Что представляет собой термопара. Термопары: принцип работы, устройство и применение

Что такое термопара и как она работает. Из чего состоит термопара. Какие бывают типы термопар. Преимущества и недостатки термопар. Где применяются термопары. Как выбрать подходящую термопару.

Что такое термопара и на чем основан принцип ее работы

Термопара — это датчик для измерения температуры, состоящий из двух разнородных проводников, соединенных между собой. Принцип работы термопары основан на термоэлектрическом эффекте, открытом Томасом Зеебеком в 1821 году.

Суть эффекта Зеебека заключается в том, что если соединить два разных металла или полупроводника и нагреть место их соединения, то возникнет небольшая разность потенциалов (термо-ЭДС). Величина этой термо-ЭДС зависит от разности температур между горячим и холодным спаем, а также от материалов проводников.

Как работает термопара?

Работа термопары происходит следующим образом:

1. Два разнородных проводника соединяются с одного конца, образуя горячий спай.
2. Горячий спай помещается в среду, температуру которой нужно измерить.
3. Свободные концы проводников (холодный спай) подключаются к измерительному прибору.
4. При нагреве горячего спая возникает термо-ЭДС между горячим и холодным спаем.
5. Величина термо-ЭДС измеряется прибором и преобразуется в значение температуры.

Таким образом, термопара позволяет измерить разность температур между горячим и холодным спаем. Зная температуру холодного спая, можно определить абсолютную температуру в месте измерения.

Из чего состоит термопара: конструкция и устройство

Основные элементы конструкции термопары:

• Термоэлектроды — два проводника из разных материалов
• Горячий спай — место соединения термоэлектродов
• Холодный спай — свободные концы термоэлектродов
• Защитный чехол — металлическая или керамическая трубка для защиты термоэлектродов
• Изоляторы — для электрической изоляции термоэлектродов
• Головка — для подключения к измерительным приборам

Горячий спай обычно формируется сваркой или пайкой концов термоэлектродов. Он может быть изолированным (не касается защитного чехла) или неизолированным (приварен к чехлу).

Защитный чехол изготавливается из металла или керамики в зависимости от условий применения. Он защищает термоэлектроды от механических повреждений и воздействия агрессивных сред.

Основные типы термопар и их характеристики

Существует несколько стандартных типов термопар, различающихся материалами термоэлектродов и диапазоном измеряемых температур:

• Тип K (хромель-алюмель): -200…+1300°C
• Тип J (железо-константан): -40…+750°C
• Тип T (медь-константан): -200…+350°C
• Тип E (хромель-константан): -200…+900°C
• Тип N (нихросил-нисил): -260…+1300°C
• Тип S (платина-платинородий 10%): 0…+1600°C
• Тип R (платина-платинородий 13%): 0…+1600°C
• Тип B (платинородий 30%-платинородий 6%): +600…+1700°C

Наиболее распространены термопары типа K, обладающие широким диапазоном измерений и хорошей линейностью характеристики. Для высоких температур применяются платиновые термопары типов S, R и B.

Преимущества и недостатки термопар

Термопары обладают рядом достоинств и недостатков по сравнению с другими датчиками температуры.

Преимущества термопар:

• Широкий диапазон измеряемых температур (от -270°C до +2500°C)
• Простота конструкции и низкая стоимость
• Высокая надежность и долговечность
• Малые размеры и масса чувствительного элемента
• Быстродействие и малая инерционность
• Возможность измерения температуры в труднодоступных местах

Недостатки термопар:

• Нелинейность характеристики преобразования
• Низкий уровень выходного сигнала (единицы милливольт)
• Необходимость компенсации температуры холодного спая
• Подверженность электромагнитным помехам
• Ограниченная точность измерений (±0.5…2°C)
• Изменение характеристик со временем (дрейф)

Области применения термопар

Благодаря своим преимуществам термопары нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и науки:

• Металлургия — контроль температуры плавки металлов
• Энергетика — измерение температуры в котлах и турбинах
• Химическая промышленность — контроль технологических процессов
• Пищевая промышленность — измерение температуры в печах
• Автомобилестроение — датчики температуры двигателя
• Авиация и космонавтика — контроль температуры двигателей
• Бытовая техника — термостаты в утюгах, чайниках и т.д.
• Научные исследования — измерение криогенных температур

Как правильно выбрать термопару

При выборе термопары для конкретного применения следует учитывать несколько факторов:

1. Диапазон измеряемых температур — должен соответствовать типу термопары
2. Условия эксплуатации — агрессивность среды, наличие вибраций и т.д.
3. Требуемая точность измерений
4. Быстродействие (время отклика)
5. Конструктивное исполнение — размеры, способ монтажа
6. Совместимость с измерительным оборудованием
7. Стоимость и доступность

Правильный выбор типа термопары и ее конструкции позволит обеспечить надежное и точное измерение температуры в конкретных условиях применения.

Рекомендации по эксплуатации термопар

Для обеспечения долговременной и корректной работы термопар следует соблюдать некоторые правила:

• Не превышать максимально допустимую температуру для данного типа термопары
• Обеспечить надежную электрическую изоляцию термоэлектродов
• Защищать термопару от механических повреждений и вибраций
• Периодически проводить калибровку для компенсации дрейфа характеристик
• Использовать компенсационные провода, соответствующие типу термопары
• Минимизировать влияние электромагнитных помех правильным монтажом
• Соблюдать полярность подключения термоэлектродов

При соблюдении этих рекомендаций термопары способны обеспечить надежное измерение температуры в течение длительного времени.

Перспективы развития термопар

Несмотря на то, что термопары используются уже почти 200 лет, они продолжают совершенствоваться. Основные направления развития:

• Создание новых термоэлектродных материалов для расширения диапазона измерений
• Повышение стабильности характеристик и уменьшение дрейфа
• Разработка интеллектуальных термопар со встроенными преобразователями сигнала
• Миниатюризация конструкции для измерений в труднодоступных местах
• Улучшение защиты от агрессивных сред и высоких температур
• Создание беспроводных термопар для удаленного мониторинга

Термопары остаются одним из самых распространенных и универсальных средств измерения температуры благодаря простоте, надежности и широкому диапазону применения. Дальнейшее совершенствование этих датчиков позволит расширить области их использования.

устройство и классификация, монтаж и принцип работы

Содержание:

Термопара – это приспособление или устройство измерения температуры в промышленности, лабораторных условиях и других. Они также используются в медицинской промышленности, научных экспериментах, а также в некоторых бытовых приборах. Таким образом, можно сказать что сфера использования термопары очень обширна. Термопара может измерять температуру в самых различных сферах – воздух, жидкости, смазочные материалы и другие.

Подробнее об устройстве термопары, из чего она состоит и как работает будет рассказано в данной статье. В качестве дополнительной информации, статья содержит в себе несколько видеороликов и схем устройства.

Что такое термопара.

Что такое термопара

Термопары существуют благодаря такому явлению, как контактная разность потенциалов. Если два разных твердых проводника или полупроводника привести в плотный контакт друг с другом, то в окрестности места их соприкосновения образуются разделенные электрические заряды. При этом на внешних концах данных проводников возникнет разность потенциалов. Эта разность потенциалов окажется равна разности работ выхода для каждого металла, поделенной на заряд электрона.

Зачем нужен вольтметр при подборе термопары?

Вольтметром измерить контактную разность потенциалов не удастся, однако на вольт-амперной характеристике она себя проявит, так например она проявляет себя в транзисторе и в диоде на p-n переходе.

Понятно, что если сомкнуть такую пару в кольцо, то результирующая ЭДС будет равна нулю, а если с одной стороны ее все же оставить разомкнутой, то будет иметь место реальная ЭДС, величиной от десятых долей вольта до единиц вольт, в зависимости от того, что это за материалы.

Дополнительный материал: Как смастерить лабораторный блок питания самостоятельно.

Суть в том, что при соприкосновении, к примеру, двух металлов, система выходит из равновесия потому что химические потенциалы этих двух металлов не равны друг другу, в результате происходит диффузия электронов в сторону уменьшения их энергии, что в свою очередь приводит к изменению заряда и электрического потенциала приведенных в контакт металлов. Так в приконтактной области начинается рост электрического поля, и как следствие мы имеем то, что имеем.

Если теперь снова рассмотреть два этих проводника из разных металлов, только замкнутых в кольцо, когда суммарная ЭДС по замкнутому контуру станет равна нулю, то здесь получится два контактных места. Назовем эти места спаями. Итак, есть два спая двух разных проводников. Что если попробовать подогреть один из спаев, а второй оставить при комнатной температуре? Очевидно, что поскольку соединенные металлы разные, и в каждом спае присутствует контактная разность потенциалов, то спаи будут испытывать разное отклонение ЭДС, находясь при разных температурах.

Принцип работы термопары.

Эксперимент доказывает, что разность потенциалов между спаями будет пропорциональна разности их температур, так что можно ввести коэффициент пропорциональности, который называют термо-ЭДС. Для различных термопар термо-ЭДС будет разной. Если в разрезе такого кольца измерить напряжение, то в определенном интервале температур оно окажется почти строго пропорционально разности температур спаев. И даже если оставить только один спай (как на рисунке), и лишь его подогревать, а напряжение измерять между двумя концами, находящимися при одной и той же комнатной температуре, то все равно можно обнаружить очень четкую зависимость ЭДС от текущей температуры спая.

Чем отличаются параллельное и последовательное соединение конденсаторов.

Читать далее

Металлоискатель пират своими руками подробная инструкция.

Читать далее

Что такое подстроечный резистор: описание устройства и область его применения.

Читать далее

Так и работают термопары. Описанное явление относится к термоэлектрическим, а сам эффект, на базе которого работают все термопары, называется эффектом Зеебека, в честь его первооткрывателя — Томаса Зеебека. Сегодня можно встретить промышленные термопары, у которых, в зависимости от требуемого измеряемого диапазона температур, электроды изготавливают из специально подобранных сплавов.

[stextbox id=’alert’]К примеру термопары из сплавов хромель и алюмель имеют коэффициент термо-ЭДС, равный 40 микровольт на °C, и предназначены для измерения температур в диапазоне от 0 до +1100°C. А пара медь-константан, столь популярная в качестве демонстрационного пособия, позволяет измерять температуры от -185 до +300°C.[/stextbox]

Принцип работы

Работа любой термопары основывается на термоэлектрическом эффекте, который был открыт Т.И. Зеебеком в далёком 1821 году. Данный эффект заключается в том, что если последовательно соединить друг с другом два разнородных металлических проводника, образуя таким образом замкнутую электрическую цепь, и в одном месте соединения проводников произвести нагрев, то в цепи возникает электродвижущая сила (ЭДС). Данную электродвижущую силу называют термо-ЭДС. Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток.

Как работает термопара.

Место нагрева обычно называют горячим спаем. Место, где нет нагрева – холодный спай. Если в разрыв цепи подключить гальванометр или микровольтметр, то можно измерить величину термо-ЭДС, которая будет составлять несколько мили- или микровольт. Значение термо-ЭДС будет зависеть от величины нагрева в месте соединения проводников и от величины температуры в месте соединения проводников, где нагрев не происходит. Т.е. значение термо-ЭДС зависит от разности температур между холодным и горячим спаем. Также термо-ЭДС зависит и от рода самих проводников.

Таким образом, если место соединения разнородных проводников термопары нагреть, то между несоединёнными (свободными) концами проводников возникнет разность потенциалов, которую можно измерить электроизмерительным прибором. Благодаря современным преобразователям возникающую разность потенциалов можно преобразовать в определённое цифровое значение, т.е. вполне реально узнать значение температуры нагрева в месте соединения проводников термопары. Для того чтобы измерения были точными, температура холодного спая должна быть неизменной. Т.к. это не всегда возможно, используются специальные компенсационные схемы для компенсации температуры холодного спая.

Устройство термопары.

Конструкция устройства

Современные термопары изготавливаются различной формы и длины. По конструктивному исполнению их можно разделить на две группы:

• бескорпусные термопары;
• термопары с защитным кожухом.

Первые представляют собой изделие, у которого место соединения двух проводников не закрыто и не защищено от внешних воздействий. Такое исполнение позволяет достичь быстрого времени измерения температуры и низкой инертности. Второй тип термопары выпускается в виде зонда. Зонд представляет собой металлическую трубку с внутренним изолятором, выдерживающим высокую температуру. Внутрь зонда помещается термоэлектрический элемент термопары. Благодаря такой конструкции термоэлемент защищён от влияния агрессивных сред различных технологических процессов.

Термопара типа J.

Холодный спай

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору. В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры. Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Термопара газовой плиты.

Рабочий спай термопары (горячий)

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

Из чего состоит термопара.

Плюсы и минусы устройства

Термопара – старейший и до сих пор наиболее распространенный в промышленности температурный датчик. Действие термопары основано на эффекте, который впервые был открыт и описан Томасом Зеебеком в 1821 г. – возникновении тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при наличии градиента температур между спаями.

Поскольку генерирование Термо-ЭДС происходит по длине термоэлектрода, то показания термопары зависят от состояния термоэлектродов в зоне максимального температурного градиента. Поэтому поверку термопар следует проводить при той же глубине погружения в среду, что и на рабочем объекте. Учёт термоэлектрической неоднородности особенно важен для рабочих термопар из неблагородных металлов.

Широкий диапазон рабочих температур, они являются самыми высокотемпературными из контактных датчиков.

Спай термопары может быть непосредственно заземлён или приведён в прямой контакт с измеряемым объектом.

Простота изготовления, надёжность и прочность конструкции.

Необходимость контроля температуры холодных спаев.

На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Зависимость Термо-ЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.

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 Термо-ЭДС. Возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химических процессов.

Материал электродов не является химически инертным и, при недостаточной герметичности корпуса термопары, может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т. д. Когда жесткие требования выдвигаются ко времени термической инерции термопары и необходимо заземлять рабочий спай, то следует обеспечить электрическую изоляцию преобразователя сигнала для устранения опасности возникновения утечек через землю.

В зависимости от материалов термоэлектродов различают термопары из благородных и неблагородных металлов. К первым относятся термопреобразователи платиновой группы (ТПП, ТПР). К неблагородным – ТВР, ТХА, ТХК, ТМК, ТНН, ТЖК и др. из серийно выпускаемых.

Особенности применения наиболее распространённых термопар

Технические характеристики зависят напрямую от материалов, из которых они произведены.

 Тип J (железо-константановая термопара)

• Не рекомендуется использовать ниже 0°С, т. к. конденсация влаги на железном выводе приводит к образованию ржавчины.
• Наиболее подходящий тип для разряженной атмосферы.
• Максимальная температура применения – 500°С, т.к. выше этой температуры происходит быстрое окисление выводов. Оба вывода быстро разрушаются в атмосфере серы.
• Показания повышаются после термического старения.
• Преимуществом является также невысокая стоимость.

 Тип Е (хромель-константановая термопара)

• Преимуществом является высокая чувствительность.
• Термоэлектрическая однородность материалов электродов.
• Подходит для использования при низких температурах.

 Тип Т (медь-константановая термопара)

• Может использоваться ниже 0°С.
• Может использоваться в атмосфере с небольшим избытком или недостатком кислорода.
• Не рекомендуется использование при температурах выше 400°С.
• Не чувствительна к повышенной влажности.
• Оба вывода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.

 Тип К (хромель-алюмелевая термопара)

• Широко используются в различных областях от -100°С до +1000°С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектрода).
• В диапазоне от 200 до 500°С возникает эффект гистерезиса, т.е показания при нагреве и охлаждении могут различаться. Иногда разница достигает 5°С.
• Используется в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода.
• После термического старения показания снижаются.
• Не рекомендуется использовать в разряженной атмосфере, т.к. хром может выделяться из Ni-Cr вывода (так называемая миграция), термопара при этом изменяет ТЭДС и показывает заниженную температуру.
• Атмосфера серы вредна для термопары, т.к. воздействует на оба электрода.

Термопара типа К.

 Тип N (нихросил-нисиловая термопара)

• Это относительно новый тип термопары, разработанный на основе термопары типа К. Термопара типа К может легко загрязняться примесями при высоких температурах. Сплавляя оба электрода с кремнием, можно тем самым загрязнить термопару заранее, и таким образом снизить риск дальнейшего загрязнения во время работы.
• Рекомендуемая рабочая температура до 1200°С (зависит от диаметра проволоки).
• Кратковременная работа возможна при 1250°С.
• Высокая стабильность при температурах от 200 до 500°С (значительно меньший гистерезис, чем для термопары типа К).
• Считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.

Общие советы по выбору термопар из неблагородных металлов

• Температура применения ниже нуля – тип Е, Т
• Комнатные температуры применения – тип К, Е, Т
• Температура применения до 300°С – тип К
• Температура применения от 300 до 600°С – тип N
• Температура применения выше 600°С – тип К или N

 Термопары из благородных металлов

• Рекомендуемая максимальная рабочая температура 1350°С.
• Кратковременное применение возможно при 1600°С.
• Загрязняется при температурах выше 900°С водородом, углеродом, металлическими примесями из меди и железа. При содержании железа в платиновом электроде на уровне 0,1%, ТЭДС изменяется более, чем на 1 мВ (100°С) при 1200°С и 1,5 мВ (160°С) при 1600°С. Такая же картина наблюдается при загрязнении медью. Таким образом, термопары нельзя армировать стальной трубкой, или следует изолировать электроды от трубки газонепроницаемой керамикой.
• Может применяться в окислительной атмосфере.
• При температуре выше 1000°С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.
• Не рекомендуется применять ниже 400°С, т.к ТЭДС в этой области мала и крайне нелинейна.

Термопары из благородных металлов

 Тип R (платнородий-платиновая)

Свойства те же, что и у термопар типа S.

 Тип В (платнородий-платинородиевая)

• Рекомендуемая максимальная температура рабочего диапазона 1500°С (зависит от диаметра проволоки).
• Кратковременное применение возможно до 1750°С.
• Может загрязняться при температурах выше 900°С водородом, кремнием, парами меди и железа, но эффект меньше, чем для термопар типа S и R.
• При температуре выше 1000°С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.
• Может использоваться в окислительной среде.
• Не рекомендуется применение при температуре ниже 600°С, где ТЭДС очень мала и нелинейна.

Сводная таблица типов термопар.

Рекомендации по эксплуатации

Точность и целостность системы измерений на основе термопарного датчика может быть увеличена, если соблюдать определенные условия. Не допускать вибраций и механических натяжений термопарных проводников. При применении миниатюрной термопары из тонкой проволоки. Необходимо применять ее только в контролируемом месте, а за этим местом следует применять удлинительные проводники. Рекомендуется применять проволоку большого диаметра, не изменяющую температуру измеряемого объекта. Использовать термодатчик только в интервале рабочих температур.

Таблица – Градуировка и проверка термопар.

Избегать резких перепадов температуры по длине термодатчика. При работе с длинными термодатчиками и удлинительными проводниками, необходимо соединить экран вольтметра с экраном провода. Для вспомогательного контроля и температурной диагностики используют специальные температурные датчики с 4-мя термоэлектродами, позволяющими выполнять вспомогательные температурные измерения, сопротивления, напряжения, помех для проверки надежности и целостности термопар.

Проводить электронную запись событий и постоянно контролировать величину сопротивления термоэлектродов. Применять удлиняющие проводники в рабочем интервале и при наименьших перепадах температур. Применять качественный защитный чехол для защиты термопарных проводников от вредных условий.

Устранения неисправностей

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары. Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре.

Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре. Если термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Разные типы термопар.

Что означает Температурный Класс?

Температура воспламенения это минимальная температура, при которой горючая смесь газов может воспламениться при контакте с пламенем, горячей поверхностью или при возникновении искры. Газы и пары делятся на классы, в которых температура поверхности всегда должна быть меньше, чем у смеси. (T1 > 450 °C, T2 > 300 °C, T3 > 200 °C, T4 > 135 °C, T5 > 100 °C, T6 > 85 °C).

Что такое межкристаллическая коррозия?

МК (Межкристаллическая коррозия) является формой коррозии, которая может возникнуть в большинстве сплавов при соответствующих условиях. Она также известна как «зерна распада» или «обеднение хромом». Коррозия происходит по границам зерен.

Что такое термо-ЭДС (или эффект Зеебека)?

Эффект имени Томаса Иоганна Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников, называется термоэлементом или термопарой.

Заключение

Лагутин Виталий Сергеевич

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Задать вопрос

Для проверки работоспособности подключают специальный измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) или измеряют напряжение на выходе милливольтметром. При наличии колебаний стрелки или цифрового индикатора термопара является исправной, в противном случае устройство подлежит замене.

Дополнительную информацию по данной теме можно узнать из файла «Термопары: устройство, характеристики, производство, применение.». А также в нашей группе ВК публикуются интересные материалы, с которыми вы можете познакомиться первыми. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение хочу выразить благодарность источникам, откуда почерпнут материал для подготовки статьи:

www.electrik.info

www.kipiavp.ru

www.aquagroup.ru

www.3450303.ru

www. electrosam.ru

www.odinelectric.ru

Предыдущая

ТеорияЧто такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

Следующая

ТеорияЧто такое электродвижущая сила (ЭДС) и как ее рассчитать

Конструкция термопар. Статьи. Поддержка. ТД Эталон

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

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

Один из вариантов конструктивного исполнения термопары:

1 – чувствительный элемент, состоящий из двух разнородных термоэлектродов, сваренных между собой на конце 2 (горячий спай). Термоэлектроды армируют изоляцией* 3 по всей длине и размещают в защитную арматуру 4. * В качестве изоляции применяются одно- или двухканальные трубки, или бусы из фарфора (при температуре до 1300°С) и окислы алюминия, магния или бериллия (свыше 1300°С.) В головке 5, снабженной крышкой 6, штуцером под кабель 7, находится розетка с клеммами 8 для присоединения к измерительному прибору посредством удлиняющего кабеля. 9 – неподвижный штуцер* *Возможны варианты исполнения с передвижным штуцером. L – длина монтажной (рабочей) части термоэлектрического преобразователя, которая погружается в среду измерения, различна для каждого конкретного типа термопары.

Термопары различаются:

• По способу контакта с измеряемой средой: погружаемые, поверхностные

ТХА-9608 погружаемые  термоэлектрические преобразователи	ТХА-9908 преобразователи термоэлектрические поверхностные

 

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

ТПП-0201 преобразователи термоэлектрические – пример кратковременного использования в зоне высоких температур

 

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

ТХК-9416 преобразователи термоэлектрические взрывозащищенные	ТПР-9202 преобразователи термоэлектрические с двойным чехлом	ТХА-1107 преобразователи термоэлектрические – могут поставляться с чехлами из вакуумплотной керамики

 

• По герметичности к измеряемой среде: негерметичные, герметичные

ТХА-0309 герметичные термоэлектрические преобразователи	ТХА-9518 преобразователи термоэлектрические многозонные

 

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

ТПП-0201 – показатель тепловой инерции 7 с	ТХА-9626 — показатель тепловой инерции 300 с	ТСП-9201 — показатель тепловой инерции, в зависимости от исполнения: 6,5 с; 20 с; 40 с

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

 

• По устойчивости к механическим воздействиям: обыкновенные, виброустойчивые

ТХА-9204 – устойчивость к вибрации группа N3*

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

 

• По числу зон: однозонные, многозонные

МЦДТ-0922 преобразователи термоэлектрические многозонные цифровые	ТХК-9517 преобразователи термоэлектрические многозонные

 

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

ТПР-5.182.003 преобразователи термоэлектрические бескорпусные	ТПР-2.821.006 преобразователи термоэлектрические

 

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

Что такое термопара и как она работает?

Автор: Джерри Келли Team

16 мая 2022 г. 2 мин

Без категории

Ранее на этой неделе мы разместили в блоге информацию о различиях между электронным зажиганием и обычными сигнальными лампами. Несмотря на то, что электронное зажигание становится все более и более распространенным, у многих домовладельцев в районе Сент-Луиса все еще есть печи, в которых используются обычные контрольные лампы. Если вы один из таких домовладельцев, вы должны знать об устройстве безопасности, которое напрямую связано с вашим пилотным светом: термопаре. Сегодня мы поговорим о том, что такое термопара, как она обеспечивает безопасность вашей печи и что может пойти не так с этим важным компонентом печи!

Что такое термопара?

Термопара — это защитное устройство, которое используется для определения того, горит ли контрольная лампа вашей печи. Он содержит металлический стержень, который помещается очень близко к пламени запальника. Этот стержень соединен с газовым клапаном вашей печи.

Когда зажигается запальник, тепло от пламени посылает напряжение через термопару, которая держит газовую линию открытой. Если контрольная лампа погаснет, термопара потеряет свое напряжение, и газовая линия к вашей печи будет закрыта.

Как термопара делает вашу печь более безопасной?

Ваш пилотный свет отвечает за зажигание горелок вашей печи. Без него газ просто накапливался бы в вашей печи, фактически не зажигая ее. Это было бы очень опасно по двум причинам. Во-первых, если запальник снова включится после того, как газ накопится в печи и вокруг нее, это может привести к взрыву. Во-вторых, избыточное накопление газа может привести к попаданию угарного газа в воздух вашего дома.

Поскольку термопара перекрывает подачу газа, когда не обнаруживает пламя, она предотвращает поступление газа в печь при выключенном запальнике. Это предотвратит накопление газа в вашей печи и сделает вашу систему намного безопаснее, поскольку предотвратит взрывы и утечки угарного газа (обсуждалось выше).

Что может пойти не так с термопарой вашей печи?

Есть несколько вещей, которые могут выйти из строя с термопарами, которые препятствуют их правильной работе. Одна из наиболее распространенных проблем заключается в том, что термопара может загрязниться. Это приведет к тому, что термопара будет давать неправильные показания, что может привести к преждевременному прекращению подачи газа в вашу печь или, в первую очередь, к тому, что газ не попадет в вашу печь. Кроме того, провода могут ослабнуть или может потребоваться повторная калибровка термопары. Многие из этих проблем можно предотвратить, заменив воздушный фильтр и планируя ежегодные настройки.

Важно отметить, что термопары не рассчитаны на срок службы печи, в которой они установлены, поэтому их необходимо периодически заменять. Вот почему так важно планировать настройку печи каждый год, чтобы мы могли заменить вашу термопару, как только она перестанет работать.

Если у вас есть какие-либо вопросы о печи с электронным розжигом или если вы хотите, чтобы система отопления обслуживалась или устанавливалась в вашем доме, свяжитесь с Jerry Kelly Heating & Air Conditioning, вашим подрядчиком по установке и ремонту печи в Сент-Луисе. Мы предоставляем услуги по всему району Сент-Луиса, включая такие города, как Дарденн-Прери, Де-Перес и Фронтенак, штат Миссури.

фото предоставлено memotec Messtechnik через photopin cc

Джерри Келли Команда

Мы просто заставляем

работать!

СВЯЖИТЕСЬ С НАШИМИ ЭКСПЕРТАМИ ПО HVAC СЕГОДНЯ

Вы новый клиент?*ДаНет

Запрос о…*Установка жилых помещенийРемонт жилых помещенийПрофилактическое обслуживаниеСоглашения об обслуживанииКачество воздуха в помещенииПродукция HVACДругие

Предпочтительный способ связи?*Электронная почтаТелефонТекст

Пожалуйста, оставьте это поле пустым.

ОТПРАВИТЬ

Что такое термопара? Как это работает? Какова его цель или использование?

Измерение температуры является важным процессом для многих действий, происходящих вокруг нас. Подумайте о кондиционере, который делает вашу комнату комфортной, об автомобилях, едущих по дороге, о летающих самолетах или даже об электростанции, вырабатывающей электроэнергию, которую вы сейчас используете. Эти действия могут сильно отличаться друг от друга, но у них есть по крайней мере одна общая черта: измерение температуры термопарой. Так что же такое термопара? Как это работает? Каково его использование? Давайте исследуем вопрос: что такое термопара?

 

 

Рис. 1: Реальная термопара!

 

Что такое термопара?

 

Термопара измеряет температуру, поэтому технически термопара представляет собой тип термометра. Конечно, не все термометры одинаковы. Два разных металла составляют термопару. Как правило, в виде двух проводов, скрученных, сваренных или обжатых вместе. Температура измеряется путем измерения напряжения. Нагрев металлической проволоки заставит электроны внутри проволоки возбудиться и захотеть двигаться. Мы можем измерить этот потенциал движения электронов с помощью мультиметра. С помощью этого измерения мы можем рассчитать температуру.

Короче говоря, термопара преобразует энергию температуры в электрический сигнал. На этот сигнал может воздействовать, возможно, непосредственно человек, контролирующий термопару. Но, скорее всего, с помощью автоматизированной системы, которая наблюдает, записывает или использует данные для выполнения действия. Давайте посмотрим на схему термопары, чтобы получить представление о том, как работает этот прибор.

 

Рис. 2. Базовая термопара

 

Как видно из Рис. 2, термопара — относительно простой прибор. Два провода из разнородных металлов соединяются там, где необходимо измерить температуру. Это соединение называется измерительным. Другие концы проводов также подключаются. Но на этот раз в районе, где известна температура. Эта область называется эталонным соединением. Давайте проведем небольшой эксперимент, нагрев один конец термопары и добавим способ измерения происходящего.

 

Рис. 3 : Нагрев термопары

 

Подводя тепло к измерительному спаю, мы можем заставить электроны в металлическом проводе возбуждаться и течь, создавая ток. Поскольку мы хотим измерить напряжение этого тока, мы подключили эталонный спай к мультиметру с помощью медного провода. Ток, измеряемый нашим мультиметром, дает нам показание в милливольтах (мВ). Давайте увеличим температуру на нашем измерительном переходе и посмотрим, что произойдет с показаниями нашего мультиметра.

 

Рисунок 4 : Подача большего количества тепла

 

По мере того, как измерительный спай нагревается больше, показания нашего мультиметра на эталонном спае соответственно увеличиваются. Важной частью значения на нашем мультиметре является то, что оно зависит от разницы температур между двумя переходами. Мы можем наметить эту связь между двумя переменными. Таким образом, если мы знаем температуру контролируемого эталонного спая и можем измерить изменение напряжения при нагреве измерительного спая. Затем мы можем определить температуру в точке измерения.

 

Рисунок 5 : Диаграмма зависимости температуры от напряжения

 

Хотя термопара напрямую не сообщает нам температуру измеряемого спая, она дает нам напряжение. Это напряжение представляет собой читаемый электрический сигнал, который зависит от разницы температур между измерительным и эталонным спаями. Вы можете изобразить эту корреляцию между напряжением и температурой в виде графика или таблицы. И мы можем ссылаться на сигнал напряжения, чтобы определить соответствующую температуру. Некоторые аспекты, такие как тип используемых проводов и температура холодного спая, должны оставаться постоянными. Но в конечном итоге у нас есть воспроизводимый процесс измерения температуры, воспроизводимый бесконечно.

 

Наука о термопаре

 

Давайте немного подробнее рассмотрим науку о термопаре. Мы начнем с двух разных металлических проводов, один из которых сделан из железа ( Fe ), а другой из константана (сплав меди и никеля, CuNi ). Объединение этих проводов вместе создает потенциал напряжения. Потенциал напряжения — это способность протекать току, которая будет варьироваться в зависимости от свойств металлов, из которых изготовлены соединенные провода.

Имейте в виду; ничего на самом деле не происходит просто от соединения двух проводов вместе, просто вероятность того, что что-то произойдет. В этом случае потенциал для протекания тока. Простой способ представить себе этот потенциал напряжения — представить неподвижный валун, просто стоящий на вершине холма. Если вы приложите к этому силу, то у вас будет много камней, летящих вниз по склону. Однако, пока вы не толкнете камень, есть только потенциал.

 

Рисунок 6 : два провода соединены, создавая потенциал напряжения

 

Поскольку наши провода подключены только в одной точке, ток не может течь. Однако, если мы соединим другой конец проводов вместе, мы создадим цепь или путь, по которому может следовать этот ток. Поскольку мы снова соединили два провода вместе, мы также создали еще один потенциал напряжения. Помните, что это всего лишь возможность протекания тока. Кроме того, поскольку два соединения представляют собой железную и никелевую проволоку, соединяющиеся друг с другом, эти два напряжения идентичны; между ними нет измеримой разницы.

 

Рисунок 7 : два провода, соединенные в цепь с двумя потенциалами напряжения

 

На предыдущей диаграмме у нас есть цепь, состоящая из двух разных металлических проводов с двумя напряжениями. Последним ингредиентом, необходимым для завершения этого пошагового руководства по термопаре, является температура, или, точнее, разница температур. Нагреем одно из проводных соединений. Разница температур на одном конце создает другое напряжение. Наконец-то у нас есть что-то, что мы можем измерить. Если мы будем продолжать нагревать один конец, создавая большую и более значительную разницу температур, мы сможем измерить все большую и большую разницу напряжений. Посмотрите ниже на цифра 8 , разве это не начинает напоминать нашу простую термопару?

 

Рис. 8 : цепь, нагрев одного конца ведет к разнице напряжений

 

Готовая термопара – это больше, чем просто пара проводов; это просто самая основная форма, которую они могут принять. Например, современные термопары обычно имеют какую-либо внешнюю оболочку и изоляцию для защиты от коррозии и износа.

Также они обычно не подключаются к мультиметрам, как в наших примерах выше. Это не значит, что рабочий не может считывать измерения напряжения и сравнивать их с таблицей температур. Однако обычно термопары подключаются к централизованной компьютерной системе. Своего рода автомат, который может получать показания термопар и действовать в соответствии с этими данными. Наконец, измеренное напряжение не коррелирует с показаниями температуры по прямой. Выходы термопары нелинейны, поэтому наш график в Рисунок 5 сильно упрощен.

В этом датчике температуры есть много мелких деталей, которые легко упустить из виду, но важно понять основы этого прибора. Для более подробного обсуждения перейдите по телефону « Вопросы и ответы: что такое термопара?» , где вы можете найти ответы, которые помогут вам заполнить некоторые пробелы.

 

Мы пробудили в вас интерес к термопарам? Если вы хотите увидеть разнообразие и реальную доступность различных термопар. Вперед более ЗДЕСЬ и посмотрите термопары, которые производит Enercorp.

 

Чем отличаются термопары?

 

Термопары бывают разных форм, размеров и материалов. Различные свойства различных металлов являются ключом к работе термопары. На самом деле мы измеряем, как два разных провода реагируют в одной и той же среде, и вычисляем эти мельчайшие различия в стандартной эталонной температуре. Типичными металлами, используемыми в термопарах, являются железо (Fe), медь (Cu), никель (Ni), константан (сплав Cu/Ni), нихром (сплав никеля и хрома (Cr)) и платина (Pt). Каждый металл имеет определенные преимущества и недостатки при измерении температуры термопарами.

Определенные комбинации металлов могут хорошо работать при более низких температурах, но не при высоких. Другие комбинации могут дать более точные показания в определенном диапазоне температур. Кроме того, другая комбинация может быть более устойчивой к агрессивной среде, в которой она используется, увеличивая срок службы термопары до ее замены.

Между термопарами так много различий. Почему бы не проверить наш блог « Различия термопар» , который посвящен изучению широкого спектра различных типов термопар и конкретных областей, в которых они превосходны.

 

Где использовать термопары?

 

Разнообразие различных типов термопар обеспечивает одинаково разнообразное применение. Конечно, термопара может делать только одну вещь, определять температуру, но она может охватывать такой широкий диапазон измерений и настолько универсальна, что может быть полезным инструментом во многих различных отраслях и средах.