотно заполненного или измельчаемого порошка оксида магния или изоляторов с последующим обжатием или вытягиванием заполненной оболочки вниз. до окончательного уменьшенного размера.

В процессе обжатия получается элемент с сильно уплотненной изоляцией из MgO и обеспечивает изоляцию с высокой диэлектрической прочностью между самими элементами и их оболочкой.

минеральная изоляция Термопара состоит из провода термопары, встроенного в плотно упакованном тугоплавких оксидном порошке Изолируйте все заключенные в бесшовном, обращаются металлическая оболочка (как правило, из нержавеющей стали).

На одном конце сердечники и оболочка приварены из «горячего» спая. На другом конце термопара подключается к «переходу» удлинительных проводов, соединительной головке или разъему.

Non M.I. Термопары

In Non-M.I. Термопары, провода термопар либо изолируются керамическими шариками, либо после изоляции керамикой покрываются металлической оболочкой (обычно из нержавеющей стали) и предусматривается какая-либо форма заделки (например, удлинитель, соединительная головка или соединитель).

В этом типе конструкции провода термопары защищены от среды измерения, если предусмотрена защита оболочки.

Материал оболочки зависит от среды измерения, обычно используется нержавеющая сталь.В зависимости от агрессивной среды выбор оболочки изменяется.

Эта конструкция не обеспечивает гибкости и не встречается в небольших размерах. Не слишком хорошая механическая прочность.

В Non M.I. строительная оболочка может быть керамической или металлической в ​​зависимости от пригодности.

Открытый, Заземленный и Незаземленный все типы переходов образуются как в M.I, так и в Non M.I. строительство.

Характеристики термопары

Допуски по показаниям температуры

Допуск — это максимально допустимое значение, полученное путем вычитания показания температуры или температуры горячего спая из стандартной температуры, преобразованной из соответствующей таблицы температурных ЭДС.

Максимальная рабочая температура

Предел рабочей температуры означает верхнюю температуру, при которой термопара может постоянно использоваться на воздухе.

Максимальный предел означает верхнюю температуру, при которой термопара может использоваться временно в течение короткого периода времени из-за неизбежных обстоятельств.

Основными факторами, влияющими на срок службы термопары, являются:

• Температура: Срок службы термопары уменьшается примерно на 50% при повышении на 50 ° C.
• Диаметр: При увеличении диаметра проволоки вдвое срок службы увеличивается в 2-3 раза.
• Термический цикл: Когда термопары подвергаются термоциклированию от комнатной температуры до температуры выше 500 ° C, их срок службы сокращается примерно на 50% по сравнению с термопарой, постоянно используемой при той же температуре.
• Защита: Когда термопары закрываются защитной оболочкой и помещаются в керамические изоляторы, их срок службы значительно увеличивается.

Время отклика термопары

Время отклика термопары обычно определяется как время, за которое тепловое напряжение (выход) достигает 63% от максимума для температуры ступенчатого изменения.

Это зависит от нескольких параметров, включая размер термопары, конструкцию, конфигурацию наконечника и характер среды, в которой расположен датчик.

Погружная длина

Термопары в сборе представляют собой «концевые» чувствительные устройства, которые могут использоваться как для поверхностных, так и для погружных применений в зависимости от их конструкции.

Однако погружной тип следует использовать осторожно, чтобы избежать ошибки из-за проводимости стебля от процесса, которая может привести к высокому или низкому показанию соответственно.

Общее правило заключается в погружении в среду минимум на 4-кратный наружный диаметр оболочки; количественные данные отсутствуют, но необходимо проявлять осторожность, чтобы получить значимые результаты.

Измерение температуры поверхности

Хотя термопары в сборе в основном являются датчиками наконечника, использование защитных трубок делает измерение поверхности непрактичным.

Физически зонд не поддается отображению на поверхности, и проводимость пара может вызвать ошибки считывания.

Если термопара должна надежно использоваться для измерения поверхности, она должна быть либо открытой, сварной с очень малой тепловой массой, либо помещаться в конструкцию, которая допускает истинный контакт поверхности при прикреплении к поверхности.

Профили наконечника защитной гильзы

Ниже представлены различные профили наконечника защитной гильзы:

Конический

Внешний диаметр постепенно уменьшается по мере погружения.Используется для высокоскоростных приложений.

Плоский наконечник

Один конец имеет плоскую поверхность. Используется при низком давлении или там, где характеристики потока вокруг защитной гильзы не важны.

Куполообразный наконечник

• Такая защитная гильза имеет полусферический наконечник на одном конце защитной гильзы.
• Используется в системах с более высоким давлением или там, где важны характеристики потока вокруг защитной гильзы.
• Это обеспечивает высокую степень механической прочности без потери чувствительности или точности индикатора.

Сферический наконечник

• Для изготовления сферического наконечника используется специальное сверло с углом наклона 118ºC для изготовления защитной гильзы.
• Для достижения возможной равномерной толщины стенки наконечник имеет шарообразную или сферическую форму.
• Используется в системах с более высоким давлением или там, где важны характеристики потока вокруг защитной гильзы.
• Это обеспечивает высокую степень механической прочности без потери чувствительности или точности индикатора.

Основная конструкция защитных гильз

• Q Размер: Самая толстая часть хвостовика колодца на горячей стороне технологического соединения или фланца.Это зависит от диаметра отверстия и размера присоединения к процессу.
• Размер отверстия Внутренний диаметр защитной гильзы. Другими словами, диаметр внутренней цилиндрической полости защитной гильзы или защитной трубки. Стандартные размеры отверстий составляют 6,5 мм, 8,5 мм.
• Погружная («U») Длина: Длина защитной гильзы или защитной гильзы под монтажной резьбой, фланцем, втулкой и т. Д., Выходящей в технологическую зону. Длина «U» измеряется от нижней части технологического соединения до конца защитной гильзы.
• Удлинитель с утеплителем («T») Длина: Длина защитной гильзы в дополнение к стандартной длине головки, необходимая для обеспечения доступа к головке защитной гильзы, что позволяет зонду проходить через изоляцию или стены.
• Внутренняя монтажная резьба: Резьба внутри защитной гильзы для крепления датчика температуры на штуцере и удлинении ниппеля для узла защитной гильзы.

Испытания защитных гильз

• Испытание материалов
• Испытание размеров
• Испытание гидростатического давления
• Проверка проницаемости красителя
• Радиография

Как выбрать термопару?

Поскольку термопара измеряет в широком диапазоне температур и может быть относительно прочной, термопары очень часто используются в промышленности.

При выборе термопары используются следующие критерии:

• Температурный диапазон
• Химическая стойкость термопары или материала оболочки
• Устойчивость к истиранию и вибрации
• Требования к установке (может потребоваться совместимость с существующим оборудованием; существующее отверстия могут определять диаметр зонда)

Каково время отклика термопары?

Постоянная времени определяется как время, необходимое датчику для достижения 63.2% ступенчатого изменения температуры при заданном наборе условий.

Чтобы датчик приблизился к 100% значения ступенчатого изменения, требуется пять постоянных времени. Термопара с открытым спаем обеспечивает самый быстрый отклик.

Кроме того, чем меньше диаметр оболочки зонда, тем быстрее отклик, но максимальная температура может быть ниже.

Однако имейте в виду, что иногда оболочка зонда не может выдерживать полный температурный диапазон типа термопары.

Загрузить: Калькулятор термопар

Как узнать, какой тип перехода выбрать?

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

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

Вы должны учитывать характеристики и стоимость различных датчиков, а также доступное оборудование.

Кроме того, термопары, как правило, могут измерять температуру в широком диапазоне температур, недорого и очень надежны, но они не так точны и стабильны, как термометры сопротивления и термисторы. РДТ

стабильны и имеют довольно широкий диапазон температур, но они не такие надежные и недорогие, как термопары.

Поскольку для измерений требуется электрический ток, RTD могут иметь неточности из-за самонагрева.

Термисторы обычно более точны, чем RTD или термопары, но они имеют гораздо более ограниченный диапазон температур.Также они подвержены самонагреву.

Инфракрасные датчики

могут использоваться для измерения температур выше, чем у любого другого устройства, и делать это без прямого контакта с измеряемыми поверхностями.

Однако они, как правило, не так точны и чувствительны к эффективности излучения поверхности (или, точнее, коэффициенту излучения поверхности).

Используя оптоволоконные кабели, они могут измерять поверхности, находящиеся вне прямой видимости.

Какие бывают типы термопар?

Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок.Наиболее распространенными являются термопары из «неблагородного металла», известные как типы J, K, T, E и N.

Существуют также высокотемпературные калибровки, известные как термопары из благородных металлов, типов R, S, C и GB.

Термопары типа

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

Эта высокотемпературная проволока / термопара производится с использованием широкого диапазона материалов и доступна с изоляцией из ПВХ, FEP, TFE, PFA, стекловолокна и Ceramaflex.

Однако, если вы видите ссылку на «тип» в спецификации, это означает, что описание относится к типу металлического сплава, используемого для проводника провода:

• Тип E = хромель / константан
• Тип J = железо / Constantan
• Тип K = Chromel / Alumel
• Тип N = Nicrosil / Nisil
• Тип T = Медь / Constantan

Когда «X» следует за буквой, указывающей, какой сплав был использован в кабеле, кабель относится к категории удлинения. .

В этих случаях типы кабелей перечислены как Тип EX, Тип JX, Тип KX, Тип NX или Тип TX.

В чем разница между проводом для термопар и проводом для удлинения?

Этот провод, который используется для создания точки измерения прибора, где провод удлиненного класса используется только для передачи сигнала термопары от датчика обратно к прибору, считывающему сигнал.

Выбор материала термопары?

Различные материалы оболочки зависят от области применения.

Следующий список поможет вам сделать лучший выбор:

• 304 SS
  Максимальная температура 1650 ° F (900 ° C) и является наиболее широко используемым низкотемпературным материалом оболочки. Он обеспечивает хорошую коррозионную стойкость, но подвержен осаждению карбидов в диапазоне от 900 ° F до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C).
• 310 SS
  Максимальная температура 2100 ° F (1150 ° C) и обеспечивает хорошую механическую и коррозионную стойкость, аналогичную нержавеющей стали 304.Очень хорошая термостойкость. Не такой пластичный, как нержавеющая сталь 304.
• 316 S
  Максимальная температура 1650 ° F (900 ° C) и имеет лучшую коррозионную стойкость среди аустенитных нержавеющих сталей. Возможны осаждения карбидов при температуре от 900 ° F до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C)
• Inconel®
  Максимальная температура 2150 ° F (1175 ° C) и является наиболее широко используемым материалом оболочки термопар. Хорошая термостойкость, коррозионная стойкость и устойчивость к хлоридно-ионной коррозии под напряжением, растрескиванию и окислению.Не использовать в серосодержащих средах.
• Hastelloy X
  Максимальная температура 2200 ° F (1205 ° C), широко используется в аэрокосмической отрасли. Устойчив к окислительным, восстановительным и нейтральным атмосферным условиям. Отличная термостойкость.

.

Зачем нужны термопары? | Thermoworks

Все еще решаете, подходит ли термопара для вас или вашей организации? Ниже мы описали, что такое термопара и какие технические преимущества вы можете ожидать от определенных типов датчиков. В частности, мы сравнили датчики термопары и датчики термистора, чтобы вы могли лучше понять, почему вы можете использовать термопары.

Что такое термопара?

Есть несколько типов электронных датчиков температуры.Каждый из них имеет свои технические преимущества и недостатки в зависимости от предполагаемого назначения или области применения датчика. Обычным выбором для коммерческих и профессиональных приборов является термопара . Термопара сделана из двух проволок из разных сплавов. Они свариваются вместе, образуя «термопару». Этот набор проводов создает напряжение, которое изменяется в зависимости от температуры. Это напряжение можно измерить, обработать и отобразить как температуру. Различные сплавы работают по-разному.На протяжении десятилетий промышленность остановилась на нескольких конкретных «типах» термопар, в каждом из которых используется определенная комбинация определенных сплавов. Наиболее распространенной является термопара «типа K» (см. Термопары типа K от Thermoworks), которая изготовлена ​​из двух металлов: хромеля и алюминия. Это наиболее часто используемый тип в общепромышленном применении, науке, пищевой промышленности и общественном питании.

На практике и с правильным датчиком и электроникой термопара дает несколько преимуществ по сравнению с другими распространенными датчиками, такими как термистор .Термисторы можно найти во многих недорогих цифровых термометрах. Их можно производить дешево, а электронику, необходимую для преобразования их сигналов в температуру, можно сделать очень недорого. Однако у недорогих термисторов есть некоторые ограничения, которые может преодолеть термопара.

Диапазон температур
В зависимости от конструкции и материалов датчика температуры, в котором используется термопара типа K, диапазон температур может быть очень широким. Некоторые датчики могут измерять температуру до 2200 ° F (см. Высокотемпературные термопары типа K).Даже с изоляцией проводов, предназначенной для более низких температур, например, из PTFE, диапазоны зондов часто могут охватывать от -58 ° F до 572 ° F. Многие датчики и термометры термисторного типа имеют более узкий диапазон. Хотя сейчас доступны некоторые термисторы с верхним пределом 572 ° F, их точность значительно снижается примерно на 300 ° F. Кроме того, термистор быстрее и необратимо повреждается при температурах выше указанного предела.

Скорость
Быстрый отклик важен во многих приложениях.На скорость датчика температуры напрямую влияет его масса или размер. Чем больше размер датчика или узла зонда, тем медленнее будет считывание. Термистор сделан из бусинки углерода, к которому прикреплены два провода. Затем его покрывают эпоксидной смолой или стеклом. Хотя большинство термисторов несколько большие (подходят для трубки зонда 1/8 дюйма или больше), современные технологии привели к появлению термисторов, которые могут быть довольно маленькими. Однако термопару все же можно сделать меньше даже самых крошечных термисторов. В конце концов, термопара состоит из двух проводов, тогда как термистор добавляет немного углерода и покрытие.При использовании тонкой проволоки для термопары чувствительный валик или сварной шов можно также помещать в трубки очень узкого диаметра, такие как иглы для подкожных инъекций. Даже в трубке немного большего размера, скажем, диаметром 1/16 дюйма (в которую может поместиться усовершенствованный термистор) можно разместить шарик термопары дальше в заостренном конце зонда, чем термистор. Это способствует способности термопары уравновешиваться до целевой температуры несколько быстрее, чем термистор.

Конструкция зонда
Поскольку термопара изготовлена ​​из соединения двух разных металлов, возможности для различных механических конструкций больше, чем для других сенсоров.Для крошечных датчиков в сборе можно использовать проволоку очень тонкого сечения. Плоский провод часто используется для поверхностных термопар. Проволока большого сечения может использоваться для очень высокотемпературных датчиков или для чрезвычайно прочных сборок. Бусины термопар также подходят для датчиков воздуха или газа с быстрым откликом. Другие типы датчиков обычно имеют более ограниченные конструктивные ограничения.

Точность
В промышленности и науке термопары не всегда ассоциировались с высокой точностью. Многие производители термопар используют провода и методы, которые обеспечивают только уровни точности, аналогичные тем, которые имеют недорогие термисторные изделия.Тем не менее, ThermoWorks использует специальный провод для термопар, который обеспечивает точность сменных датчиков лучше, чем ± 0,9 ° F в диапазоне от 32 ° F до 212 ° F. Это лучше, чем у большинства термисторов того же диапазона. Точность термопары можно еще больше повысить, если узел зонда термопары постоянно прикреплен к электронной схеме, а затем откалиброван вместе с электроникой в ​​«калибровке системы». Этот процесс устраняет ошибку взаимозаменяемости отдельных термопар и способствует общей точности измерений всего в несколько десятых градуса.Усовершенствованная конструкция схем позволяет ThermoWorks обеспечивать точность некоторых термопар с точностью выше ± 0,5 ° F.

Стоимость
При сравнении типичных цен на промышленные датчики температуры термопары обычно считаются менее дорогими, чем некоторые типы научных или коммерческих датчиков и датчиков. По сравнению с датчиками массового производства недорогих потребительских товаров, термопара может быть несколько дороже, чем некоторые термисторы. Обычно это связано с более высокими затратами, связанными с более прочными материалами зондов промышленного класса.Не все термопары одинаковы. Некоторые производители датчиков заменяют низкокачественные провода термопар в своих сборках, чтобы указать более низкие цены. Результат — более низкая точность и более быстрый износ провода даже при нормальном использовании.

Прочие соображения
Термопары иногда избегают, когда общая стоимость термометра очень ограничена. Электроника, необходимая для считывания показаний термопары, сложнее и дороже, чем требуется для термистора. Некоторые производители сокращают здесь углы и поставляют электронику, которая не решает проблем с точностью, присущих термопарам.Многие термопары, производимые на Дальнем Востоке, дают измерения с точностью до нескольких градусов вместо нескольких десятых. Требования к спецификации следует внимательно прочитать.

Типы термопар типа K

Все датчики температуры ThermoWorks

.

Что такое термопара? Измерительные приборы

RTD — это полностью пассивные чувствительные элементы, требующие подачи внешнего электрического тока для работы в качестве датчиков температуры. Однако термопары генерируют собственный электрический потенциал. В некотором смысле это упрощает системы термопар, поскольку устройство, принимающее сигнал термопары, не должно подавать электроэнергию на термопару.

Это также делает системы термопар потенциально более безопасными, чем RTD, в приложениях, где в атмосфере могут присутствовать взрывоопасные соединения, поскольку уровни мощности, генерируемые термопарой, как правило, меньше, чем уровни мощности, рассеиваемые RTD.Самостоятельный характер термопар также означает, что они не страдают от того же эффекта «самонагрева», как RTD.

В остальном, однако, схемы термопар более сложны и проблематичны, чем схемы RTD, потому что генерация напряжения фактически происходит в двух разных местах внутри схемы, а не просто в точке измерения. Это означает, что приемная цепь должна «компенсировать» температуру в другом месте, чтобы точно измерить температуру в нужном месте.

Хотя обычно термопары не так точны, как термометры сопротивления, они более прочные, имеют больший диапазон измерения температуры и их легче производить в различных физических формах.

Разъемы из разнородных металлов

Когда два разнородных металлических провода соединяются вместе на одном конце, на другом конце создается напряжение, примерно пропорциональное температуре. То есть соединение двух разных металлов ведет себя как термочувствительная батарея.Этот вид электрического датчика температуры называется термопарой:

Это явление дает нам простой способ электрического определения температуры: просто измерьте напряжение, создаваемое переходом, и вы сможете определить температуру этого перехода. И это было бы так просто, если бы не неизбежное следствие электрических цепей: когда мы подключаем какой-либо электрический инструмент к проводам термопары, мы неизбежно получаем еще одно соединение разнородных металлов.

На следующей схеме показан этот факт, где соединение J1 железо-медь обязательно дополняется вторым переходом железо-медь J2 противоположной полярности:

Соединение J1 представляет собой соединение железа и меди — двух разнородных металлов. — который будет генерировать напряжение, зависящее от температуры. Обратите внимание, что соединение J2, необходимое для того простого факта, что мы должны каким-то образом подключить наш вольтметр с медной проводкой к железному проводу, также является переходом из разнородных металлов, который также будет генерировать напряжение, зависящее от температуры.

Далее обратите внимание, что полярность перехода J2 противоположна полярности перехода J1 (железо = положительное; медь = отрицательное). Третий переход (J3) также существует между проводами, но это не имеет значения, потому что это соединение двух идентичных металлов, которое вообще не генерирует зависящее от температуры напряжение.

Наличие этого второго соединения, генерирующего напряжение (J2), помогает объяснить, почему вольтметр регистрирует 0 вольт, когда вся система находится при комнатной температуре: любое напряжение, генерируемое переходами железо-медь, будет равным по величине и противоположным по полярности, в результате получается чистое (последовательное) напряжение, равное нулю.Только когда два перехода J1 и J2 имеют разные температуры, вольтметр вообще зарегистрирует какое-либо напряжение.

Мы можем выразить это соотношение математически следующим образом:

V _meter = V _J1 — V _J2

Если измеряемое (J1) и эталонное (J2) напряжения перехода противоположны друг другу, то только вольтметр «Видит» разницу между этими двумя напряжениями.

Таким образом, системы термопар — это принципиально дифференциальные датчики температуры.То есть они обеспечивают электрическую мощность, пропорциональную разнице температур между двумя разными точками. По этой причине проводной спай, который мы используем для измерения интересующей температуры, называется измерительным спаем, в то время как другой спай (который мы не можем исключить из схемы) называется опорным спаем (или холодным спаем, потому что он обычно находится на температура ниже, чем температура на стыке измерения).

Большая часть сложности термопар связана с напряжением эталонного спая и с тем, как мы должны справляться с этим (нежелательным) потенциалом при использовании термопары в качестве измерительного устройства.Для большинства практических приложений мы просто хотим измерить температуру в одном месте, а не разницу температур между двумя точками, что естественно делает термопара. Существует ряд различных методов для решения этой проблемы — принуждение дифференциального датчика температуры к работе как одноточечный датчик температуры — и в этом разделе мы рассмотрим наиболее распространенные методы.

Студенты и работающие профессионалы часто находят концепцию эталонного соединения и ее эффекты бесконечно запутанной.Мой совет сбитым с толку — вернуться к простой схеме железо-медный провод, показанной ранее в качестве «отправной точки», а затем вывести ее поведение из первых принципов. Мы знаем, что соединение разнородных металлов создает напряжение с температурой.

Мы также знаем, что для того, чтобы создать полную цепь из железа и медной проволоки, где-то еще в той же цепи должен быть второй переход железо-медь, полярность которого обязательно противоположна первой. Если мы назовем первое соединение железо-медь J1 и второе соединение J2, мы обязательно должны сделать вывод, что сетевое напряжение, зарегистрированное вольтметром в этой цепи, будет составлять V _J1 — V _J2 .

Все цепи термопар — независимо от того, насколько они просты или сложны — обладают этим фундаментальным свойством. Мысленное построение простой схемы из двух проводов из разнородных металлов, а затем выполнение «мысленных экспериментов», чтобы увидеть, как эта схема будет вести себя с этими переходами при одинаковой температуре, а также при разных температурах, — лучший способ, который я могу предложить любому человеку для понимания термопар. . Студенты особенно склонны справляться со сложностями посредством запоминания: запоминать ключевые фразы и формулы, такие как V _meter = V _J1 — V _J2 .Это плохой механизм преодоления, поскольку он не создает иллюзию понимания без всякой субстанции.

Настоящий секрет заключается в том, чтобы знать, почему схема термопары работает именно так, и это можно получить только через практические рассуждения. В оставшейся части этого раздела, по мере того, как мы исследуем компенсацию холодного спая, как интерпретировать измерения напряжения в цепях термопар и как моделировать термопары при температуре, продолжайте возвращаться к этой простой схеме из железо-медного провода, чтобы освежить свое понимание того, как и почему термопары схемы ведут себя.Если вы поймете эту фундаментальную концепцию, все остальное будет иметь для вас смысл. Если вас постоянно сбивают с толку схемы термопар, это означает, что вы еще не полностью понимаете эту основную схему, и вам нужно вернуться к ней и подумать, пока не поймете.

Типы термопар

Существует множество различных типов термопар, каждая из которых имеет свой цветовой код для проводов из разнородных металлов. Вот таблица, в которой показаны наиболее распространенные типы термопар и их стандартизованные цвета, а также некоторые отличительные характеристики типов металлов, помогающие определить полярность, когда цвета проводов не видны четко:

Типы S и B используют платину или проволока из сплава платина-родий с различным легированием, отличающим положительную проволоку от отрицательной.Иногда тип B окрашен в зеленый и красный цвет, а не в серый и красный.

Обратите внимание, что отрицательный (-) провод каждого типа термопары имеет красный цвет. Хотя это может показаться отсталым для тех, кто знаком с современной электроникой (где красный и черный обычно обозначают положительный и отрицательный полюсы источника постоянного тока, соответственно), имейте в виду, что цветовые коды термопар на самом деле предшествуют окраске проводов электронного источника питания!

Помимо различных диапазонов рабочих температур, эти типы термопар также различаются атмосферой, которую они могут выдерживать при повышенных температурах.Например, термопары типа J в силу того, что один из типов проволоки является железной, быстро подвержены коррозии в любой окислительной атмосфере. Термопары типа K подвержены воздействию восстановительной атмосферы, а также серы и цианида. Термопары типа T ограничены по верхней температуре из-за окисления меди (очень реактивного металла в горячем состоянии), но достаточно хорошо выдерживают как окислительную, так и восстановительную атмосферу при более низких температурах, даже во влажном состоянии.

Последнее замечание относительно типов термопар, показанных в этой таблице, заключается в том, что указанные диапазоны температур являются приблизительными и варьируются в зависимости от предполагаемой точности измерения.Если требуется определенный минимальный уровень точности термопары, возможно, придется оставаться в более ограниченном диапазоне температур, чем указано в этой таблице. Для получения подробной информации обратитесь к данным производителя!

Кредиты: Тони Р. Купхальдт — Лицензия Creative Commons Attribution 4.0

.