Объясните устройство и принцип работы термопары. Термопара: принцип работы, устройство и применение в измерении температуры

Как работает термопара. Из каких элементов состоит термоэлектрический преобразователь. Для чего используются термопары в промышленности и быту. Какие бывают типы термопар и чем они отличаются. Как правильно выбрать и установить термопару.

Что такое термопара и на чем основан принцип ее работы

Термопара представляет собой датчик для измерения температуры, состоящий из двух разнородных металлических проводников, соединенных между собой в одной точке. Принцип работы термопары основан на термоэлектрическом эффекте, открытом немецким физиком Томасом Зеебеком в 1821 году.

Суть эффекта Зеебека заключается в следующем: если спай двух разнородных металлов нагреть, то на свободных концах проводников возникнет электрическое напряжение. Величина этого напряжения (термоЭДС) зависит от разности температур между горячим и холодным спаем, а также от материалов проводников.

Из каких элементов состоит термоэлектрический преобразователь

Основные элементы конструкции термопары:

• Термоэлектроды — два проводника из разных металлов или сплавов
• Горячий спай — место соединения термоэлектродов, помещаемое в зону измерения температуры
• Холодные концы — свободные концы термоэлектродов, подключаемые к измерительному прибору
• Защитный чехол — металлическая или керамическая трубка для защиты термоэлектродов
• Изоляторы — керамические втулки для изоляции термоэлектродов друг от друга и от защитного чехла

Для чего используются термопары в промышленности и быту

Термопары нашли широкое применение благодаря ряду преимуществ:

• Широкий диапазон измеряемых температур (от -200°C до +2500°C)
• Высокая точность измерений
• Быстрое время реакции на изменение температуры
• Простота конструкции и надежность
• Низкая стоимость

Основные области применения термопар:

• Металлургия — измерение температуры расплавов металлов
• Энергетика — контроль температуры в котлах, турбинах, реакторах
• Химическая промышленность — измерение в химических реакторах
• Пищевая промышленность — контроль температурных режимов
• Бытовая техника — системы защиты от перегрева в газовых колонках, котлах

Какие бывают типы термопар и чем они отличаются

Основные типы стандартных термопар:

• Тип K (хромель-алюмель) — наиболее распространенный, до 1300°C
• Тип J (железо-константан) — до 750°C
• Тип T (медь-константан) — для низких температур, до 350°C
• Тип E (хромель-константан) — высокая чувствительность, до 900°C
• Тип N (нихросил-нисил) — улучшенная стабильность, до 1300°C
• Типы R, S (платина-родий) — для высоких температур до 1600°C

Типы термопар отличаются материалами термоэлектродов, диапазоном измерения, чувствительностью и областью применения.

Как правильно выбрать термопару для конкретной задачи

При выборе термопары следует учитывать следующие факторы:

• Диапазон измеряемых температур
• Требуемая точность измерений
• Условия эксплуатации (агрессивные среды, вибрации и т.д.)
• Время отклика датчика
• Совместимость с измерительными приборами
• Стоимость и срок службы термопары

Для большинства промышленных применений оптимальным выбором являются термопары типа K из-за широкого диапазона и хорошей точности измерений.

Особенности монтажа и подключения термопар

При монтаже термопар необходимо соблюдать следующие правила:

• Горячий спай должен иметь хороший тепловой контакт с объектом измерения
• Термоэлектроды должны быть надежно изолированы друг от друга
• Холодные концы подключаются к измерительному прибору с соблюдением полярности
• Для компенсации температуры холодного спая используются специальные схемы
• Соединительные провода должны быть того же типа, что и термоэлектроды

Правильный монтаж и подключение обеспечивают точность измерений и длительный срок службы термопары.

Преимущества и недостатки термопар по сравнению с другими датчиками температуры

Преимущества термопар:

• Широкий диапазон измеряемых температур
• Высокая точность и стабильность показаний
• Быстрое время отклика
• Простота конструкции и надежность
• Низкая стоимость

Недостатки термопар:

• Необходимость компенсации температуры холодного спая
• Нелинейная зависимость термоЭДС от температуры
• Подверженность электромагнитным помехам
• Ограниченный срок службы при высоких температурах

Несмотря на некоторые недостатки, термопары остаются одним из самых распространенных и надежных средств измерения температуры в промышленности.

Термопара — принцип работы | Сиб Контролс

Принцип работы термопар

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

 

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

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

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

Мы можем выразить эту связь математически следующим образом:

Vmeter = V_J1 − V_J2

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

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

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

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

J1 − V_J2.

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

Принцип действия термопар

Термопары самое известное средство измерения для многих сфер деятельности, таких как, промышленность, медицинские лаборатории, жилые дома и научные лаборатории. Применяются они для измерения температуры. Это связано с тем, что термопары имеют высоким диапазон измерения(от -270 до + 2500С), отличную точность, высокую надежность, низкую цену и свободную заменяемость. Для корректного применения нужно понимать ее принцип действия и структуру.

Принцип действия и структура термопар

Состоит термопара из двух проводников и трубки, которая служит защитой для термоэлектродов. Термоэлектроды состоят из неблагородных и благородных металлов, чаще всего из сплавов, закрепленные друг с другом на одном конце(рабочий конец или горячий спай), таким образом они образуют одну из частей устройства. Другие концы термопары (свободные концы или холодный спай) соединены с прибором измерения напряжения. Посередине двух несоединенными выводами возникает ЭДС, величина зависит от температуры рабочего конца.

Одинаковые термопреобразователи объединенные параллельно замыкают цепь, по правилу Зеебека, мы рассмотрим далее это правило, между ними образуется контактная разность потенциалов или термоэлектрический эффект, при соприкосновении на проводниках появляются электрические заряды, между их свободными концами возникает различие потенциалов, и он зависит от разности температур. Только тогда, когда температура между термоэлектродами одинакова, разница потенциалов приравнивается к нулю.

Например: Помещая спай с различными от нуля коэффициентами, в две кипящие кастрюли с жидкостью, температура первой 50, а второй 45, то разность потенциалов будет равна 5.

Разность потенциалов определяется разностью температур источников. Так же зависит материал из которого сделаны электроды термопары. Пример: У термопары Хромель-Алюмель температурный коэффициент равен 41, а у Хромель-Константан коэффициент равен 68.

Явление Зеебека

Состоит в следующем. Если в замкнутом контуре из двух разнородных проводников, а лучше полупроводников так, как эффект сильнее выражен для полупроводников, поддерживать места соединения этих проводников, обще принято называть, спаи, при разных температурах, то в такой цепи пойдет ток. Направление тока зависит от того какая из температур, какого спая выше. При одной разности в одном направлении, при другой разности в другом.

Это устройство, будучи разрезанным в одном из мест используется в качестве термопары, датчика температуры. В схеме 2, далее, будет показано спай 1, мы будем нагревать или охлаждать, а другой спай внутри гальванометра, который находится при комнатной температуре. В зависимости от того какая будет температура спая Т1 выше комнатной или ниже, стрелка гальванометра, будет отклоняться либо в одну, либо в другую сторону.

Если в цепи термопары обе проволоки из одного материала то ничего происходить не будет. Проверить это очень просто, возьмите две медные проволоки с изоляцией, меры безопасности никто не отменял, подсоедините их одними концами к гальванометру, а другими скрутите вместе (но лучше спаять), и начните нагревать, так же можно опустить в воду с кусочками льда. Если вы взяли одинаковые проволоки, то стрелка прибора останется на нуле. Но если вы возьмете разные проволоки и точно так же подсоедините их к прибору, а другие концы скрутите. И после этого будете нагревать или охлаждать, оголенные концы проводов, то вы сможете наблюдать, как и в какую сторону будет отклоняться стрелка гальванометра.

Методы подключения

Есть несколько методов включения преобразователя, но мы рассмотрим самые распространенные: простой и дифференциальный. Простой — измерительный прибор включается напрямую к двум термопарам. Дифференцированный — применяются проводники с разными соотношениями термо-ЭДС, соединённые в двух концах, а измерительный прибор подключается в разрыв одного из проводников.

Во время дистанционного включения, ставятся удлинительные либо компенсационные провода. Удлинительные провода создаются из тех же металлов, что и термоэлектроды, но с разными размерами. Компенсационные — изготовляются из благородных металлов, но их состав, отличается от состава термоэлектродов.

Назначение, устройство и принцип действия термоэлектрических преобразователей

Назначение, устройство и принцип действия термоэлектрических преобразователей

Категория:

Приборы для измерения температуры

Назначение, устройство и принцип действия термоэлектрических преобразователей

Термоэлектрические преобразователи применяют для измерения температуры от -200 до +250 °С. Рабочим органом термопреобразователя является чувствительный элемент, состоящий из двух разнородных термоэлектродов, сваренных между собой на конце, который составляет горячий спай. Термоэлектроды изолированы по всей длине с помощью изоляторов и помещены в защитную арматуру, Свободные концы элемента подключены к контактам термопреобразователя, расположенным в головке, которая закрывается крышкой, имеющей прокладку. Положительный термоэлектрод подключают к контакту со знаком “ + “. Герметизация вводов термоэлектродов 9 осуществляется с помощью эпоксидного компаунда.

Рабочий конец термопреобразователя изолируют от защитной арматуры керамическим наконечником, который в некоторых конструкциях для уменьшения тепловой инерционности, может отсутствовать.

Термопреобразователи могут иметь штуцер для крепления по месту и штуцер для ввода соединительных проводов измерительных приборов.

Рис. 1. Термоэлектрический преобразователь

Принцип действия термопреобразователя основан на преобразовании тепловой энергии в термоЭДС элемента при наличии разности температур между его свободными концами и горячим спаем.

Возникновение термоЭДС в термопреобразователе объясняется тем, что при его нагревании возникает поток электронов от горячего спая к холодному. На холодном спае создается отрицательный потенциал, а на горячем — положительный. Разность этих потенциалов будет определять величину термоЭДС термопреобразователя.

Если температуру холодного спая поддерживать постоянной, то термоЭДС будет зависеть только от степени нагрева рабочего конца термопреобразователя, что позволяет отградуировать измерительный прибор в соответствующих единицах температуры. В случае отклонения температуры свободных концов от градуировочного значения, равного 0 °С, к показаниям вторичного прибора вводится соответствующая поправка.

Температуру свободных концов учитывают для того, чтобы знать величину поправки. Величина вводимой поправки будет небольшой, и определенной, если температура свободных концов будет невысокой и постоянной.

Поправку на температуру свободных концов в зависимости от условий вводят тремя способами: по градуировочной таблице; перестановкой стрелки выключенного прибора с нулевого положения до отметки, которая соответствует температуре свободных концов; автоматическими устройствами — при помощи компенсационных коробок или схем измерительных приборов.

Величина термоЭДС в термопреобразователе зависит не только от разности температур горячего и холодных спаев, но и от материала термоэлектродов. Поэтому стремятся применять в качестве термоэлектродов те металлы и сплавы, у которых возникают сравнительно большие ЭДС.

Для вывода свободных концов термопреобразователя в зону с постоянной температурой служат удлинительные термоэлектродные провода.

Таким образом, чтобы определить измеряемую температуру среды с помощью термоэлектрического преобразователя, необходимо выполнить следующие операции: измерить термоЭДС в цепи преобразователя; определить температуру свободных концов; в измеряемую величину термоЭДС ввести поправку на температуру свободных концов; по известной зависимости термоЭДС от температуры определить измеряемую температуру среды. В зависимости от материала термоэлектродов термопреобразователи различают: с металлическими термопарами из благородных и неблагородных металлов и сплавов; с термопарами из тугоплавких металлов и сплавов.

Термопары из благородных металлов, обладая устойчивостью к высоким температурам и агрессивным средам, а также постоянной термоЭДС, широко используют для замера высоких температур в промышленных и лабораторных условиях.

Термопары из неблагородных металлов и сплавов применяют для измерения температур до 1000 °С. Достоинством этих термопар является сравнительно небольшая стоимость и способность их развивать большие термоЭДС.

Градуировка термопары — определение термоЭДС термопары от температуры рабочего конца при постоянном значении температуры свободных концов (обычно равной 0 °С).

Термоэлектроды из благородных металлов изготовляют из проволоки диаметром 0,3-0,5 мм, а из неблагородных – диаметром 1,2 -3 2 мм. Диаметр термоэлектродов выбирают, исходя из назначения термопары, диапазона измерения температуры и необходимой прочности.

Защитная арматура. Для защиты термоэлектродов от механических повреждений и агрессивного действия среды, а также удобства установки на технологическом оборудовании применяют защитную арматуру. Материал и исполнение арматуры могут быть различными в зависимости от назначения и области применения. Наиболее широко в качестве материалов металлической защитной арматуры используют высоколегированные стали и коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие сплавы на основе железа, никеля, хрома и добавок алюминия, кремния, марганца. В настоящее время наибольшее распространение в качестве защитной арматуры высокотемпературных термопреобразователей получил молибден.

Медьсодержащие материалы применяют при измерении температур до 300 °С. При измерении температур до 600 °С для арматуры используют цельнотянутые трубы, для температур до 800 °С — легированную сталь, для температур до 1000 °С — окалиностойкую сталь. Для защиты термоэлектродов платиновой группы и тугоплавких металлов и сплавов применяют чехлы из огнеупорных материалов или кварца.

Трубки из кварцевого стекла (Si02) имеют очень высокую термическую устойчивость. Длительная эксплуатация платинородиевых термопар в защитной арматуре из кварцевого стекла нежелательна вследствие значительных изменений термоЭДС, хрупкости и разрушения из-за загрязнения кремнием. Поэтому кварцевые защитные оболочки применяют в высокотемпературных термопреобразователях кратковременного действия.

Основным материалом защитных чехлов термопар для измерения температуры различных сред в черной металлургии является корунд (окись алюминия А12 03), из которого можно получить плотные, стойкие в расплавах и достаточно термопрочные изделия.

До 1300 °С работоспособны фарфоровые чехлы, содержащие до 40% А12 Оэ . Их применяют для длительного измерения температур до 1100— 1200 °С в доменных воздухонагревателях.

В качестве защитной арматуры термопреобразователей для измерения температуры жидкого чугуна, а также медных и алюминиевых расплавов наибольшее распространение получила графитооксидная композиция. Для изготовления наконечников используют следующий состав: графит природный 20 — 40%; шамот 20 — 30%, огнеупорная глина 40 — 50%; смола термореактивная 5 — 12%.

Электроизоляционные материалы. Важнейшей частью термоэлектрических преобразователей является огнеупорная электроизоляция, оказывающая существенное влияние на точность измерения температуры.

Электроизоляторы кроме своей основной функции (электрической изоляции термоэлектродов друг от друга и от защитного чехла) выполняют роль элемента конструкции и несут значительные механические нагрузки, защищают термоэлектроды от воздействия окружающей среды, препятствуют проникновению вредных химических веществ, оказывающих разрушающее влияние.

Термоэлектроды термопар изолируют друг от друга и защитной арматуры с помощью одно- и двухканацьных фарфоровых бус при измерении температуры до 1300 °С. При более высоких температурах электроизоляционные свойства фарфора ухудшаются и поэтому используют бусы или трубки из окисей алюминия, магния, иттрия и бериллия.

Реклама:

Читать далее:

Типы и основные параметры термоэлектрических преобразователей

Статьи по теме:

Термопара – устройство и принцип работы простым языком

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

Общие характеристики

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

Термопары

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

• спайка;
• ручная скрутка;
• сварка.

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

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

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

ВИДЕО: Измерение температуры с помощью термопары

Принцип действия термопары

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

Схематическая работа устройства

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

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

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

Конструкция устройства

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

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

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

Термопара для котельного оборудования

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

Разновидности термопары

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

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

Принцип работы термопары

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

Термопары хромель-алюмель

Монтаж

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

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

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

Термопара для печи

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки применения измерителя

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

Плюсы:

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

Термопара «Арбат»

Минусы:

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

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

Измерение термопара и градуировка термопар

Принцип действия и устройство термопары предельно просты. Это обусловило популярность данного прибора и широкое применение во всех отраслях науки и техники. Термопара предназначается для измерения температур в широком диапазоне – от -270 до 2500 градусов по Цельсию. Устройство вот уже не одно десятилетие является незаменимым помощником инженеров и ученых. Работает надежно и безотказно, а показания температуры всегда правдивые. Более совершенного и точного прибора просто не существует. Все современные устройства функционируют по принципу термопары. Работают в тяжелых условиях.

Назначение термопары

Данное устройство преобразовывает тепловую энергию в электрический ток и позволяет измерять температуру. В отличие от традиционных ртутных градусников, способно работать в условиях как экстремально низких, так и экстремально высоких температур. Данная особенность обусловила широкое применение термопары в самых разнообразных установках: промышленные металлургические печи, газовые котлы, вакуумные камеры для химико-термической обработки, духовой шкаф бытовой газовой плиты. Принцип работы термопары всегда остается неизменным и не зависит от того, в каком устройстве она монтируется.

От надежной и бесперебойной работы термопары зависит работа системы аварийного отключения приборов в случае превышения допустимых лимитов температур. Поэтому данное устройство должно быть надежным и давать точные показания, чтобы не подвергать риску жизнь людей.

Применение термопар

Температурные сенсоры, работающие по дифференциальному принципу, осуществляют формирование электрического сигнала, который находится в пропорции с разницей температур в двух различных точках.

Поэтому, то место соединения проводников, где измеряется необходимая температура носит название горячего спая, а противоположное место представляет собой холодный спай. Это связано с тем, что температура, которая измеряется, превышает температуру, окружающую измерительный прибор. Сложности измерений заключаются в необходимости измерить температуру в какой-то одной точке, а не в двух разных точках, когда определяется только разница.

Существуют определенные методы, позволяющие измерять температуру с помощью термопары в определенной конкретной точке. В данном случае, нужно исходить из того, что в любом контуре сумма заземлений будет иметь нулевое значение. Кроме того, нужно учитывать тот факт, что при соединении разнородных металлов, напряжение возникает при температуре, превышающей абсолютный ноль.

Принцип действия термопары

Термопара имеет три основных элемента. Это два проводника электричества из разных материалов, а также защитная трубка. Два конца проводников (их еще называют термоэлектродами) спаяны, а два других подключаются к потенциометру (прибор для измерения температуры).

Если говорить простым языком, принцип работы термопары заключается в том, что спай термоэлектродов помещается в среду, температуру которой необходимо измерить. В соответствии с правилом Зеебека, возникает разность потенциалов на проводниках (иначе – термоэлектричество). Чем больше температура среды – тем более значимой является разница потенциалов. Соответственно, стрелка прибора отклоняется больше.

В современных комплексах измерения на смену механическому устройству пришли цифровые индикаторы температуры. Однако далеко не всегда новый прибор превосходит по своим характеристикам старые аппараты еще советских времен. В технических вузах, да и в научно-исследовательских учреждениях, и по сей день пользуются потенциометрами 20-30-летней давности. И они демонстрируют поразительную точность и стабильность измерений.

ООО «СиБ Контролс»

Принцип работы термопар

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

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

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

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

Мы можем выразить эту связь математически следующим образом:

Vmeter = VJ1 − VJ2

Понятно, что воль только разницу между этими двумя напряжениями, генерируемыми в точках соединения.

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

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

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

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

Эффект Зеебека

На данном физическом явлении основан принцип работы термопары. Суть заключается в следующем: если соединить между собой два проводника из разных материалов (иногда используются полупроводники), то по такому электрическому контуру будет циркулировать ток.

Таким образом, если нагревать и охлаждать спай проводников, то стрелка потенциометра будет колебаться. Засечь ток также может позволить и гальванометр, подключенный в цепь.

В том случае, если проводники выполнены из одного и того же материала, то электродвижущая сила не будет возникать, соответственно, нельзя будет измерить температуру.

Схема подключения термопары

Наиболее распространенными способами подключения измерительных приборов к термопарам являются так называемый простой способ, а также дифференцированный. Суть первого метода заключается в следующем: прибор (потенциометр или гальванометр) напрямую соединяется с двумя проводниками. При дифференцированном методе спаивается не одни, а оба конца проводников, при этом один из электродов «разрывается» измерительным прибором.

Нельзя не упомянуть и о так называемом дистанционном способе подключения термопары. Принцип работы остается неизменным. Разница лишь в том, что в цепь добавляются удлинительные провода. Для этих целей не подойдет обычный медный шнур, так как компенсационные провода в обязательном порядке должны выполняться из тех же материалов, что и проводники термопары.

Физическая основа работы термопары

Принцип работы термопары основан на обычных физических процессах. Впервые эффект, на основе которого работает данное устройство, был исследован немецким ученым Томасом Зеебеком.

Суть явления, на котором держится принцип действия термопары, в следующем. В замкнутом электрическом контуре, состоящем из двух проводников различного вида, при воздействии определенной температуры окружающей среды возникает электричество.

Получаемый электрический поток и температура окружающей среды, воздействующая на проводники, находятся в линейной зависимости. То есть чем выше температура, тем больший электрический ток вырабатывается термопарой. На этом и основан принцип действия термопары и термометра сопротивления.

При этом один контакт термопары находится в точке, где необходимо измерять температуру, он именуется «горячим». Второй контакт, другими словами — «холодный», — в противоположном направлении. Применение для измерения термопар допускается лишь в том случае, когда температура воздуха в помещении меньше, чем в месте измерения.

Такова краткая схема работы термопары, принцип действия. Виды термопар мы рассмотрим в следующем разделе.

Материалы проводников

Принцип действия термопары основан на возникновении разности потенциалов в проводниках. Поэтому к подбору материалов электродов необходимо подходить очень ответственно. Различие в химических и физических свойствах металлов является основным фактором работы термопары, устройство и принцип действия которой основаны на возникновении ЭДС самоиндукции (разности потенциалов) в цепи.

Технически чистые металлы для применения в качестве термопары не подходят (за исключением АРМКО-железа). Обычно используются различные сплавы цветных и благородных металлов. Такие материалы имеют стабильные физико-химические характеристики, благодаря чему показания температуры всегда будут точными и объективными. Стабильность и точность – ключевые качества при организации эксперимента и производственного процесса.

В настоящее время наиболее распространены термопары следующих видов: E, J, K.

Термопара типа K

Это, пожалуй, самый распространенный и применяемый повсюду тип термопары. Пара хромель — алюминий отлично работает при температурах от -200 до 1350 градусов по Цельсию. Данный тип термопары отличается большой чувствительностью и фиксирует даже незначительный скачок температуры. Благодаря такому набору параметров, термопара применяется и на производстве, и для научных исследований. Но есть у нее и существенный недостаток – влияние состава рабочей атмосферы. Так, если данный вид термопары будет работать в среде CO2, то термопара будет давать некорректные показания. Данная особенность ограничивает применение устройств такого типа. Схема и принцип работы термопары остаются неизменными. Разница лишь в химическом составе электродов.

Виды устройств

Каждый вид термопар имеет свое обозначение, и разделены они согласно общепринятому стандарту. Каждый тип электродов имеет свое сокращение: ТХА, ТХК, ТВР и т. д. Распределяются преобразователи соответственно классификации:

• Тип E — представляет собой сплав хромеля и константана. Характеристикой этого устройства считается высокая чувствительность и производительность. Особенно это подходит для использования при крайне низких температурах.
• J — относится к сплаву железа и константана. Отличается высокой чувствительностью, которая может достигать до 50 мкВ/ °C.
• Вид K — считается самым популярным устройством, состоящим из сплава хромеля и алюминия. Эти термопары могут определить температуру в диапазоне от -200 °C до +1350 °C. Приборы используются в схемах, расположенных в неокисляющих и инертных условиях без признаков старения. При применении устройств в довольно кислой среде хромель быстро разъедается и приходит в негодность для измерения температуры термопарой.
• Тип M — представляет сплавы никеля с молибденом или кобальтом. Устройства могут выдерживать до 1400 °C и применяются в установках, работающих по принципу вакуумных печей.
• Вид N — нихросил-нисиловые устройства, отличием которых считается устойчивость к окислению. Используются они для измерения температур в диапазоне от -270 до +1300 °C.

Вам это будет интересно Описание и разновидности вводно-распределительных устройств (ВРУ)

Существуют термопары, выполненные из сплавов родия и платины. Относятся они к типам B, S, R и считаются самыми стабильными устройствами. К минусам этих преобразователей относится высокая цена и низкая чувствительность.

При высоких температурах широко используются устройства из сплавов рения и вольфрама. Кроме того, по назначению и условиям эксплуатации термопары могут бывать погружаемыми и поверхностными.

По конструкции крепления устройства обладают статическим и подвижным штуцером или фланцем. Широкое применение термоэлектрические преобразователи нашли в устройстве компьютеров, которые обычно подсоединяются через COM порт и предназначены для измерения температуры внутри корпуса.

Проверка работы термопары

В случае выхода из строя термопары не подлежит ремонту. Теоретически можно, конечно, ее починить, но вот будет ли прибор после этого показывать точную температуру – это большой вопрос.

Иногда неисправность термопары не является явной и очевидной. В частности, это касается газовых колонок. Принцип работы термопары все тот же. Однако она выполняет несколько иную роль и предназначается не для визуализации температурных показаний, а для работы клапанов. Поэтому, чтобы выявить неисправность такой термопары, необходимо подключить к ней измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) и нагреть спай термопары. Для этого не обязательно держать ее над открытым огнем. Достаточно лишь зажать его в кулак и посмотреть, будет ли отклоняться стрелка прибора.

Причины выхода из строя термопар могут быть разными. Так, если не надеть специальное экранирующее устройство на термопару, помещенную в вакуумную камеру установки ионно-плазменного азотирования, то с течением времени она будет становиться все более хрупкой до тех пор, пока не переломается один из проводников. Кроме того, не исключается и вероятность неправильной работы термопары из-за изменения химического состава электродов. Ведь нарушаются основополагающие принципы работы термопары.

Газовая аппаратура (котлы, колонки) также оснащается термопарами. Основной причиной выхода из строя электродов являются окислительные процессы, которые развиваются при высоких температурах.

В том случае, когда показания прибора являются заведомо ложными, а при внешнем осмотре не были обнаружены слабые зажимы, то причина, скорее всего, кроется в выходе из строя контрольно-измерительного прибора. В этом случае его необходимо отдать в ремонт. Если имеется соответствующая квалификация, то можно попытаться устранить неполадки самостоятельно.

Да и вообще, если стрелка потенциометра или цифровой индикатор показывают хоть какие-то «признаки жизни», то термопара является исправной. В таком случае проблема, совершенно очевидно, кроется в чем-то другом. И соответственно, если прибор никак не реагирует на явные изменения температурного режима, то можно смело менять термопару.

Однако прежде чем демонтировать термопару и ставить новую, нужно полностью убедиться в ее неисправности. Для этого достаточно прозвонить термопару обычным тестером, а еще лучше – померить напряжение на выходе. Только обычный вольтметр здесь вряд ли поможет. Понадобится милливольтметр или тестер с возможностью подбора шкалы измерения. Ведь разность потенциалов является очень маленькой величиной. И стандартный прибор ее даже не почувствует и не зафиксирует.

Конструктивные особенности

Если относиться более скрупулезно к процессу замера температуры, то эта процедура осуществляется с помощью термоэлектрического термометра. Основным чувствительным элементом этого прибора считается термопара.

Сам процесс измерения происходит за счет создания в термопаре электродвижущей силы. Существуют некоторые особенности устройства термопары:

• Электроды соединяются в термопарах для измерения высоких температур в одной точке с помощью электрической дуговой сварки. При замере небольших показателей такой контакт выполняется с помощью пайки. Особенные соединения в вольфрам-рениевых и вольфрамо-молибденовых устройствах проводятся с помощью плотных скруток без дополнительной обработки.
• Соединение элементов проводится только в рабочей зоне, а по остальной длине они изолированы друг от друга.
• Метод изоляции осуществляется в зависимости от верхнего значения температуры. При диапазоне величины от 100 до 120 °C используется любой тип изоляции, в том числе и воздушный. При температуре до 1300 °C применяются трубки или бусы из фарфора. Если величина достигает до 2000 °C, то применяется изоляционный материал из оксида алюминия, магния, бериллия и циркония.
• В зависимости от среды использования датчика, в которой происходит замер температуры, применяется наружный защитный чехол. Выполняется он в виде трубки из металла или керамики. Такая защита обеспечивает гидроизоляцию и поверхностное предохранение термопары от механических воздействий. Материал наружного чехла должен выдерживать высокую температуру воздействия и обладать отличной теплопроводностью.

Вам это будет интересно Принцип работы электронных и механических реле времени

Конструкция датчика во многом зависит от условий его применения. При создании термопары во внимание принимается диапазон измеряемых температур, состояние внешней среды, тепловая инерционность и т. д.

Преимущества термопары

Почему за столь долгую историю эксплуатации термопары не были вытеснены более совершенными и современными датчиками измерения температуры? Да по той простой причине, что до сих пор ей не может составить конкуренцию ни один другой прибор.

Во-первых, термопары стоят относительно дешево. Хотя цены могут колебаться в широком диапазоне в результате применения тех или иных защитных элементов и поверхностей, соединителей и разъемов.

Во-вторых, термопары отличаются неприхотливостью и надежностью, что позволяет успешно эксплуатировать их в агрессивных температурных и химических средах. Такие устройства устанавливаются даже в газовые котлы. Принцип работы термопары всегда остается неизменным, вне зависимости от условий эксплуатации. Далеко не каждый датчик другого типа сможет выдержать подобное воздействие.

Технология изготовления и производства термопар является простой и легко реализуется на практике. Грубо говоря – достаточно лишь скрутить или сварить концы проволок из разных металлических материалов.

Еще одна положительная характеристика – точность проводимых измерений и мизерная погрешность (всего 1 градус). Данной точности более чем достаточно для нужд промышленного производства, да и для научных исследований.

Недостатки термопары

Недостатков у термопары не так много, в особенности если сравнивать с ближайшими конкурентами (температурными датчиками других типов), но все же они есть, и было бы несправедливо о них умолчать.

Так, разность потенциала измеряется в милливольтах. Поэтому необходимо применять весьма чувствительные потенциометры. А если учесть, что не всегда приборы учета можно разместить в непосредственной близости от места сбора экспериментальных данных, то приходится применять некие усилители. Это доставляет ряд неудобств и приводит к лишним затратам при организации и подготовке производства.

Приборы для измерения температуры — виды и принцип действия

Большинство технологических процессов корректно проходят только при определенной температуре. Кроме того, измеряемые температурные показатели помогают определять, насколько корректно используется затрачиваемая энергия.

Иными словами, это — та величина, которую нужно постоянно контролировать. Все виды приборов для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Также они классифицируются по материалам, принципам и способам действия.

Виды термометров по принципу действия

Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.

Контактные

Такие приборы еще называют термометрами расширения. Они основаны на отслеживании изменения объема тел под действием меняющейся температуры. Обычно измеряемый диапазон температур составляет от -190 до +500 градусов по Цельсию.

К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).

Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.

Термометры сопротивления

К этой категории относятся приборы, которые способны измерять электрическое сопротивление веществ, меняющееся в зависимости от температурных показателей. Рабочий диапазон этих устройств — от -200 до +650 градусов.

Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.

В котельных установках наибольшее применение получили термометры сопротивления медные (ТСМ). Термометрами сопротивления можно измерять температуры от -50 до +600°С.

Электронные термопары

При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.

Манометрические

Такие термометры учитывают зависимость между температурными показателями и давлением газа. В измеряемую среду помещают термобаллон, соединенный с манометром латунной трубкой. При нагреве термобаллона давление внутри него увеличивается, и эта величина измеряется манометром. Таким образом проводят замеры температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов.

Бесконтактные пирометры

В основе этих приборов — инфракрасные датчики, считывающие уровень излучения. Они подразделяются на два вида: яркостные, проводящие измерения излучений на определенной длине волны (диапазон — от +100 до +6000 градусов), и радиационные, когда определяется тепловое действие лучеиспускания (от -50 до +2000 градусов). Они могут использоваться в том числе и для определения температуры нагретого металла, а также при наладке и испытаниях котлов.

Виды термометров по используемым материалам

Здесь различают 7 категорий:

1. Жидкостные. Представляют собой корпус, заполненный жидкостью, которая подвержена температурному расширению. Колба с жидкостью прикладывается к шкале. При нагреве жидкость расширяется, и столбик растет, а при охлаждении — наоборот, сжимается (уменьшается). Погрешность измерений такими приборами составляет менее 0,1 градуса.
2. Газовые. Принцип действия — тот же, что и у жидкостных, но в качестве заполнителя для колбы выбирается инертный газ. Это позволяет существенно увеличить температурный диапазон измерения (если для жидкостных предел — +600 градусов, то для газовых — +1000 градусов). С их помощью можно измерять температуру в различных раскаленных жидких средах.
3. Механические. В основе действия — принцип деформации металлической спирали. Часто эти термометры комплектуются стрелочным “дисплеем”. Устанавливаются в спецтехнике, автомобилях, на автоматизированных линиях. Нечувствительны к ударам.
4. Электрические. Работают, измеряя уровень сопротивления проводника при разных температурных показателях. В качестве проводника могут использоваться разные металлы (например, медь или платина). Соответственно, и диапазон измерений таких устройств будет отличаться. Чаще всего такие модели применяются в лабораторных условиях.
5. Термоэлектрические. В конструкции предусмотрено два проводника, проводящие замеры по физическому принципу на основе эффекта Зеебека. Эти устройства очень точные, работают с погрешностью до 0,01 градуса и подходят для высокоточных измерений в производственных процессах, когда рабочая температура превышает 1000 градусов.
6. Волоконно-оптические. Чувствительные датчики из оптоволокна (оно натягивается и сжимается или растягивается при изменении температуры, а прибор фиксирует степень преломления проходящего луча света). Допустимый диапазон измерений — до +400 градусов, а погрешность — не более 0,1 градуса.
7. Инфракрасные. Непосредственный контакт с измеряемым веществом не требуется: прибор генерирует инфракрасный луч, который направляется на изучаемую поверхность. Это современный вид бесконтактных термометров, которые работают с точностью до нескольких градусов и подходят для высокотемпературных измерений. С их помощью можно измерять даже температуру открытого пламени.

Компания «Измеркон» предлагает как разные виды термометров, так и комбинированные устройства, в том числе манометры-термометры или гигрометры-термометры для автономной работы с энергонезависимой памятью, обеспечивающей постоянную фиксацию результатов измерений.

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление

Термодатчик относится к числу наиболее часто используемых устройств. Его основное предназначение заключается в том, чтобы воспринимать температуру и преобразовывать ее в сигнал. Существует много разных типов датчиков. Наиболее распространенными из них являются термопара и терморезистор.

Виды термодатчиков

Виды

Обнаружение и измерение температуры – очень важная деятельность, имеет множество применений: от простого домохозяйства до промышленного. Термодатчик – это устройство, которое собирает данные о температуре и отображает их в понятном для человека формате. Рынок температурного зондирования демонстрирует непрерывный рост из-за его потребности в исследованиях и разработках в полупроводниковой и химической промышленностях.

Термодатчики в основном бывают двух типов:

• Контактные. Это термопары, заполненные системные термометры, термодатчики и биметаллические термометры;
• Бесконтактные датчики. Это инфракрасные устройства, имеют широкие возможности в секторе обороны из-за их способности обнаруживать тепловую мощность излучения оптических и инфракрасных лучей, излучаемых жидкостями и газами.

Термопара (биметаллическое устройство) состоит из двух разных видов проводов (или даже скрученных) вместе. Принцип действия термопары основан на том, что скорости, с которыми расширяются два металла, между собой отличаются. Один металл расширяется больше, чем другой, и начинает изгибаться вокруг металла, который не расширяется.

Терморезистор – это своего рода резистор, сопротивление которого определяется его температурой. Последний обычно используют до 100 ° C, тогда как термопара предназначена для более высоких температур и не так точна. Схемы с использованием термопар обеспечивают милливольтные выходы, в то время как термисторные схемы – высокое выходное напряжение.

Важно! Основное достоинство терморезисторов заключается в том, что они дешевле термопар. Их можно купить буквально за гроши, и они просты в использовании.

Принцип действия

Терморезисторы обычно чувствительны и имеют разное термосопротивление. В ненагретом проводнике атомы, составляющие материал, имеют тенденцию располагаться в правильном порядке, образуя длинные ряды. При нагревании полупроводника увеличивается количество активных носителей заряда. Чем больше доступных носителей заряда, тем большей проводимостью обладает материал.

Кривая сопротивления и температуры всегда показывает нелинейную характеристику. Терморезистор лучше всего работает в температурном диапазоне от -90 до 130 градусов по Цельсию.

Важно! Принцип работы терморезистора основан на базовой корреляции между металлами и температурой. Они изготавливаются из полупроводниковых соединений, таких как сульфиды, оксиды, силикаты, никель, марганец, железо, медь и т. д., могут ощущать даже небольшое температурное изменение.

Электрон, подталкиваемый приложенным электрическим полем, может перемещаться на относительно большие расстояния до столкновения с атомом. Столкновение замедляет его перемещение, поэтому электрическое «сопротивление» будет снижаться. При более высокой температуре атомы больше смещаются, и когда конкретный атом несколько отклоняется от своего обычного «припаркованного» положения, он, скорее всего, столкнется с проходящим электроном. Это «замедление» проявляется в виде увеличения электрического сопротивления.

Для информации. Когда материал охлаждается, электроны оседают на самые низкие валентные оболочки, становятся невозбужденными и, соответственно, меньше двигаются. При этом сопротивление движению электронов от одного потенциала к другому падает. По мере увеличения температуры металла сопротивление металла потоку электронов увеличивается.

Особенности конструкций

По своей природе терморезисторы являются аналоговыми и делятся на два вида:

• металлические (позисторы),
• полупроводниковые (термисторы).

Позисторы

Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к этим устройствам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен обладать высоким ТКС.

Для таких требований подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Практически широко применяются медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное применение, не более 180 градусов.

Позисторы PTC предназначены для ограничения тока при нагревании от более высокой рассеиваемой мощности. Поэтому их размещают последовательно в цепь переменного тока, чтобы уменьшить ток. Они (буквально любой из них) становятся горячими от слишком большого тока. Эти приспособления используют в устройстве защиты цепи, таком как предохранитель, в качестве таймера в схеме размагничивания катушек ЭЛТ-мониторов.

Для информации. Что такое позистор? Прибор, электрическое сопротивление которого растет в зависимости от его температуры, называется позистором (PTC).

Примеры позисторов

Термисторы

Устройство с отрицательным температурным коэффициентом (это когда, чем выше температура, тем ниже сопротивление) называется терморезистором NTC.

Для информации. Все полупроводники имеют меняющееся сопротивление по мере увеличения или уменьшения температуры. В этом проявляется их сверхчувствительность.

Характеристики и обозначение термистора

Термисторы NTC широко используются в качестве ограничителей пускового тока, самонастраивающихся сверхтоковых защит и саморегулируемых нагревательных элементов. Обычно эти приборы устанавливаются параллельно в цепь переменного тока.

Их можно встретить повсюду: в автомобилях, самолетах, кондиционерах, компьютерах, медицинском оборудовании, инкубаторах, фенах, электрических розетках, цифровых термостатах, переносных обогревателях, холодильниках, печах, плитах и других всевозможных приборах.

Термистор используется в мостовых цепях.

Технические характеристики

Терморезисторы используют в батареях зарядки. Их основными характеристиками являются:

1. Высокая чувствительность, температурный коэффициент сопротивления в 10-100 раз больше, чем у металла;
2. Широкий диапазон рабочих температур;
3. Малый размер;
4. Простота использования, значение сопротивления может быть выбрано между 0,1 ~ 100 кОм;
5. Хорошая стабильность;
6. Сильная перегрузка.

Качество прибора измеряется с точки зрения стандартных характеристик, таких как время отклика, точность, неприхотливость при изменениях других физических факторов окружающей среды. Срок службы и диапазон измерений – это еще несколько важных характеристик, которые необходимо учитывать при рассмотрении использования.

Компактные терморезисторы

Область применения

Термисторы не очень дорогостоящие и могут быть легко доступны. Они обеспечивают быстрый ответ и надежны в использовании. Ниже приведены примеры применения устройств.

Термодатчик воздуха

Автомобильный термодатчик – это и есть терморезистор NTC, который сам по себе является очень точным при правильной калибровке. Прибор обычно расположен за решеткой или бампером автомобиля и должен быть очень точным, так как используется для определения точки отключения автоматических систем климат-контроля.  Последние регулируются с шагом в 1 градус.

Температурный датчик

Автомобильный термодатчик

Терморезистор встраивается в обмотку двигателя. Обычно этот датчик подключается к реле температуры (контроллеру) для обеспечения «Автоматической температурной защиты». Когда температура двигателя превышает заданное значение, установленное в реле, двигатель автоматически выключается. Для менее критического применения он используется для срабатывания сигнализации о температурном превышении с индикацией.

Датчик пожара

Можно сделать свое собственное противопожарное устройство. Собрать схему из термистора или биметаллических полосок, позаимствованных из пускателя. Тем самым можно вызвать тревогу, основанную на действии самодельного термодатчика.

Дымовой извещатель

В электронике всегда приходится что-то измерять, например, температуру. С этой задачей лучше всего справляется  терморезистор  – электронный компонент на основе полупроводников. Прибор обнаруживает изменение физического количества и преобразуется в электрическое количество. Они являются своего рода мерой растущего сопротивления выходного сигнала. Существует две разновидности приборов: у позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов оно наоборот падает. Это противоположные по действию и одинаковые по принципу работы элементы.

Видео

Оцените статью:

Ступица для термопар

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

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

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

Как работает термопара?

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

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

Узнать больше

Зонды термопары против провода термопары?

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

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

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

Термопары типа

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

Узнать больше

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

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

Узнать больше

Как мне узнать, какой тип соединения выбрать?

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

Продукты OMEGA, используемые в этом приложении

Какова точность и температурный диапазон различных термопар?

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

Узнать больше

Зонды термопары против провода термопары?

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

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

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

Узнать больше

Статьи по теме

Что такое термопара и как она работает?

Что такое термопара?

Термопара — это датчик, используемый для измерения температуры.Термопары состоят из двух проводов из разных металлов. Ножки проволоки свариваются на одном конце, образуя стык. Это место, где измеряется температура. Когда соединение испытывает изменение температуры, создается напряжение. Затем напряжение можно интерпретировать, рассчитав температуру.

Существуют ли разные типы термопар?
Существует много типов термопар, каждый из которых имеет разные характеристики с точки зрения температурного диапазона, долговечности, вибростойкости, химической стойкости и совместимости с областями применения.Тип J K, T Термопары из основного металла, наиболее распространенные типы термопар. Термопары типов R и S — это термопары из «редких металлов», которые используются в высокотемпературных приложениях.

Где используются термопары?
Термопары используются во многих промышленных и научных приложениях. Их можно найти практически на всех промышленных рынках: электроэнергетика, горнодобывающая промышленность, нефть и газ, фармацевтика, биотехнологии, цемент, бумага, стекло и многие другие. Термопары также используются в бытовых приборах, таких как печи, печи, печи для обжига пиццы и печи для пиццы.
W Как использовать термопару?

Термопары обычно выбирают из-за их низкой стоимости, пределов высоких температур, широкого диапазона температур и долговечности.

Итак, когда возникла термопара?

История термопары

Еще в 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек исследовал понятие различных металлов, когда они соединяются вместе. Он обнаружил, что наблюдались изменения температуры между суставами и магнитное поле — это известно как эффект Зеебака.

Позже было обнаружено, что магнитное поле является частью термоэлектрического тока. Напряжение, генерируемое двумя типами проводов, используется для измерения температуры от очень высокой до низкой.

Порог измерения температуры зависит от типа используемого материала провода, и, хотя при очень низком токе, мощность может генерироваться от спая термопары.

Ученые Майкл Фарадей и Георг Ом использовали эффект Зеебака для проведения экспериментов, помогающих лучше понять влияние удара и измерение температуры.

Благодаря этому открытию и дальнейшим исследованиям ученых на протяжении всей истории в начале 1900-х годов были произведены термопары. С тех пор технология развивалась и достигла того, чем она является сегодня. В настоящее время они используются во многих различных устройствах — от приготовления пищи до фармацевтического производства.

Производство термопары

С момента открытия измерения температуры изготовление устройства остается простым, но эффективным.Два металлических сплава соединяются вместе, образуя соединение.

Одна часть спая размещается на источнике, где необходимо измерить температуру. Вторая точка стыка поддерживается при постоянной температуре источника.

Диапазон температур зависит от типа металла, используемого при производстве термопары. Никель и никель имеют диапазон температур от -50 до 1410 градусов, а рений и рений — от 0 до 2315 градусов.

Конструкция термопары проста, и производители собирают датчики температуры из пары проводов.Эти провода обычно покрывают защитным слоем изолированной трубки.

Производители термопар определяют комбинацию металлов и калибровку, используемую для сборки. Использование термопары зависит от окружающей среды. Различные диаметры и материалы являются факторами, принимаемыми во внимание при производстве термопары определенного типа.

В других случаях установка термопары в уже существующую систему может изменить конструкцию устройства производителем.

Типы термопар

Различные термопары изготавливаются для различных целей с использованием различных металлов.

Различные типы популярных термопар включают:

• Тип K: самый распространенный тип термопары, он недорогой, надежный и точный
• Тип J: также очень распространен, но имеет меньший размер. диапазон температур, а также более короткий срок службы при более высоких температурах, чем тип K
• Тип T: стабильная термопара и используется для более низких температур
• Тип E: имеет более сильный сигнал и более высокую точность
• Тип N: имеет ту же точность и пределы, что и K, но немного дороже
• Тип S: для очень высоких температур и используется в основном в фармацевтической промышленности
• Тип R: аналогичен типу S с точки зрения производительности и часто используется при более низких температурах из-за своей точности и стабильности
• Тип B: имеет самый высокий температурный диапазон из всех термопар es

Различные типы термопар сгруппированы вместе, включая промышленные, универсальные и многоточечные.

Промышленные термопары — популярный тип. Производители предлагают эти термопары в диапазоне от «IS A — M». Термопары общего назначения подходят для большинства применений и имеют невысокую стоимость. Чаще всего производятся термопары общего назначения типа K.

Наконец, многоточечные термопары являются наиболее точным способом измерения температуры. Они используются там, где важны правильное измерение и управление температурой. Они производятся как типы E, K, J, N и T, которые изготавливаются из разных материалов.

Заключительные мысли о производстве термопары

Производство термопары варьируется и зависит от различных потребностей измерения температуры. От низкого к высокому — разные металлы и материалы, используемые для создания термопары правильного типа для любого поддержания температуры.

Когда дело доходит до выбора подходящего, все зависит от исследований и знаний вашего производителя. Правильная температура любого элемента имеет решающее значение для производства всех продуктов, связанных с температурой.

Термопара: что это такое? (Типы и как это работает)

Что такое термопара?

Термопара определяется как тепловой спай, который функционирует на основе явления термоэлектрического эффекта, то есть прямого преобразования разницы температур в электрическое напряжение. Это электрическое устройство или датчик, используемый для измерения температуры.

Термопара может измерять широкий диапазон температур. Это простой, надежный и экономичный датчик температуры, используемый в различных промышленных приложениях, дома, офисе и коммерции.

В 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что магнитное поле создается, когда два разных металла соединяются одним концом и создают разницу температур между двумя концами.

Он заметил, что из-за магнитного поля напряжение индуцируется термоэлектрическим эффектом. Однако это напряжение очень мало (в мВ) и зависит от типа металла, используемого в термопаре.

В зависимости от области применения термопары могут иметь различные конфигурации, включая зонды термопар, зонды с разъемами, инфракрасные термопары, термопары с базовым проводом и просто провод для термопар.

Как работает термопара?

Термопара состоит из двух пластин из разных металлов. Обе пластины соединяются одним концом и образуют стык.

Соединение размещается на элементе или поверхности, на которой мы хотим измерить температуру. Этот переход известен как горячий спай. А второй конец пластины держат при более низкой температуре (комнатной). Этот спай известен как холодный спай или опорный спай.

Работа термопары

Согласно эффекту Зеебека, разница температур между двумя разными металлами вызывает разность потенциалов между двумя точками пластин термопары.

Если цепь замкнута, через нее будет протекать очень небольшой ток. В цепь включен вольтметр. Напряжение, измеренное вольтметром, является функцией разницы температур между двумя переходами.

Следовательно, измеряя напряжение, мы можем рассчитать температуру горячего спая.

Как измерение температуры достигается с помощью термопары, подробно описано в видео ниже:

Типы термопар

В зависимости от различных типов комбинаций сплавов, термопары доступны в различных типах.Тип термопары выбирается в зависимости от области применения, стоимости, доступности, стабильности, химических свойств, мощности и диапазона температур.

Здесь мы обсудим различные типы термопар с их характеристиками.

Термопара типа K

Термопара типа K является наиболее распространенным типом термопар и имеет самый широкий диапазон измерения температуры.

Положительный вывод термопары типа K состоит примерно из 90% никеля и 10% хрома.Отрицательный провод состоит примерно из 95% никеля, 2% алюминия, 2% марганца и 1% кремния.

Положительный вывод желтого цвета, это немагнитный материал. Отрицательный вывод окрашен в красный цвет и представляет собой магнитный материал. И общая куртка желтого цвета.

Температурный диапазон термопары типа K составляет от -200 ° C до + 1260 ° C (от -328 F до +2300 F). Он недорогой и широко используется в приложениях общего назначения, где температурная чувствительность требует приблизительно 41 мкВ / ˚C.

Точность термопары типа K составляет ± 2,2 C% (0,75%). Точность термопары также зависит от отклонения в сплавах.

Термопара типа K лучше всего работает в чистой окислительной атмосфере. Не рекомендуется использовать в условиях частичного окисления в вакууме.

Термопара типа T

Этот тип термопары подходит для измерения низких температур. Положительный вывод состоит из меди, а отрицательный — из константана (45% никеля и 55% меди).

Чувствительность термопары типа T составляет 43 мкВ / ° C. Эта термопара подходит для работы в окислительной атмосфере. Температурный диапазон этой термопары составляет от -200 ° C до 350 ° C.

Термопара типа J

Этот тип термопары представляет собой недорогую и наиболее часто используемую термопару. Положительный вывод сделан из железа, а отрицательный — из константана (45% никеля и 55% меди).

Положительный вывод окрашен в белый цвет, а отрицательный вывод — в красный.И общая куртка окрашена в черный цвет.

Температурный диапазон термопары типа J составляет от -210˚C ​​до 750˚C (от -346F до 1400F). Этот тип термопары имеет меньший температурный диапазон и короткий срок службы по сравнению с термопарой типа K. Но этот тип термопары хорошо подходит для окислительной атмосферы.

Точность термопары этого типа составляет ± 2,2 ° C (0,75%). Этот тип термопары не рекомендуется для работы с более низкими температурами. А чувствительность термопары этого типа составляет примерно 50 мкВ / C.

Термопара типа E

Этот тип термопары имеет более высокую точность и более сильный сигнал, чем термопары типов K и J, в умеренных диапазонах температур. И это более стабильный тип термопары, чем тип K. Термопара типа E производит самую высокую ЭДС на градус, чем другие типы термопар.

Положительный вывод состоит из никель-хрома (90% никеля и 10% хрома), а отрицательный вывод состоит из константана (95% никеля, 2% алюминия, 2% марганца и 1% кремния).Положительный вывод окрашен в фиолетовый цвет, а отрицательный — в красный.

Температурный диапазон термопар этого типа составляет от -270˚C до 870˚C (от 454 до 1600F). Стандартная точность составляет ± 1,7 ° C%.

Этот тип термопары используется там, где требуется высокая точность и быстрый отклик. Он не используется в условиях вакуума или низкого содержания кислорода, а также в серной среде. Стоимость термопары типа E больше, чем у термопар типа J и K.

Термопара типа N

Термопара

типа N разработана Noel A.Берли. Пределы точности и температуры термопары типа N такие же, как и у термопары типа K.

Температурный диапазон термопары типа N составляет от -270 ° C до 1300 ° C. Чувствительность немного ниже, чем у термопары типа K, и составляет 39 мкВ / ˚C.

Термопара типа N состоит из никросила и низила. Где Nicrosil — это комбинация никеля, хрома и кремния. И сделал положительный провод. Nisil представляет собой комбинацию никеля и кремния. И сделал минусовой провод.

Эта термопара — лучшая альтернатива термопаре типа K для условий с низким содержанием кислорода. Этот тип термопары подходит для использования в вакууме, окислительной атмосфере, инертной атмосфере или сухой атмосфере.

Термопары типа S

Термопары типа S используются для более высоких температур. Из-за высокой точности и стабильности иногда используется также при низких температурах.

Температурный диапазон термопары типа S составляет от 630 ° C до 1064 ° C.Положительный провод состоит из 90% платины, 10% родия, а отрицательный светодиод состоит из платины.

Обычно термопары этого типа используются в фармацевтической и биотехнологической промышленности, где необходимо измерять высокую температуру с высокой точностью.

Термопара типа R

Термопара типа R также состоит из платины и родия. Но выходной диапазон и стабильность термопары типа R немного больше, чем у термопары типа S.

Термопара с положительным выводом pf типа R состоит из 87% платины и 13% родия. А отрицательный вывод состоит из платины. Температурный диапазон этой термопары составляет от 0 ° C до 1600 ° C.

Термопары типа B

Термопары типа B также состоят из комбинации платины и родия. Положительный вывод термопары состоит из 70% платины и 30% родия. А отрицательный свинец состоит из 94% платины и 6% родия.

Термопара типа B используется для измерения температуры до 1800 ° C.Но выход этой термопары ниже по сравнению с термопарами типа R и S.

Как узнать, что у вас плохая термопара?

Чтобы понять, когда у нас плохая термопара, мы сначала должны понять принцип работы хорошей термопары (той, которая работает)

Термопара работает за счет термоэлектрического эффекта, то есть прямого преобразования разницы температур в электрическое напряжение. Когда зонды термопары помещаются на поверхность, температуру которой мы хотим измерить, зонды имеют немного разные температуры.

Из-за этой разницы температур возникает ЭДС. И эта ЭДС пропорциональна температуре.

Вы можете измерить генерируемую ЭДС с помощью милливольтметра. Милливольтметр присоединен к обоим зондам термопары.

Теперь, если вы увеличите температуру, генерируемая ЭДС также должна увеличиться.

То есть, если показания ЭДС не зависят от температуры, значит, термопара неисправна / не работает должным образом.

Перед использованием термопары у вас должна быть справочная таблица термопары, которую вы используете.В таблице данных вы можете найти таблицу температуры и соответствующей ЭДС.

RTD против термопары

RTD (датчики термометра сопротивления) и термопара — оба устройства используются для измерения температуры. И трудно сделать вывод, что лучше с точки зрения общей производительности в качестве датчика температуры.

Но если вы укажете некоторые параметры производительности, такие как стоимость, диапазон температур, жесткость и скорость измерения, термопара будет иметь лучшие характеристики по сравнению с RTD.

Стоимость термопары намного меньше (почти в 2,5–3 раза) по сравнению с RTD. А еще дешевле стоит установка. RTD предназначен для измерения ограниченного диапазона температур.

Преимущество RTD в том, что он более точен по сравнению с термопарой. И повторяемость измерения больше по сравнению с термопарой. Следовательно, RTD предпочтительнее в приложениях, где требуется наиболее точная температура.

Итак, у обоих устройств есть свои достоинства и недостатки.Термопара имеет широкий диапазон измерений температуры, дешевле и долговечна. С другой стороны, RTD имеет лучшую точность и надежность измерения.

Цветовые коды термопар

Цветовые коды термопар различаются в зависимости от стандартов страны. В приведенной ниже таблице мы обсудили цветовую кодировку с различными стандартами.

Цветовые коды термопары

Как долго должна прослужить термопара?

Срок службы термопары зависит от области применения, в которой она используется.Следовательно, мы не можем точно определить срок службы термопары.

При правильном уходе он прослужит несколько лет. Но после нескольких лет непрерывного использования, возможно, появится эффект старения. И из-за этого будет генерировать слабый выходной сигнал.

Стоимость термопары ненамного выше. Следовательно, рекомендуется менять термопару через 2–3 года.

Применения термопар

Области применения термопар перечислены ниже:

• Они используются для контроля температуры в сталелитейной и черной металлургии.Для этого типа применения в электродуговой печи используются термопары типов B, S, R и K.
• Принцип термопары используется для измерения интенсивности падающего излучения (особенно видимого и инфракрасного света). Этот прибор известен как датчик излучения термобатареи.
• Используется в датчиках температуры в термостатах для измерения температуры в офисе, выставочных залах и домах.
• Термопара используется для обнаружения пилотного пламени в приборах, которые использовались для выработки тепла из газа, например, в водонагревателе.
• Для проверки текущей емкости установлен контроль температуры при проверке термостабильности оборудования распределительного устройства.
• Ряд термопар устанавливается на химическом производстве и на нефтеперерабатывающих заводах для измерения и контроля температуры на разных стадиях завода.

Как работает термопара и какие типы термопар?

Для многих из нас, кто работает в области автоматизации, особенно в области автоматизации процессов, такие вопросы, как что такое термопара, как работает термопара или какие типы термопар могут показаться очень простыми вопросами.Большинство из них просто скажут, что это градусник, и оставят все как есть.

Когда мы спрашиваем о термодинамике, лежащей в основе этого, люди на самом деле не говорят об этом. В статье вы узнаете, что такое термопара, и все остальное, что вам нужно знать о термопарах.

Чтобы узнать больше о разнице между RTD, термопарами и термисторами, вы можете прочитать нашу статью о RTD, термопаре и термисторе

Что такое термопара?

Термопары — это электрические устройства, состоящие из двух разнородных электрических проводников, образующих разные электрические соединения при различных температурах.

Основываясь на термоэлектрическом эффекте, термопара вырабатывает зависящее от температуры напряжение, которое можно использовать для измерения температуры.

Помимо термопар, на рынке представлен широкий спектр датчиков температуры — резистивные датчики температуры (RTD), инфракрасные датчики, термисторы, кремниевые диоды — и это лишь некоторые из них. Плюсы и минусы каждого из них делают их более подходящими для одних приложений и менее идеальными для других.

Чтобы узнать больше о датчиках температуры, вы можете ознакомиться с нашей статьей о типах и применении датчиков температуры

Но прежде чем мы начнем говорить о различных типах термопар, давайте разберемся, как именно они работают.

Как работает термопара?

Принцип работы термопары основан на законе физики. Мы называем это эффектом Зеебека в честь Томаса Иоганна Зеебека. Этот французский ученый обнаружил, что если мы соединим два разных металла и нагреем их на одном конце, разница температур между двумя концами создаст электродвижущую силу (ЭДС). Давайте посмотрим на картинку ниже, чтобы лучше понять это:

Предоставлено termopares.com.br

Эта ЭДС зависит от типа используемых металлов и температуры.Следовательно, если мы знаем характеристики обоих металлов, мы можем рассчитать изменение температуры, измерив создаваемое милливольтное напряжение. Чтобы связать напряжение с изменением температуры, нам понадобится таблица термопар.

Чтобы узнать больше о таблице термопар, вы можете прочитать нашу статью о чтении таблицы термопар

У каждого типа термопары будет своя справочная таблица, которая подводит нас к следующей теме. В следующем разделе обсуждаются типы термопар, доступных на рынке.

Типы термопар

Термопара состоит из двух металлов, которые создают ЭДС при изменении температуры на одном конце. Однако одна термопара не может работать во всех диапазонах температур, поэтому мы используем разные металлы для измерения всех необходимых нам диапазонов. Типы термопар можно отличить по цветам кабелей.

Но нужно быть осторожным, потому что эти цвета меняются в зависимости от страны и стандарта. Эта таблица даст вам представление о наиболее распространенных типах термопар, их диапазонах температур в некоторых из наиболее распространенных стандартов.

Схема подключения термопары

Любезно предоставлено температурными датчиками

Замена термопары

Термопары

имеют очень широкий диапазон температур, поэтому их часто используют в экстремальных условиях. Это делает замену термопары ключевым аспектом технического обслуживания. К счастью, интеллектуальные передатчики могут отслеживать состояние вашего основного элемента, а также его собственное здоровье. Эти устройства могут предоставить вам достаточно данных о вашем процессе для планирования профилактического обслуживания на основе прогнозного анализа.

Кроме того, они также могут предоставить вам данные о характеристиках различных датчиков, чтобы вы могли выбрать датчики с лучшими характеристиками и сроком службы для вашего технологического процесса.

Если вам нужна помощь в выборе подходящего датчика температуры для вашего приложения, обратите внимание на наш новый интеллектуальный помощник по температуре.

Найдите и купите термопару, подходящую для вашего применения

Чтобы узнать больше о термопарах и измерении температуры, вы можете посмотреть наше видео по Измерение температуры или свяжитесь с нашими инженерами!

Как работают термопары? Краткое руководство

Термопары — это надежные датчики температуры, которые используются во многих промышленных приложениях.Узнайте, что такое термопары, как они работают и почему они так популярны.

Термопары — это электрические устройства, используемые для измерения температуры. Их точность, быстрое время реакции и способность выдерживать сильные вибрации, высокое давление и экстремальные температуры делают их идеальными для широкого спектра применений. Но как работает термопара?

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары основан на эффекте Зеебека или термоэлектрическом эффекте, который относится к процессу преобразования тепловой энергии в электрическую.Эффект описывает электрическое напряжение, возникающее при соединении двух разных проводников, и то, как создаваемое напряжение изменяется в зависимости от температуры.

Базовая конструкция термопары состоит из двух разнородных металлических проводов, каждая из которых имеет разные электрические свойства при разных температурах. Два металла находятся в контакте — касаются друг друга, скручены или сварены — на одном конце; это точка измерения . На другом конце находится точка подключения , названная так потому, что она подключается к считывателю напряжения.Когда температура изменяется в точке измерения, изменяется и электронная плотность каждой металлической проволоки. Эта изменяющаяся электронная плотность составляет напряжение , которое измеряется в точке подключения.

Обратите внимание, что термопары фактически не измеряют абсолютную температуру. Вместо этого они измеряют разницу температур между точкой измерения и точкой подключения. Вот почему термопарам также необходима компенсация холодного спая , которая гарантирует, что температура окружающей среды на соединительных выводах холодного спая не влияет на результат измерения, что позволяет получать более точные показания.

Металлические пары в термопарах

Для того, чтобы термопара работала хорошо, два ее провода должны обеспечивать как можно больший контраст в индивидуальных электроотрицательностях. Это сделано для того, чтобы устройство считывания напряжения могло обнаружить наибольшую разницу термоэлектрических напряжений.

Термопары из недрагоценных металлов , известные как типы J, T, K, E и N, производят более высокие термоэлектрические напряжения, чем более дорогие благородные металлы, известные как типы R, S и B. выдерживает температуру до 3092 ° F (1700 ° C) или даже выше.Некоторые из обычных пар металлов — это железо и медь-никель (тип J), медь и медь-никель (тип T), а также никель-хром и никель-алюминий (тип K). Термопары из благородных металлов обычно изготавливаются из платины и родия (типы S, R и B).

WIKA USA производит широкий спектр высококачественных термопар с различными температурными диапазонами, конфигурациями и материалами. Для получения дополнительной информации о том, как работает термопара, посмотрите это короткое видео или свяжитесь с нашими специалистами по измерению температуры.

Что такое датчик термопары и как он работает

Автор: Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

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

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

Готовы начать? Пойдем!

Введение

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

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

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

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

Что такое термопара?

Термопара — это датчик, который используется для измерения температуры.Термопара — очень популярный датчик благодаря своей относительно низкой стоимости, взаимозаменяемости, широкому диапазону измерения и надежности.

Типовой датчик термопары
Hartke, Wikimedia Commons, общественное достояние

Термопары

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

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

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

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

Типы термопар

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

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

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

рэнд

ANSI	IEC	Используемые сплавы	Самый широкий диапазон	Магнитный?	Комментарии
Дж	Дж	железо-константан	от -40 ° до 750 ° C от -40 ° до 1382 ° F	Есть	Лучше для высоких, чем для низких температур
К	К	Хромель-Алюмель	от −200 ° до 1350 ° C от −330 ° до 2460 ° F	Есть	Самый широкий ассортимент, самый популярный.Никель магнитный.
Т	т	Медь (Cu)	от -270 до 400 ° C от -454 до 752 ° F	№	Подходит для более низких температур и влажной среды.
E	E	Хромель-константан	от −50 ° до 740 ° C	№	Подходит для криогенного использования.
N	№	Никросил (Ni-Cr-Si)	от -270 до 1300 ° C от -450 до 2372 ° F	№	Широкий диапазон температур, более стабильный, чем тип K
B	B	Платина-30% родий (Pt-30% Rh)	от 0 до 1820 ° C от 32 до 3308 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
р		Платина-13% родий (Pt-13% Rh)	от -50 до 1768 ° C от -58 до 3214 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
S	S	Платина-10% родий (Pt-10% Rh)	от -50 до 1768 ° C от -58 до 3214 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
C W3 W5	C W3 W5	Вольфрам-3% рений (W-3% Re)	от 0 до 2320 ° C от 32 до 4208 ° F	№	Сделано для высокотемпературных применений, но не в окислительных средах

Подробное сравнение термопар доступно на изображении ниже.Щелкните изображение, чтобы увеличить:

Как работает термопара?

Термопары

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

Как это возможно? Создаем ли мы бесплатную энергию из ничего? Вовсе нет — это просто физика!

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

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

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

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

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

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

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

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

Компенсация холодного спая

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

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

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

Линеаризация

Малое выходное напряжение датчика термопары не является линейным, то есть не изменяется линейно при изменении температуры. Линеаризацию можно выполнить самим формирователем сигнала или с помощью программного обеспечения, работающего внутри системы сбора данных.

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

Проблемы и решения для измерения термопар

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

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

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

Провода для термопар

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

Системы

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

Приложения для измерения термопар

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

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

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

Преимущества и недостатки термопар

Преимущества термопары:

• Автономный (пассивный)
• Простота использования
• Взаимозаменяемость, простота подключения
• Сравнительно недорого
• Доступен широкий выбор зондов для термопар
• Широкий диапазон температур для многих типов
• Более высокие температурные возможности, чем у других датчиков
• Не зависит от сопротивления, уменьшается или увеличивается

Недостатки термопары:

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

Сравнение датчиков температуры: термопары, RTD и термисторы

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

Технические характеристики типовые

Выбор подходящей термопары для вашего применения

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

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

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

Обучающее видео по термопарам

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

Dewesoft Измерительные приборы для термопар

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

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

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

Dewesoft X настолько гибок, что вы можете отображать данное измерение одновременно в нескольких единицах измерения, если это необходимо.

Измерение термопар SIRIUS

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

Системы сбора данных

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

Линейка продуктов SIRIUS DAQ devices

Адаптеры для термопар серии

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

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

Адаптеры

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

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

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

1) Примечание — адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C.
2) Примечание — некоторые модули SIRIUS DAQ имеют варианты входных разъемов, отличные от DB9.Пожалуйста, выберите DB9 для идеальной совместимости с адаптером DSI.

KRYPTON для измерения термопар

DAQ-модуль термопары KRYPTON испытывается на вибрационном шейкере

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

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

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

Термопары

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

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

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

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

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

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

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

Одноканальный KRYPTON ONE обеспечивает максимальную модульность:

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

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

Измерение термопары IOLITE

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

Слева: система для монтажа в стойку IOLITEr с 12 слотами для модулей ввода
Справа: настольная система IOLITEs с 8 слотами для модулей ввода

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

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

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

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

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

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

Измерение термопар DEWE-43A и MINITAUR

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

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

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

Что такое термопара и как она работает? Принцип работы термопары

Термопара состоит как минимум из двух металлов, соединенных вместе, чтобы образовать два спая.Один связан с телом, температуру которого нужно измерить; это горячий или измерительный спай. Другой переход связан с телом известной температуры; это холодный или опорный спай. Поэтому термопара измеряет неизвестную температуру тела относительно известной температуры другого тела.

Принцип работы

Принцип работы термопары основан на трех эффектах, открытых Зеебеком, Пельтье и Томсоном. Они следующие:

1) Эффект Зеебека: Эффект Зеебека утверждает, что, когда два разных или непохожих металла соединяются вместе в двух стыках, на двух стыках создается электродвижущая сила (ЭДС).Количество генерируемой ЭДС различается для разных комбинаций металлов.

2) Эффект Пельтье: В соответствии с эффектом Пельтье, когда два разнородных металла соединяются вместе, образуя два перехода, внутри цепи генерируется ЭДС из-за разной температуры двух переходов цепи.

3) Эффект Томсона: Согласно эффекту Томсона, когда два разнородных металла соединяются вместе, образуя два перехода, в цепи существует потенциал из-за градиента температуры по всей длине проводников в цепи.

В большинстве случаев ЭДС, предполагаемая эффектом Томсона, очень мала, и ею можно пренебречь, правильно подобрав металлы. Эффект Пельтье играет важную роль в принципе работы термопары.

Диаграммы

Как это работает

Общая схема работы термопары показана на рисунке 1 выше. Он состоит из двух разнородных металлов, A и B. Они соединены вместе, образуя два перехода, p и q, которые поддерживаются при температурах T1 и T2 соответственно.Помните, что термопара не может быть сформирована, если не будет двух спаев. Поскольку два перехода поддерживаются при разных температурах, в цепи генерируется ЭДС Пельтье, которая является функцией температур двух переходов.

Если температура обоих переходов одинакова, на обоих переходах будет генерироваться равная и противоположная ЭДС, а общий ток, протекающий через переход, равен нулю. Если поддерживать разные температуры в переходах, ЭДС не станет равной нулю, и по цепи будет протекать чистый ток.Полная ЭДС, протекающая через этот контур, зависит от металлов, используемых в контуре, а также от температуры двух переходов. Полная ЭДС или ток, протекающий по цепи, можно легко измерить с помощью подходящего устройства.

Устройство для измерения тока или ЭДС включается в цепь термопары. Он измеряет количество ЭДС, протекающей через цепь из-за двух стыков двух разнородных металлов, поддерживаемых при разных температурах.На рисунке 2 показаны два спая термопары и устройство, используемое для измерения ЭДС (потенциометр).

Теперь температура эталонных спаев уже известна, а температура измерительного спая неизвестна. Выходной сигнал цепи термопары калибруется непосредственно по неизвестной температуре. Таким образом, выходное напряжение или ток, полученные от цепи термопары, напрямую дает значение неизвестной температуры.

Устройства, используемые для измерения ЭДС

Величина ЭДС, возникающая в цепи термопары, очень мала, обычно в милливольтах, поэтому для измерения ЭДС, генерируемой в цепи термопары, следует использовать высокочувствительные приборы.Обычно используются два устройства: обычный гальванометр и потенциометр для выравнивания напряжения. Из этих двух чаще всего используется балансирующий потенциометр вручную или автоматически.

На рисунке 2 показан потенциометр, подключенный к цепи термопары. Переход p соединен с телом, температуру которого необходимо измерить. Спай q является эталонным спаем, температуру которого можно измерить термометром. В некоторых случаях эталонные спаи также можно поддерживать при температуре льда, подключив их к ледяной бане (см. Рисунок 3).Это устройство может быть откалибровано с точки зрения входной температуры, так что его шкала может давать значение непосредственно с точки зрения температуры.

Ссылка

Книга: Механические измерения Томаса Г. Беквита и Н. Льюиса Бака

Изображения предоставлены

1. Книга: Механические измерения Томаса Г. Беквита и Н. Льюиса Бак

2. https: // www .tpub.com / content / doe / h2013v1 / css / h2013v1_24.htm

Этот пост является частью серии: Что такое термопары? Как работают термопары?

Это серия статей, описывающих, что такое термопары, как работают термопары, материалы, используемые для термопар, а также различные формы и формы термопар.