особенности, описание, виды и принцип работы термоэлектрических датчиков
Термопара — это термоэлектрический преобразователь. Иными словами – это прибор, используемый для измерения температур в разных областях: в медицине, в промышленности, науке, в системах автоматики, а также в быту. В настоящее время термопары широко распространены и применяются практически повсюду. На практике чаще всего используются термопары K типа, а также J и Т. С их помощью измеряют температуры воды, воздуха, газов, смазочных материалов и так далее.
Классификация по типам
При желании возможно создать такой прибор даже самостоятельно. Однако следует все же знать некоторые особенности таких преобразователей, их различие по типу применяемых материалов. А классифицируются виды термопар так:
- Тип E. Используется сплав хромель – константан. Эти датчики обладают высокой чувствительностью – до 68 мкВ/°C. Подходят для криогенного использования. Температуры, при которых возможно применение, колеблются от -50 °C до +740 °C.
- Тип J. Здесь применяют состав железо – константан. Используются для условий в температурных диапазонах от -40 °C до +750 °C. Имеет повышенную производительность –50 мкВ / °С.
- Термопары типа K выполняются на основе сплава хромеля и алюминия. Это, несомненно, самые популярные датчики широкого назначения. Обладают производительностью до 41 мкВ/°C. Применяются в температурных диапазонах от -200 °С до +1350 °C. В неокисляющих и инертных условиях датчики типа K используются до 1260 °C.
- Тип M. Эти термопары применяются в основном в вакуумных печах. Используются при температурах до +1400 °C.
- Регуляторы типа N — никросил-нисиловые. Они стабильны и стойки к окислению, имеют производительность 39 мкВ/ °C. Поэтому их используют при температурах от -270 °C до +1300 °C.
- Устройства типов B, R и S выпускаются из сплава родия и платины. Класс B, R и S — датчики довольно дорогие и имеют низкую производительность: всего 10 мкВ/° C. Используются благодаря высокой надежности исключительно для измерения высоких температур.
- Датчики на основе сплавов рения и вольфрама. В основном они работают в автоматике промышленных процессов, в производстве водорода и так далее. Не рекомендуется применять в кислотных средах.
Технические характеристики прибора
Примечательно, что термопарам не нужны никакие дополнительные источники питания. Они применяются для измерения температур достаточно большого диапазона: от -200 °C до +2000 °C. При этом они обладают меняющимися параметрами. Проблематично еще и то, что надо учитывать влияние температуры свободных концов на заключительные результаты измерений. Помимо этого, низкое выходное напряжение требует достаточно точных усилителей.
Ярким примером использования приборов, созданных по принципу термопар, служат компактные цифровые термометры. В настоящее время — это основной и, пожалуй, самый массовый прибор для осуществления статических и динамических измерений.
Выходным сигналом термопары является постоянное напряжение. Он достаточно просто преобразуется в цифровой код. А затем его можно измерить с помощью простейших приборов. Для этих целей можно взять, к примеру, малогабаритный цифровой мультиметр.
Измерительные приборы на основе термопар отличает высокая точность и чувствительность, а также правильность характеристик преобразования. Обычно напряжение на выходе колеблется от 0 до 50 мВ, а типичная производительность — от 10 до 50 мкВ/°C. Все зависит от используемых в датчике материалов.
Основной принцип работы
В основу принципа работы термопары положен термоэлектрический эффект, называемый иначе эффект Зеебека. Он гласит, что когда проводник подвергается воздействию, соответственно изменяется его сопротивление и напряжение.
Принцип действия термопары состоит в том, что если соединить последовательно два разнородных металлических проводника, то при этом образуется замкнутая электрическая цепь. Если затем нагреть это соединение, то в цепи возникнет электродвижущая сила (термо-ЭДС). Под ее воздействием в замкнутой цепи и возникает электрический ток.
Место нагрева, как правило, называют горячим спаем, соответственно холодный спай не нагревается. Значение термо-ЭДС измеряется путем подключения в разрыв электрической цепи гальванометра или микровольтметра. То есть она напрямую зависит от разности температур между холодным и горячим спаем.
Вследствие нагревания места соединения проводников термопары между свободными концами образуется разность потенциалов. Она легко преобразовывается в цифровой код. Возникает возможность определения температуры нагрева на месте соединения проводников.
Для точности проведения измерений холодный спай должен всегда иметь неизменную температуру. Поскольку этого довольно сложно добиться, применяются компенсационные схемы.
Достоинства и недостатки
Термопары обладают многими достоинствами в сравнении с аналогичными термоэлектрическими датчиками температуры. К плюсам, например, относят:
- простая конструкция;
- прочность;
- надёжность;
- универсальность;
- низкая стоимость;
- можно пользоваться в самых разных условиях;
- можно измерять самые разные температуры;
- точность произведенных измерений.
Однако, как и любой другой прибор, эти датчики имеют свои недостатки:
- довольно низкое напряжение на выходе;
- нелинейность.
Измерение температур с использованием термопар, изобретенное еще в XIX веке, достаточно широко применяется в современном производстве. Кроме того, существуют такие сферы деятельности, где применение этих датчиков становится порой единственным возможным способом получения необходимых измерений.
Типы термопар: статья блога ТЕРМОЭЛЕМЕНТ
Термопары зависимо от сферы применения, величины измеряемых температур и своего состава делятся на разные типы.Хромель-алюмель тип К
Это один из самых применяемых типов термопар. На протяжении долгого времени измеряет температуры до 1100 0С, в коротком – до 1300 0С. Измерение пониженных температур возможно до -200 0С. Отлично функционирует в условиях окислительной атмосферы и инертности. Возможно применение в сухом водороде, и недолго в вакууме. Чувствительность – 40 мкВ/ 0С. Это самый стойкий тип термопары способный работать в реактивных условиях.Минусами является высокая деформация электродов и нестабильная ЭДС.
Хромель-алюмель или термопара типа К не применяется в среде с содержанием О2 более чем 3%. При большем содержании кислорода хром окисляется и снижается термическая ЭДС. Тип К с защитным чехлом можно использовать в переменной окислительно-восстановительной атмосфере.
Для защиты термопары ХА применяется оболочка из фарфорового, асбестового, стекловолоконного, кварцевого, эмалевого материала или высокоогнеупорных окислов.
Чаще всего хромель-алюмель выходит из строя из-за разрушения алюмелевого электрода. Происходит это после нагревания электрода до 650 градусов в серной среде. Предотвратить коррозию алюмели можно лишь исключив попадание серы в рабочую среду термопары.
Хром портится из-за внутреннего окисления, когда в атмосфере содержится водяной пар или повышенная кислотность. Защитой является применение вентилируемой защиты.
Хромель-копель тип L
Это также часто применяемая термопара позволяющая измерять в инертной и окислительной среде. Длительное измерение до 800 0С, короткое – 1100 0С. Нижний предел -253 0С. Длительная работа до 600С. Это самая чувствительная термопара из всех измерительных устройств промышленного типа. Обладает линейной градуировкой. При температуре 600 градусов выделяется термоэлектрической стабильностью. Недостатком является повышенная предрасположенность электродов к деформациям. Положительным электродом у термопары типа L является хромель, а отрицательным – копель. Рабочая среда – окислительная или с инертно газовой составляющей. Возможно применение в вакууме при повышенной температуре короткое время. Используя хорошую газоплотную защиту ТХК можно использовать в серосодержащей и окислительной среде. В хлорной или фторсодержащей атмосфере возможна эксплуатация, но только до 200 градусов.Железо-константан тип J
Используется в восстановительной, окислительной, инертной и вакуумной среде. Измерение положительных сред до 1100 0С, отрицательных – до -203 0С. Именно тип J рекомендуется применять в положительной среде с переходом в условия отрицательной температуры. Только в отрицательной среде ТЖК использовать не рекомендуется. На протяжении длительного времени измеряет температуры до 750 0С, в коротком интервале 1100 0С. Минусы: высокочувствительна — 50-65 мкВ/ 0С, поддается деформациям, низкая коррозийная стойкость электрода содержащего железо.ТЖК устойчива к окислительной и восстановительной среде. Железо при температурах от 770 0С поддается магнитным и ↔- превращениям, влияющим на термоэлектрические свойства. Нахождение термопары в условиях больше 760 0С не способно далее в точности измерять показатели температуры нижеуказанных цифр. В данном случае ее показания не соответствуют градуировочной таблице.
Скоки эксплуатации зависят от поперечного сечения электродов. Диаметр должен соответствовать измеряемым показателям.
В условиях температур выше 500С с содержанием серы в атмосфере рекомендуется применять защитный газоплотный чехол.
Вольфрам-рений тип А-1, А-2, А-3
Отлично измеряет температуры до 1800 градусов. В промышленности используется для измерения показателей около 3000 0С. Нижний предел ограничивается – 1300 0С. Можно эксплуатировать в аргоновой, азотной, гелиевой, сухой водородной и вакуумной средах.Термо-ЭДС при 2500 0С — 34 мВ для измерительных устройств из сплавов ВР5/20 и ВАР5 /ВР20 и 22 мВ, для термопар из сплава ВР10/20, чувствительность – 7-10 и 4-7 мкВ/ 0С.
ТВР характеризуется механической устойчивостью даже в условиях высокой температуры, справляется со знакопеременными нагрузками и резкими тепловыми сменами. Удобна в установке и практически не теряет свойств при загрязнении.
Минусы: низкая производимость термо-ЭДС; при облучениях нестабильная термо-ЭДС ; падение чувствительности при 2400 0С и более.
Более точные результаты у сплавов ВАР5/ВР20 наблюдаются при длительном измерении, что не так характерно для сплавов ВР5/20.
В ТВР электроды изготавливаются из сплавов ВР5 – положительный и ВР20 – отрицательный; ВАР5 – положительный и ВР20 – отрицательный или ВР10 – положительный и ВР20 – отрицательный электрод.
Незначительное наличие О2 способно вывести термопару вольфрам-рений из строя. В окислительной среде используются лишь в быстротекущем процессе. В условиях сильного окисления моментально выходит из строя.
Иногда эта термопара может использоваться в работе высокотемпературной печи совместно с графитовым нагревательным элементом.
В качестве электродных изоляторов применяют керамику. Оксид бериллия можно применять, как изолятор в том случае, когда воздействующая на него температура не превышает температур плавления. При измерении значений меньше 1600 0С электроды защищают чистым оксидом алюминия или магния. Керамический изолятор должен быть прокален для возможности очистки разных примесей. В условиях повышенного окисления используются чехлы из металла и сплавов Mo- Re, W-Re с покрытиями. Измерительный прибор с защитой из иридия можно кратковременно использовать на воздухе.
Вольфрам-молибден
Эксплуатируется в инертной, водородной и вакуумной сфере. Температуры измерений – 1400 0С -1800 0С, пределы рабочих показателей — 2400 0С. Чувствительность — 6,5 мкВ/ 0С. Обладает высокой механической прочностью. Не нуждается в химической чистоте.Минусы: низкая термо-ЭДС; инверсия полярности, повышение хрупкости при повышенных температурах.
Рекомендуется применять в водородной, инертногазовой и вакуумной среде. Окисление на воздухе происходит при 400 градусах. При повышении термической подачи окисление ускоряется. ТВМ не вступает в реакцию с Н и инертным газом до температур плавления. Данный тип термопары лучше не использовать без изоляторов, так как она при повышении температуры может вступать в реакцию с окислами. При наличии керамического изолятора возможно кратковременное применение в окислительной среде.
Для измерения термической составляющей жидкого металла изолируется обычно глиноземистой керамикой с применением кварцевого наконечника.
Платинородий-платина типы R, S
Самые распространенные типы термопары для температур до 1600 0С. К данным устройствам относятся платина со сплавом платины и родия 10%-ти или 13%-ным составом. Применяются в инертной и окислительной среде. Длительное использование при 1400С, кратковременное — 1600С. Обладают линейной термоэлектрической особенностью в диапазоне 600-1600 0С. Показатель чувствительности — 10-12 мкВ/ 0С (10% Rh) и 11-14 мкВ/С (13% Rh). Производят высокоточное измерение, обладают высокой воспроизводимостью и стабильностью термо-ЭДС.Минусы: нестабильность в облучаемой среде, повышенная чувствительность к загрязнениям.
ТПП с хорошим изолятором может применяться в восстановительной среде, и в условиях содержащих мышьяковые пары, серу, свинец, цинк и фосфор.
Практически не используются для измерения отрицательных температур по причине снижения чувствительности. Но, в отдельной сборке возможно измерение значений до -50 градусов. Для значений 300-600 0С применяются в качестве сравнительных показателей. Краткое применение – до 1600 0С, длительное – 1400 0С. С наличие защиты можно длительно эксплуатировать при 1500 0С.
Изоляторами в условиях температуры до 1200 0С применяются кварцевые и фарфоровые материалы или муллит и силлиманит. Образцовые термопары изолируют плавленым кварцем.
При использовании с вырабатываемой температурой в 1400 0С в качестве изолятора лучше применять керамику с окислю Al2O3. При слабоокислительной и восстановительной среде около 1200 0С.
В слабоокислительных и восстановительных условиях с температурой выше 1200 и независимо от условий с температурами выше 1400 0С необходимо в качестве изолятора использовать керамический высокочистый оксид алюминия. В восстановительной среде возможно применение оксида магния.
Обычно внутренний чехол для термопары состоит из того же материала из которого выполнен изолятор. Данные материалы должны быть газоплотными. В условиях разового измерения температур жидкой стали, чтобы защитить рабочий спай измерителя используются кварцевые наконечники.
Вся рабочая длина электродов должна быть заизолирована трубкой из керамики двухканального типа. Места стыка трубки и чехла, электрода и трубки должны иметь зазоры для вентиляции. Электроды должны тщательно очищаться от смазки перед установкой в изолятор. В свою очередь металлический чехол тоже должен быть сухим и чистым. Перед установкой на объект все компоненты термопары должны пройти отжиг. Термоэлектроды не должны выполнять опорную функцию для изолятора. Особенно это важно для вертикальных термопар.
Платинородий-платинородий тип В
Используется в окислительных и нейтральных условиях. Возможна эксплуатация в вакуумной среде. Максимальная температура измерений длительного потока 1600 0С, кратковременная — 1800С. Чувствительность — 10,5-11,5 мкВ/ 0С. Выделяется хорошей стабильностью термического ЭДС. Возможно применение без удлинительных проводов из-за низкой чувствительности в температурном диапазоне от 0 до 100 0С.Изготавливается из сплава платины и родия ПР30 и ПР6.
В атмосфере восстановительного типа и паров металлического и неметаллического состава необходима надежная защита. В качестве изолятора используется керамическое сырье из чистого Al2O3.
Характеристики эксплуатации и прочностные данные соответствуют термопарам типов R, S. Но, выходят они из строя намного реже по причине низкой подверженности химзагрязнениям и росту зерен.
Термопара типы и их характеристика
Экспериментально полученные зависимости термоЭДС термопар от температуры при условии равенства нулю температуры свободных концов называют градуировочными характеристиками. В табл. 9.7 в сокращенном объеме приведены значения эксплуатационных характеристик, а в табл. 9.8 — 9.18 — градуировочные характеристики термопар основных типов. [c.614]
Рассмотрим подробнее отдельные узлы прибора. В настоящее время распространены электронные самопищущие потенциометры двух типов ЭПП-09 с записью на ленточной диаграмме шириной 275 мм и ПС-1 с записью на диаграмме шириной 160 мм. Потенциометры изготовляются на различные пределы измерений и градуируются в милливольтах (вся шкала 10— 100 мв) или в градусах (300—1600° С) при использовании в качестве датчиков различных термопар. Самописцы типа ЭПП-09, изготовляемые для записи температур от 3, 6 и 12 термопар, непригодны для непрерывной записи спектра излучения. Важнейшими характеристиками прибора являются скорость пробега каретки с пишущим пером вдоль всей шкалы (1, 2,5 и 8 сек — для ЭПП-09 2,5 и 8 сек —для ПС-1), а также скорость передвижения диаграммной ленты (60—4800 — для ЭПП-09 20—720 жж/ч —для ПС-1). [c.152]
Узел трения, смонтированный на сверлильном станке, состоял из цилиндрической чашки, изготовленной из стали марки ШХ-15, в которой были расположены три свободно перемещающихся стальных шарика диаметром 12,7 мм. Верхний четвертый шарик закрепляли во вращающемся шпинделе. Осевая нагрузка на шарики 500 кг создавалась винтовым домкратом типа ДОСМ-1, а для замера нагрузки применяли Динамометр типа ИЧ (ГОСТ 577—60). Момент наступления питтинга (износ, связанный с выкрашиванием металла) фиксировали акустическим зондом типа ЗА-5, который передавал волну (шум от вибрации) на экран осциллографа С-1-8 (У0-1М). Температуру масла (60° С) замеряли термопарой. Количество масла в чашке составляло 25 мл. Чашку охлаждали проточной водой. В масла вводили 5 вес. % высокомолекулярных сульфидов. При определении смазывающих (противозадирных и приработочных) свойств масел для сравнения испытывали в аналогичных условиях масло со стандартной присадкой — осерненным октолом-3, обычно добавляемым в количестве 13 вес. %. Характеристика смазывающих свойств масел следующая [c.175]
Опыты по определению регенерационной характеристики катализаторов на установке проводят следующим образом. Анализируемую пробу засыпают в корзинку 6 с перфорированным дном и открытым верхом и подвергают закоксовыванию, подавая углеводородное сырье на катализатор из бюретки 2 через канал в нагревательном блоке. Продукты реакции отводят через холодильник в приемник и газометр. При регенерации катализатора воздух подают по тому же каналу и отводят через боковое отверстие 4. Температуру в корзинке и в нагревательном блоке, изготовленном из массивного бруска нержавеющей стали, контролируют термопарами 7. Изменение массы навески катализатора в ходе опытов фиксируют с помощью весов типа Вестфаля—Мора. [c.172]
В работе [139] проведено детальное экспериментальное исследование как структуры течения, так и характеристик теплопередачи при постоянном тепловом потоке от поверхности. Локальные измерения в потоке воды около поверхности с 0 до 30° были выполнены термопарой и клиновидным пленочным термоанемометром. При угле отклонения 0 10° оба типа возмущения усиливаются одинаково. Если 0 не превышает 10°, то развитие возмущений происходит почти так же, как и в вертикальном течении. При 0 > 10° преобладают возмущения в виде продольных вихрей. Периодичность этих вихрей в боковом направлении зависит от угла 0 и не зависит от величины теплового потока. [c.125]
Обычно холодный спай должен находиться на некотором расстоянии от печи, и дл этой цели вместо дорогой платиновой проволоки используют компенсационные медные или ни-кель-медные провода, имеющие очень близкие к проволоке термопары характеристики по э. д. с. Компенсационные провода припаивают к проволокам термопары и для спаянных соединений поддерживают одинаковую температуру, изменение которой на 10 или 20° вызывает ошибку в показаниях до 0,5°. Применение компенсационных проводов оправдано для регулирующих приборов, где большая точность не требуется, но применения их нужно избегать при точном измерении температуры однако некоторые типы потенциометров теперь снабжены такими проводами. [c.105]
В эксперименте определялись следующие характеристики зависимость массовой скорости горения от плотности и (6), распределение температуры в конденсированной и газовой фазах Т (.г), а также изменение давления в порах горящего заряда рц (г). Применялись термопары вольфрам-рений и медь-константан толщиной 30 мк. Запись давления в порах осуществляли у закрытого донного конца заряда чувствительным жидкостным манометром (вода, ртуть) открытого типа. Все опыты выполнены при атмосферном давлении. [c.48]
Показания термопар для получения характеристик температурного поля по высоте реакционной зоны в ее поперечных сечениях регистрируются потенциометрами ЭПП-09. Для замера сопротивления слоя катализатора на различных уровнях реактора установлены импульсные линии, которые соединяются с диафрагмами ДМПК-100, передающими показания на вторичные приборы системы «Старт» типа ПВ4 -ЗЭ. [c.111]
В изолированный пенопластом 11 полиэтиленовый стакан 9 помещают навеску олигоэфира, эмульгатора и катализатора. Вся масса перемешивается мешалкой 4, приводимой в движение электродвигателем 1. Зубчатая передача 3 позволяет менять число оборотов двигателя. Весь прибор для вспенивания 12 герметичен и помещен в воздушный термостат 8, который позволяет поддерживать постоянную начальную температуру (25 °С) реагентов с точностью 1°С. Олигомерная смесь и диизоцианат подаются в стакан через краны 6. Дифференциальная термопара 5, соединенная с потенциометром 7 типа ЭПП-09 через делитель, фиксирует изменение температуры внутри пены. Количество СОг, выделяющееся в процессе вспенивания, измеряется газовым счетчиком 2 и записы Бается потенциометром 13. На валу счетчика жестко укреплен движок реохорда, сигнал с которого подается на потенциометр. Резиновая камера 10 позволяет учитывать количество вспенивающего газа (СОг), поглощаемой водой. Основные характеристики установки приведены ниже [c.45]
Нашей промышленностью серийно выпускается большое количество стандартных термопар (приборостроительный завод, г. Луцк). Однако в связи с тем, что при точных испытаниях и исследованиях их почти не применяют, в настояпцей книге они не приведены. Типы серийно выпускаемых термопар и их технические характеристики подробно представлены у О. А. Геращенко и В. Г. Федорова [1965]. [c.87]
Скорость излучения энергии поверхностью зависит от температуры поверхности, материала и площади матовая черная поверхность излучает больше энергии в секунду, чем полированная, при одинаковой площади и температуре. Чем чернее поверхность, тем интенсивнее излучение, так что максимальное излучение при данной температуре будет у абсолютно черной поверхности. Если иметь такую излучающую поверхность, то можно исследовать зависимость излучающейся энергии только от температуры. При эксперименте излучение с характеристиками, очень близкими к излучению абсолютно черного тела, можно получить от малого отверстия в стенке печи, температура в которой поддерживается постоянной. Если излучение от такого источника разложить системой призм и направить на чувствительный детектор энергии типа термопары, то можно получить распределение энергии по длинам волн. Классические эксперименты в этой области были выполнены Люммером и Прингсгеймом в конце девятнадцатого века. Типичный результат показан на рис. 2.1, где Е% — лучистая энергия, испущенная в единичном интервале [c.18]
Печь люлечно-подиковая, тупиковая, каркасная, панельного типа с электронагревом предназначена для выпечки широкого ассортимента хлебобулочных изделий. Печь состоит из пустотелых металлических панелей толщиной 250 мм, заполненных минеральной ватой марки 150, двухниточного цепного конвейера с подвешенными 34 люльками, электронагревателей, вытеснительных коробов и термопар. Техническая характеристика печи П-104 приведена в табл. X—3. [c.302]
К недостаткам описываемых термопар следует отнести нелинейность их характеристики, а также нестабильность характеристик различных парти11 термоэлектродного материала. Испытанные нами вольфрам-молибденовые термопары типа ЦНИИЧМ-1 хотя и имеют линейную характеристику, но мало пригодны для продолжительной работы из-за своей большой чувствительности к кислороду и большой хрупкости. [c.201]
Такие приборы ГИЭКИ рекомендуется применять в схеме автоматического регулирования тепловых режимов печей, показанной на рис. 119. Импульс от термопары 1 принимается потенциометром 2 и изодромным регулятором 3, который дает приказ на включение исполнительного механизма 5. Перемещение рычага 7 исполнительного механизма при помоши связей одновременно пе-ре/мещает ползунок 8 вдоль переменного сопротивления 6, регулирующего движение золотников (расход мазута) и поворотную дроссельную заслонку 4 на воздухопроводе. Характеристики регулирующей поворотной заслонки 4 и переменного сопротивления 6 должны быть подобраны таким образом, чтобы при всех положениях рычага исполнительного механизма соотношение топливо — воздух оставалось неизменным. Недостатком такой схемы является дросселирование воздуха на воздухопроводе поэтому при данной схеме можно применять лишь форсунки с двухступенчатым подводом воздуха. Кроме того, регулятор подобного типа при работе с малыми расходами мазута дает значительную пульсацию в его подаче, что отрицательно сказывается на работе форсунок. [c.203]
Разложение близкого к параллельному пучка света (несущего энергию излучения в указанном видимом диапазоне) на его спектральные составляющие можно осуществить с помощью призмы или дифракционной решетки. Количественное сравнение потоков излучения, приходящихся на различные участки видимого спектра, после такого разложения можно провести с помощью различных чувствительных к излучению приемников (болометров, термоэлементов, термопар, фотоэлектрических ячеек). Сочетание диспергирующего элемента (призмы или решетки) с детектором, измеряющим поток излучения и откалиброванным так, чтобы подсчитать этот поток в абсолютных единицах, называется спектрорадио-метром. Если аналогичное устройство предназначено только для количественного сравнения потока излучения в том или ином спектральном интервале с потоком стандартного (эталонного, опорного) пучка лучей, его часто называют спектрофотометром. Прибор такого типа представляет собой очень важный для физика инструмент при практических измерениях цвета, в соответствующем разделе о нем будет рассказано подробнее. С его помощью физик может не только полностью определить физические характеристики, придающие именно данный, а не иной цвет небольшому удаленному источнику света или большой однородно светящейся поверхности, но и характеристики этих источников, которые обусловливают цвета освещаемых ими объектов. Он получает также возможность определить физическую основу цвета прозрачных и непрозрачных природных или синтетических объектов, исследуя, как эти объекты меняют спектральный состав излучения, падающего на них. [c.48]
Для измерения температуры пленки применялась передвижная термопара с такой же характеристикой. Для установки этой термопары на трубе было сконструировано специальное приспособление. Термопара вводилась в поток в кормовой части его и устанавливалась таким образом, чтобы не было искажения характера течения пленки в точке замера температуры. Для измерения теплоэлектродвижущей силы термопар применялась компенсационная схема с лабораторным высокоомным потенциометром постоянного тока типа ППТВ-1. Холодный спай, общий для всех термопар, был помещен в сосуд Дьюара, заполненный тающим льдом. Таким образом, температура холодного спая 0°С поддерживалась постоянной. Зеркальный гальванометр использовался как нуль-прибор. [c.28]
Термопары наиболее распространенных типов и их характеристики приведены в табл. XIII.2, а их градуировочные данные—в табл. XII 1.3. [c.450]
На протяжении ряда лет, завод серийно производит установку УПСТ-2М. Установка имеет блочно-модульную конструкцию, реализующую поверку и градуировку всех типов термопар по ГОСТ 8.338 и МИ 1744 в диапазоне температур от 0°С до 1200°С и термометров сопротивления, в том числе парных для теплосчетчиков, по ГОСТ 8.461 и соответствующим методикам. Установка состоит из двух измерительных блоков (для термопар БИ-1 и для термометров сопротивления БИ-2), двух печей МТП-2МР, термостатов ТН-1М, ТП-2. Кроме этого с установкой могут поставляться образцовые термопары и термометры сопротивления, выравнивающие блоки, термостат ТР-1М, устройство для дробления льда УДП. В составе установки может работать любой вольтметр или потенциометр соответствующего класса точности, например, вольтметр В2-99 нашей разработки. Прецизионный милливольтметр В2 — 99 для поверочного оборудования может использоваться в лабораториях государственных метрологических служб и метрологических служб юридических лиц для измерений напряжений. Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения напряжения милливольтметра В-2-99 (6 10″ — -10 и)мВ, где и-измеренное напряжение в мВ. Метрологические характеристики милливольтметра обеспечивают возможность проведения поверки и градуировки образцовых термоэлектрических преобразователей 2-го и 3-го разрядов, всех типов рабочих термоэлектрических преобразователей и термопреобразователей сопротивления. [c.168]
Характеристики различных типов приемников для вакуумного ультрафиолетового излучения детально изучены многими авторами. Постоянная снектральная чувствительность, общая характеристика вакуумных термопар, быстрая и высокостабильная реакция на сигнал эффективно достигаются при использовании фотоумножителей с катодом, покрытым фосфором. В качестве фосфора с успехом применяется салицнлат натрия [21], превращающий коротковолновое излучение в свет, способный проникать в оболочку фотоумножителя, обычно реагирующего лишь на видимый свет. Кролю того, фотоумнолш-тели допускают внешнюю регулировку их чувствительности. При исследованиях в области крайнего ультрафиолета конструкция записывающей фотометрической системы и наилучший способ введения исследуемого образца существенным образом взаимосвязаны. [c.18]
Бэйли [1] рассматривает влияние температурных градиентов в термоспаях на ошибку, вводимую при измерении поверхностной температуры влияние теплоемкости на запаздывание при изменении температуры и методы расчета характеристик цилиндрических термопар. Для того чтобы свести к минимуму ошибки, обусловленные теплопроводностью электродов, рекомендуется отводить их от термосная по изотермической зоне в стенке трубы [5], [26], [27]. Этот вопрос рассматривается также Элиасом [10], применившим термопары нескольких типов. В исследовательской работе удается вывести электроды аксиально через саму металлическую стенку, а не радиально через поток жидкости [20], хотя этот метод применяется не часто [18]. Розер [25] анали- [c.271]
Таблицы НСХ: номинальные статические характеристики. КИП-Сервис: промышленная автоматика
ГОСТ 6651-2009 — НСХ Термопреобразователи типа Pt100, ТСП 100П, ТСМ 100М
Pt100: Номинальная статическая характеристика для платиновых термопреобразователей сопротивления и чувствительных элементов R0 = 100, α = 0,00385 °C-1.
ТСП 100П: Номинальная статическая характеристика для платиновых термопреобразователей сопротивления и чувствительных элементов R0 = 100, α = 0,00391 °C-1.
ТСМ 100М: Номинальная статическая характеристика для медных термопреобразователей сопротивления и чувствительных элементов R0 = 100, α = 0,00426 °C-1.
| Тип термосопротивления | Pt100 | ТСП 100П | ТСМ 100М |
|---|---|---|---|
| Температура раб. конца, °C | Сопротивление, Ом | ||
| -200 | 18,52 | 17,24 | — |
| -190 | 22,83 | 21,62 | — |
| -180 | 27,10 | 25,96 | — |
| -170 | 31,34 | 30,26 | — |
| -160 | 35,54 | 34,54 | — |
| -150 | 39,72 | 38,79 | — |
| -140 | 43,88 | 43,00 | — |
| -130 | 48,00 | 47,20 | — |
| -120 | 52,11 | 51,37 | — |
| -110 | 56,19 | 55,51 | — |
| -100 | 60,26 | 59,64 | — |
| -90 | 64,30 | 63,75 | — |
| -80 | 68,33 | 67,83 | — |
| -70 | 72,33 | 71,91 | — |
| -60 | 76,33 | 75,96 | — |
| -50 | 80,31 | 80,00 | 78,7 |
| -40 | 84,27 | 84,03 | 82,96 |
| -30 | 88,22 | 88,04 | 87,22 |
| -20 | 92,16 | 92,04 | 91,48 |
| -10 | 96,09 | 96,03 | 95,74 |
| 0 | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
| 10 | 103,90 | 103,96 | 104,26 |
| 20 | 107,79 | 107,91 | 108,52 |
| 30 | 111,67 | 111,85 | 112,78 |
| 40 | 115,54 | 115,78 | 117,04 |
| 50 | 119,40 | 119,70 | 121,3 |
| 60 | 123,24 | 123,60 | 125,56 |
| 70 | 127,08 | 127,50 | 129,82 |
| 80 | 130,90 | 131,38 | 134,08 |
| 90 | 134,71 | 135,25 | 138,34 |
| 100 | 138,51 | 139,11 | 142,6 |
| 110 | 142,29 | 142,95 | 146,86 |
| 120 | 146,07 | 146,79 | 151,12 |
| 130 | 149,83 | 150,61 | 155,38 |
| 140 | 153,58 | 154,42 | 159,64 |
| 150 | 157,33 | 158,22 | 163,9 |
| 160 | 161,05 | 162,01 | 168,16 |
| 170 | 164,77 | 165,78 | 172,42 |
| 180 | 168,48 | 169,55 | 176,68 |
| 190 | 172,17 | 173,30 | 180,94 |
| 200 | 175,86 | 177,04 | 185,2 |
| 210 | 179,53 | 180,77 | — |
| 220 | 183,19 | 184,49 | — |
| 230 | 186,84 | 188,20 | — |
| 240 | 190,47 | 191,89 | — |
| 250 | 194,10 | 195,57 | — |
| 260 | 197,71 | 199,25 | — |
| 270 | 201,31 | 202,90 | — |
| 280 | 204,90 | 206,55 | — |
| 290 | 208,48 | 210,19 | — |
| 300 | 212,05 | 213,81 | — |
| 310 | 215,61 | 217,43 | — |
| 320 | 219,15 | 221,03 | — |
| 330 | 222,68 | 224,62 | — |
| 340 | 226,21 | 228,19 | — |
| 350 | 229,72 | 231,76 | — |
| 360 | 233,21 | 235,31 | — |
| 370 | 236,70 | 238,86 | — |
| 380 | 240,18 | 242,39 | — |
| 390 | 243,64 | 245,91 | — |
| 400 | 247,09 | 249,41 | — |
| 410 | 250,53 | 252,91 | — |
| 420 | 253,96 | 256,39 | — |
| 430 | 257,38 | 259,87 | — |
| 440 | 260,78 | 263,33 | — |
| 450 | 264,18 | 266,78 | — |
| 460 | 267,56 | 270,21 | — |
| 470 | 270,93 | 273,64 | — |
| 480 | 274,29 | 277,05 | — |
| 490 | 277,64 | 280,46 | — |
| 500 | 280,98 | 283,85 | — |
| 510 | 284,30 | 287,23 | — |
| 520 | 287,62 | 290,59 | — |
| 530 | 290,92 | 293,95 | — |
| 540 | 294,21 | 297,29 | — |
| 550 | 297,49 | 300,63 | — |
| 560 | 300,75 | 303,95 | — |
| 570 | 304,01 | 307,26 | — |
| 580 | 307,25 | 310,55 | — |
| 590 | 310,49 | 313,84 | — |
| 600 | 313,71 | 317,11 | — |
| 610 | 316,92 | 320,37 | — |
| 620 | 320,12 | 323,63 | — |
| 630 | 323,30 | 326,86 | — |
| 640 | 326,48 | 330,09 | — |
| 650 | 329,64 | 333,31 | — |
| 660 | 332,79 | 336,51 | — |
| 670 | 335,93 | 339,70 | — |
| 680 | 339,06 | 342,88 | — |
| 690 | 342,18 | 346,05 | — |
| 700 | 345,28 | 349,21 | — |
| 710 | 348,38 | 352,35 | — |
| 720 | 351,46 | 355,49 | — |
| 730 | 354,53 | 358,61 | — |
| 740 | 357,59 | 361,72 | — |
| 750 | 360,64 | 364,82 | — |
| 760 | 363,67 | 367,91 | — |
| 770 | 366,70 | 370,98 | — |
| 780 | 369,71 | 374,05 | — |
| 790 | 372,71 | 377,10 | — |
| 800 | 375,70 | 380,14 | — |
| 810 | 378,68 | 383,17 | — |
| 820 | 381,65 | 386,18 | — |
| 830 | 384,60 | 389,19 | — |
| 840 | 387,55 | 392,18 | — |
| 850 | 390,48 | 395,16 | — |
| Обозначение | Описание и размеры (мм) | Макс. темпр. | Время реакции |
| TMDT 2-30 | Стандартная термопара. Для твердых поверхностей, таких как подшипники, корпуса, двигатели, печи и т.п. | 900 °C | 2,3 с |
| TMDT 2-31 | Термопара с магнитом. Для твердых магнитных поверхностей. Конструкция обеспечивает минимальную тепловую инерцию и максимальную точность измерений. | 240°C | 7,0 с |
| TMDT 2-32 | Термопара с электроизоляцией. Для токопроводящих частей и элементов, например, обмоток электродвигателей, трансформаторов и т.п. | 200°C | 5,5 с |
| TMDT 2-33 | Термопара с наконечником под прямым углом. Для твёрдых поверхностей крупногабаритных деталей машин. | 450°C | 8,0 с |
| TMDT 2-34 | Термопара для жидкостей и газов. Гибкий стержень из нержавеющей стали: для жидкостей, масел, кислоты, включая пламя (непригодна для расплавленного алюминия). | 1100°C | 12,0 с |
| TMDT2-34/1.5 | Термопара для жидкостей и газов. То же, что TMDT 2 34, но с более тонким стержнем, обладающим меньшей тепловой инерцией. Очень гибкая термопара, особенно удобна для измерения температуры газов. | 900°C | 6,0 с |
| TMDT 2-35 | Термопара с острым наконечником. Может быть легко воткнута в полутвердые вещества, такие как продукты питания, мясо, пластики, битум, замороженные продукты и т.п. | 600°C | 12,0 с |
| TMDT 2-35/1.5 | Термопара с острым наконечником. То же, что TMDT 2 35, но с более тонким стержнем, обладающим меньшей тепловой инерцией. | 600°C | 6,0 с |
Продукт снят с производства |
|||
| TMDT 2-36 | Термопара для и трубопроводов с зажимом. Для измерения температуры труб, кабелей и т.п., диаметром до 35 мм. | 200°C | 8,0 с |
| TMDT 2-37 | Удлинитель кабеля. Применим для любых термопар типа K. Можно заказать любую длину. | — | — |
| TMDT 2-38 | Проволочная термопара. Тонкая, легкая проволочная термопара в фибергласовой изоляции, очень малое время реакции. | 300°C | 5,0 с |
| TMDT 2-39 | Проволочная термопара для высоких температур. Тонкая, легкая проволочная термопара с изоляцией из керамики, очень малое время реакции. | 1350°C | 6,0 с |
| TMDT 2-40 | Термопара для вращающихся частей. Для измерения температур подвижных или вращающихся частей. Обеспечивает хороший контакт с вращающимися частями подшипника. Максимальная скорость 500 м/мин. | 200°C | 0,6 с |
| TMDT 2-41 | Термопара для расплавов цветных металлов. Имеет держатель. Для измерения температуры расплавленных цветных металлов. Отличная коррозионная стойкость при высоких температурах. | 1260°C | 30,0 с |
| TMDT 2-41A | Погружаемый элемент. Запасной погружаемый элемент для TMDT 2-41. | 1260°C | 30,0 с |
| TMDT 2-42 | Термопара для окружающей среды. Для измерения температуры окружающей среды. | ||
| TMDT 2-43 | Термопара для тяжелых условий работы. То же, что TMDT 2-30, но с силиконовым покрытием для особо сложных условий работы. | 300°C | 3,0 с |
Термопара типа K с бананами для подключения
Подобные термопары чаще продаются с другим типом разъёма, предназначенным для специальных измерителей температуры с таким разъёмом, либо для каких-то ещё целей. Поэтому найти такой вариант по хорошей цене сложнее. Мне подобный датчик понадобился для доукомплектации моего старенького мультиметра Mastech M-838, в котором есть функция измерения температуры. Старый датчик я потерял.
Термопара пришла в простой упаковке, на обратной стороне перечислены основные параметры и отличия различных вариантов исполнения. Этот вариант — TP-01A. Длина провода около 1 метра, бананы хорошо подходят под типовые разъёмы мультиметров.
Не был уверен, что в моём мультиметре должна использоваться термопара типа K, модель очень старая, реализация тоже (больше 10 лет), и доступная в инете информация могла быть неточной. Но она самая распространённая из дешёвых, в том числе и в качестве датчиков для мультиметров.
Термопара отлично подошла. Проверил на кипящей воде — показания скачут от 99 до 101 градусов. Можно считать, что термопара подходит для этого мультиметра. Если бы термопара не подошла к моему мультиметру, она всё равно пригодилась бы в моих поделках, данные снимать с неё несложно.
В отличие от пассивных термо-элементов, например термо-резисторов, меняющих свои характеристики в зависимости от температуры, термопара сама создаёт ЭДС на своих контактах, и её достаточно просто преобразовать в конечные данные за счёт того, что зависимость этой ЭДС от температуры близка к линейной. В данном случае изменение температуры на 1°C приводит к изменению ЭДС на 41 мкВ, причём при 0°C ЭДС также равна 0. Например, при 100°C ЭДС на выводах термопары будет 100°C * 41 мкВ/°C = 0,0041 В.
Единственное неудобство, замеченное мной на практике, это то, что ЭДС довольно мала, а значит при её считывании могут возникнуть проблемы с шумами и наводками. Например, в моём паяльнике с функцией поддержания температуры, в котором применяется подобная термопара, шумы появляются в схеме, задающей опорное напряжение (порядка 10 мВ) для сравнения с показаниями термопары, что приводит к проблемам с формированием чёткого сигнала включения и выключения нагрузки.
В таком исполнении термопара предназначена для измерения только воздуха, практически никакой защиты ни самой термопары, ни выводов не предусмотрено. Есть вариант такого датчика для измерения температуры жидкостей и более горячего воздуха, в нём термопара помещена в герметичную гильзу со специальным наполнителем.
Термопара в таком простейшем варианте не предназначена для измерения температуры поверхностей, так как сложно обеспечить надежный тепловой контакт с измеряемой поверхностью и полный прогрев рабочей части термопары, которая является, по сути, спаем двух металлов в виде небольшого шарика. Также, полагаю, есть ограничение на использование со многими жидкостями из-за проблем с окислением и проводимостью, здесь лучше выбрать другой вариант исполнения — TP-02, TP-03, TP-04 и т.п.
Предельная температура для этого типа термопары — 1100 °C длительно и до 1300°C кратковременно, но из-за особенностей исполнения реальный предел намного ниже — всего 400°C, дальше, например, будет оплавляться изоляция. Возможно, есть и другие побочные эффекты. Я кратковременно разогревал эту термопару газовой горелкой примерно до 1000°C без каких-либо последствий, хотя в процессе термопара раскалилась. Нижний предел у датчика — -50°C.
Найти в магазинах можно по фразе «thermocouple banana», мне обошлась в 1 доллар на AliExpress. К сожалению, не нашёл более привлекательной цены даже для мелкого опта, так что повсеместное применение в собственных поделках может оказаться экономически неоправданным, терморезисторы, например, на порядок-два дешевле, и могут решать схожие задачи в большинстве бытовых задач.
Правильный выбор: термометр сопротивления или термопара
Измерение температуры является одним из основных требований практически при любых условиях технологических процессов перерабатывающей промышленности. В большинстве устройств используются датчики, основанные на двух технологиях. Выбор между этими двумя подходами определяется конкретными требованиями к технологическому процессу и его условиями.
Колебания температуры могут оказывать значительное влияние на прибыльность, безопасность и качество. Это справедливо в отношении разных отраслей промышленности, таких как нефтегазовая, энергетическая, нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, фармацевтическая и др. Точность непрерывного контроля температуры зависит от нескольких факторов, в том числе от правильного выбора датчика для конкретных задач и технологических процессов.
Наиболее распространенными устройствами измерения температуры являются термометры сопротивления (ТС) и термопары (ТП). Эти устройства основаны на двух разных технологиях, каждая из которых обладает своими преимуществами, в соответствии с которыми и делается выбор в пользу той или иной технологии.
В конструкции ТС используется тот факт, что электрическое сопротивление металла возрастает с повышением температуры — явление, известное как тепловое сопротивление.
В отличие от ТС, ТП представляет собой замкнутый термоэлектрический датчик температуры, состоящий из двух отрезков проволоки из разнородных металлов, соединенных между собой на обоих концах. При этом если температура на одном конце этих отрезков проволоки (спае) отличается от таковой на другом, в ней возникает электрический ток. Такое явление известно под названием эффекта Зеебека. Возникающее напряжение зависит от конкретных используемых металлов, а также от текущей разницы температур. Сопоставление различных значений напряжения, возникающих при использовании разных металлов, представляет собой основу измерения температуры термопарой.
Сравнение технологий
Не существует однозначного ответа на вопрос, какой тип датчика является более эффективным в конкретной ситуации. При эксплуатации каждого из них возникают негативные побочные эффекты, которые необходимо принимать во внимание при выборе термодатчика с должной тщательностью.
Термометры сопротивления изготавливаются из резистивного материала с прикрепленными выводами и, как правило, помещаются в защитную оболочку. В качестве резистивного материала может выступать платина, медь или никель. Наибольшее распространение получила платина — благодаря высокой точности и стабильности результатов измерений и их исключительной линейности в широком диапазоне. Не существует однозначного ответа на вопрос, какой тип датчика является более эффективным в конкретной ситуации. При эксплуатации каждого из них возникают негативные побочные эффекты, которые необходимо принимать во внимание при выборе термодатчика с должной тщательностью.
ТС отличаются высоким изменением сопротивления в расчете на один градус изменения температуры. Наиболее распространенными типами датчиков ТС являются проволочный и тонкопленочный. ТС из витой проволоки изготавливаются либо путем навивания резистивной проволоки на керамический сердечник, либо путем помещения спирально витой проволоки в керамическую оболочку, отсюда и название «проволочные ТС». При изготовлении тонкопленочного ТС тонкое резистивное покрытие осаждается на плоскую керамическую подложку (обычно прямоугольной формы). Как правило, тонкопленочные ТС являются менее дорогими по сравнению с проволочными, поскольку для их изготовления требуется меньшее количество различных материалов.
ТП отличаются более высокой скоростью реакции и более широкими допустимыми диапазонами рабочей температуры, чем ТС, однако имеют более низкую точность.
Обычно показания термометров сопротивления являются значительно более стабильными, и ТС обладают более высокой чувствительностью по сравнению с ТП. Долгосрочное смещение показаний ТС является хорошо предсказуемым, в то время как ТП часто ведут себя неустойчиво в данном отношении. За счет этого обеспечивается такое преимущество ТС, как менее частая потребность в калибровке и, следовательно, пониженная стоимость их эксплуатации. Наконец, ТС обеспечивают исключительную линейность показаний. В сочетании с линеаризацией, произведенной в качественном передатчике, становится достижимой точность около 0,1 °C — значительно более высокая по сравнению с максимально возможной при использовании ТП.
Рис. 1. Конструкции термометра сопротивления и термопары
В отличие от ТС, ТП представляет собой замкнутый термоэлектрический датчик температуры, состоящий из двух отрезков проволоки из разнородных металлов, соединенных между собой на обоих концах. При этом различные сочетания металлов классифицируются как разные типы датчиков и, соответственно, обладают отличающимися характеристиками. Наиболее часто используемыми типами ТП являются тип J (железо и константан) и тип K (хромель и алюмель). ТП отличаются более высокой скоростью реакции и более широкими допустимыми диапазонами рабочей температуры, чем ТС, однако имеют более низкую точность. Конструкция кабелей ТП отличается повышенной прочностью, за счет чего они могут выдерживать высокие уровни вибрации (рис. 1). В таблице приводится сравнение основных характеристик датчиков.
Свойство | Термометр сопротивления | Термопара |
Точность | Класс A: ±[0,15+0,002] °C Класс B: ±[0,30+0,005] °C Согласно стандарту IEC 60751 | Типичная точность составляет ±1,1 °C или ±0,4 % от измеренного значения температуры (большее из двух значений). Зависит от типа ТП и диапазона измерения. Снижается при использовании удлинительного провода. |
Стабильность работы | ±0,05 °C по истечении 1000 ч работы при температуре <300 °C. Отклонения повышаются с увеличением температуры. ТС проволочной конструкции имеют более высокую стабильность, чем тонкопленочные. | Сильно зависит от типа термопары, качества кабеля и рабочей температуры. Типичные отклонения составляют от ±2 до 10 °C на 1000 ч работы. |
Скорость реакции при установке | Скорость реакции 6-мм датчика примерно равна скорости реакции термопары. | Скорость реакции 6-мм датчика примерно равна скорости реакции ТС. Немного выше |
Калибровка | С легкостью подвергается повторной калибровке, что обеспечивает длительный срок службы. Наивысшая точность достигается при специальной взаимной подгонке датчика и передатчика. | Ограничивается сравнением со «стандартной термопарой» на месте измерений. |
Возможный диапазон измерения температуры, °C | –200…+850 | –270…+2300 |
Срок службы | Многие годы. Сокращается при использовании под воздействием высоких температур. | Снижение чувствительности приводит |
Факторы, которые необходимо учитывать при установке | Используется стандартный медный провод. Достаточно высокая невосприимчивость | Требуется использование дорогого удлинительного кабеля, подходящего |
Устойчивость к вибрации | Очень хорошая при тонкопленочной конструкции. | Очень хорошая при большом диаметре кабелей. |
Издержки за срок службы | Более низкие. | Более высокие. |
Стоимость приобретения | Тонкопленочная конструкция: примерно одинакова по сравнению с ТП. Проволочная конструкция дороже. | Наиболее дорогими являются термопары |
Эффективность использования | Всегда выше при температурах до +650 °C. | Ниже на один порядок. |
Выбор наиболее подходящего типа датчика
При выборе типа датчика, наиболее подходящего для конкретного технологического процесса и поставленной задачи, следует предварительно поставить несколько основных вопросов. Ответы на них предоставят ценную информацию.
Каков диапазон измеряемых температур?
При выборе датчика определение правильного температурного диапазона является очень важным. Если температура будет превышать +850 °C, необходимо использовать ТП. При температурах ниже +850 °C можно выбрать как ТС, так и ТП. Кроме того, не стоит забывать, что проволочные ТС обладают более широким диапазоном измерения температур, чем тонкопленочные (рис. 2).
Рис. 2. Диапазоны измерения температур различными типами термодатчиков
Какова требуемая точность измерения датчика?
Определение требуемого уровня точности является еще одним важным фактором при выборе датчика. Как правило, ТС имеют большую точность по сравнению с ТП, а проволочные ТС — по сравнению с тонкопленочными. Если предположить, что на выбор одной из двух технологий не оказывают влияние другие факторы, это правило помогает сделать выбор наиболее точного датчика.
Вызывает ли опасения вибрация, возникающая в ходе процесса обработки?
Уровень вибрации при технологическом процессе также необходимо учитывать при выборе датчика. ТП обладают наиболее высокой вибростойкостью из всех существующих технологий измерения температуры.
Существуют различные типы термопар, определяющиеся сочетанием используемой в них проволоки. ТП большинства типов могут использоваться для измерения более высоких температур, чем ТС.
Если достоверно известно, что в ходе процесса возникает сильная вибрация, использование ТП позволит достичь максимальной надежности измерения температуры. Тонкопленочные ТС также устойчивы к воздействию вибрации; тем не менее они не обладают достаточной прочностью. Использование проволочных ТС в условиях повышенной вибрации исключено.
Правильный выбор — точные результаты
Ключевым моментом для успешного применения датчиков температуры является постановка основополагающих вопросов и подбор датчика, наиболее пригодного для поставленных задач и конкретных технологических процессов с учетом всех имеющихся данных. В качестве примера можно привести принятие решения об использовании датчика температуры на участке трубопровода с постоянно изменяющимися условиями при непрерывной вибрации и изменении температуры в диапазоне –200…+300 °C. Целью такого решения является достижение максимально возможной точности, несмотря на описанные непростые условия. Для указанного диапазона температур пригодны термодатчики обоих типов. Хорошо известно, что ТП обладают высокой стойкостью к вибрации, поэтому на первый взгляд может показаться, что ТП являются хорошим вариантом решения поставленной задачи. Тем не менее в данном конкретном случае требуется выполнение измерений с максимально возможной точностью. Правильным выбором для данной задачи будет использование тонкопленочных ТС. Известно, что тонкопленочные ТС отличаются более высокой стойкостью к вибрации по сравнению с проволочными и обеспечивают более высокую точность измерений по сравнению с термопарами.
Приведем еще один пример: измерение температуры в реакторе в диапазоне +550…+900 °C при низком уровне вибрации. Поставлена цель измерения температуры с точностью ±5 °C. ТС дают стабильно точные показания, особенно в условиях невысокой вибрации. Однако не стоит забывать о диапазоне температур. Как правило, ТС не следует использовать при температурах свыше +850 °C. Поскольку температура данного процесса обработки может подниматься до +900 °C, следует остановить свой выбор на ТП. Вероятность получения неверных показаний датчиков или их отказа повышается при их использовании в неподходящих диапазонах температур.
Вконтакте
Google+
| характеристики | общие | состав | диапазон температур | подходящие приложения | неподходящие приложения | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| термопары | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Термопара из недрагоценных металлов NiCr -CuNi (никель-хром / медь-никель) одиночные провода из неблагородных металлов | EP-ножка: 89-90% никеля, 9-9,5% хрома, 0,5% кремния и баланс железа: C, Mn, Nb, Co EN-ветка: 55% меди, 45% никеля прибл.0,1%, кобальт, железо и марганец | -200 ° C / + 700 ° C |
|
| |
| тип J | термопара из основного металла Fe — CuNi (железо / медь- никель) одинарная проволока из недрагоценных металлов | JP-полоса: 99,5% железа, прибл.0,25% марганца, прибл. 0,12% меди, остальное: прочие примеси JN-ветка: 55% меди, 45% никеля прибл. 0,1%, кобальт, железо и марганец | -180 ° C / + 700 ° C |
|
|
|---|---|---|---|---|---|
| тип K | базовая термопара NiCr — NiAl (никель-хром / никель-алюминий ) одинарная проволока из недрагоценных металлов | Ножка КП: 89-90% никель, 9-9,5% хром, 0,5% кремний и остатки железа: C, Mn, Nb, Co KN- ножка: 95-96% никель, 1-1,5% кремния, 1-2,3% алюминия, 1-3,2% марганца, 0,5% кобальта, остальное: Fe, Cu, Pb | -270 ° C / + 1372 ° C |
|
|
| тип L | базовая термопара Fe — CuNi (железо / медь-никель) одиночные провода из недрагоценных металлов | LP-ножка: 99,5% железа, ок.0,25% марганца, около 0,12% меди, балансовая способность: другие примеси LN-ветка: 55% меди, 45% никеля, около 0,1% кобальта, железа и марганца | 0 ° C / + 900 ° C |
|
|
| тип N | базовая термопара NiCrSi — NiSi (никель-хром-кремний / никель-кремний -магний) проволока одинарная из недрагоценных металлов | NP-ветвь: 84% никеля, 14-14,4% хрома, 1,3-1,6% кремния, балансовая способность (не более 0,1%) : Mn, Fe, C, Co NN-ветвь: 95% никель, 4,2-4,6% кремний, 0,5-1,5% магний, баланс: Fe, Co, Mn, C, ( всего 0,1-0,3% | -270 ° C / + 1300 ° C 9 0032 |
|
|
| тип R | базовая термопара Pt13% Rh — Pt (платина 13% родий / платина) одинарные проволоки из платины и сплава платина с родием | Ветвь RP: платина чистотой 99,99% с родиевым сплавом (чистота 99,98%) 13 ± 0,05% родиевая часть RN-ветка : платина с чистотой 99,99% | -50 ° C / + 1768,1 ° C (температура плавления) рекомендуется: до + 1300 ° C |
|
|
| тип S | базовая термопара Pt10% Rh — Pt (платина 10% родий / платина) одиночные проволоки из платины и платино-родиевого сплава | SP-ножка: платина с Чистота 99,99% с родиевым сплавом (чистота 99,98%) 10 ± 0,05% часть родия Ножка SN: платина чистотой 99,99% | -50 ° C / + 1768,1 ° C (температура плавления) рекомендуется: до + 1300 ° C |
|
|
| тип B | Базовая термопара(Pt 30% Rh — Pt 6% Rh платина -0% родий / платина-6% родий) одинарная проволока из сплава платина и платина-родий | Ножка BP: платина чистотой 99,99% с родиевым сплавом (чистота 99,98%) 29,60 ± 0,2% родиевая часть Ветвь BN: платина чистотой 99,99% с родиевым сплавом (чистота 99,98%) 6,12 ± 0,02% родия в доле | макс.+ 1820 ° C (температура плавления) обычная до + 1700 ° C |
|
|
| тип T | Базовая термопара Cu — CuNi (медь / медь-никель) одинарная проволока из неблагородных металлов | TP- ветвь: 99,95% меди, 0,02-0,07% кислорода, 0,01% примесей TN-ветка: 55% меди, 45% никеля прибл.0,1% кобальта, железа и марганца | -270 ° C / + 400 ° C |
|
|
| тип U | Термопара на неделметалловой основе Cu — Проволока CuNi (медь / медь-никель) одинарная из недрагоценных металлов | UP-ветвь: 99,95% меди, 0,02-0,07% кислорода, 0,01% примесей UN-ветка: 55% меди, 45% никеля прибл.0,1% кобальта, железа и марганца | 0 ° C / + 600 ° C (+ 400 ° C) |
|
|
Типы термопар — Типы термопар
Термопара типа J: Тип J также очень распространен.Он имеет меньший температурный диапазон и более короткий срок службы при более высоких температурах, чем тип K. Он эквивалентен типу K с точки зрения затрат и надежности. Тип J Температурный диапазон:
- Проволока для термопар, от -346 до 1400F (от -210 до 760 ° C)
- Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)
Тип J Точность (в зависимости от того, что больше):
- Стандарт: +/- 2,2 ° C или +/- 0,75%
- Специальные пределы погрешности: +/- 1.1С или 0,4%
Рекомендации по применению термопар типа J с неизолированным проводом:
- Тип J хорошо подходит для окислительной атмосферы
Справочная таблица термопар типа J
Термопара типа K (никель-хром / никель-алюмель): тип K является наиболее распространенным типом термопар. Он недорогой, точный, надежный и имеет широкий температурный диапазон.Тип K обычно используется в ядерных приложениях из-за его относительной радиационной стойкости. Максимальная постоянная температура составляет около 1100 ° C.
Тип K Температурный диапазон:
- Проволока для термопар, от –454 до 2300F (от –270 до 1260 ° C)
- Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)
Тип K Точность (в зависимости от того, что больше):
- Стандарт: +/- 2,2 ° C или +/- 0,75%
- Специальные пределы погрешности: +/- 1.1С или 0,4%
Рекомендации по применению термопар типа K с неизолированным проводом:
- Тип K хорошо подходит для окислительной атмосферы
Справочная таблица термопар типа K
Термопара типа T (медь / константан): термопара типа T является очень стабильной и часто используется в приложениях с очень низкими температурами, таких как криогенная техника или морозильники со сверхнизкой температурой.Он также встречается в других лабораторных условиях. Тип T имеет отличную воспроизводимость в диапазоне от –380F до 392F (от –200C до 200C).
Температурный диапазон типа T:
- Проволока для термопар, от –454 до 700F (от –270 до 370C)
- Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)
Тип T Точность (в зависимости от того, что больше):
- Стандарт: +/- 1,0 ° C или +/- 0,75%
- Специальные пределы погрешности: +/- 0.5C или 0,4%
Рекомендации по применению термопар типа T с неизолированным проводом:
- Тип T хорошо подходит для окислительной атмосферы
Справочная таблица термопар типа T
Термопара типа N (Nicrosil / Nisil): Тип N имеет те же пределы точности и температуры, что и Тип K. Тип N немного дороже. Тип N имеет лучшую воспроизводимость при температуре от 572F до 932F (от 300C до 500C) по сравнению с типом K.
Тип N Температурный диапазон:
- Максимальная непрерывная рабочая температура: до 2300F (1260 ° C)
- Кратковременное использование: 2,336F (1,280C)
- Проволока для термопар, от -454 до 2300F (от -270 до 1260 ° C)
- Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)
Тип N Точность (в зависимости от того, что больше):
- Стандарт: +/- 2,2 ° C или +/- 0,75%
- Специальные пределы погрешности: +/- 1.1С или 0,4%
Рекомендации по применению термопар типа E с неизолированным проводом:
- Тип N лучше выдерживает окисление при высоких температурах по сравнению с типом K.
Справочная таблица термопар типа N
Термопара типа E (никель-хром / константан): тип E имеет более сильный сигнал и более высокую точность, чем тип K или тип J, в умеренных диапазонах температур от 1000F и ниже.Тип E также более стабилен, чем тип K, что увеличивает его точность.
Тип E Температурный диапазон:
- Проволока для термопар, от -454 до 1600F (от -270 до 870C)
- Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)
Тип E Точность (в зависимости от того, что больше):
- Стандарт: +/- 1,7 ° C или +/- 0,5%
- Специальные пределы погрешности: +/- 1,0 ° C или 0,4%
Рекомендации по применению термопар типа E с неизолированным проводом:
- В окислительной или инертной атмосфере рабочий диапазон составляет примерно от –418F до 1,652F (от –250C до 900C).
Справочная таблица термопар типа E
Термопара типа B (платина родий — 30% / платина родий — 6%): термопара типа B используется в приложениях с очень высокими температурами. Он имеет самый высокий температурный предел из всех перечисленных выше термопар. Он поддерживает высокий уровень точности и стабильности при очень высоких температурах. Тип B имеет более низкий выход, чем другие благородные металлы (тип R и тип S) при температурах ниже 1112F (600C).
Тип B Температурный диапазон:
- Проволока для термопар, от 32 до 3100F (от 0 до 1700C)
- Удлинительный провод, от 32 до 212F (от 0 до 100C)
Точность (в зависимости от того, что больше):
- Стандарт: +/- 0,5%
- Специальные пределы погрешности: +/- 0,25%
Справочная таблица термопар типа B
Термопара типа R (платина-родий -13% / платина): Тип R используется при очень высоких температурах.Он имеет более высокий процент родия, чем тип S, что делает его более дорогим. Type R очень похож на Type S с точки зрения производительности. Иногда он используется в приложениях с более низкими температурами из-за его высокой точности и стабильности. Тип R имеет немного более высокую выходную мощность и улучшенную стабильность по сравнению с типом S.
Температурный диапазон типа R:
- Проволока для термопар, от -58 до 2700F (от -50 до 1480C)
- Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)
Точность (в зависимости от того, что больше):
- Стандарт: +/- 1.5C или +/- 0,25%
- Специальные пределы погрешности: +/- 0,6 ° C или 0,1%
Справочная таблица термопар типа R
Термопара типа S (платина, родий — 10% / платина): Тип S используется при очень высоких температурах. Обычно он используется в биотехнологической и фармацевтической отраслях. Иногда он используется в приложениях с более низкими температурами из-за его высокой точности и стабильности.Тип S часто используется с керамической защитной трубкой.
Тип S Температурный диапазон:
- Максимальная непрерывная рабочая температура: до 2,912F (1600 ° C)
- Кратковременное использование: до 3092F (1700C)
- Проволока для термопар, от -58 до 2700F (от -50 до 1480C)
- Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200C)
Точность (в зависимости от того, что больше):
- Стандарт: +/- 1.5C или +/- 0,25%
- Специальные пределы погрешности: +/- 0,6 ° C или 0,1%
Рекомендации по применению термопар типа J с неизолированным проводом:
- Тип S может использоваться в инертной и окислительной атмосфере при температуре до 2912F (1600C) непрерывно и до 3092F (1700C) для краткосрочного использования.
Справочная таблица термопар типа S
Типы термопар | Узнайте о типах термопар
и сравните ихТермопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок.Наиболее распространены термопары из «основного металла», известные как типы J, K, T, E и N. Существуют также высокотемпературные калибровки — также известные как термопары из благородных металлов — типов R, S, C и GB.
Разница в типах термопар
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.| Калибровка | Температура Диапазон | Стандартные пределы ошибки | Специальные пределы ошибки |
|---|---|---|---|
| Дж | от 0 до 750 ° C (от 32 ° до 1382 ° F) | Больше из 2.2 ° C или 0,75% | Более 1,1 ° C или 0,4% |
| К | от -200 ° до 1250 ° C (от -328 ° до 2282 ° F) | Более 2,2 ° C или 0,75% | Более 1,1 ° C или 0,4% |
| E | от -200 ° до 900 ° C (от -328 ° до 1652 ° F) | Больше 1.7 ° C или 0,5% | Более 1,0 ° C или 0,4% |
| т | от -250 до 350 ° С (от -418 ° до 662 ° F) | Более 1,0 ° C или 0,75% | Более 0,5 ° C или 0,4% |
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 (жидкость, твердое тело или газ) и диаметр либо провода термопары (если он оголен), либо диаметр оболочки (если провод термопары не оголен, но в оболочке).
Справочные таблицы термопар
Термопары вырабатывают выходное напряжение, которое можно соотнести с температурой, которую измеряет термопара. В документах в таблице ниже указаны термоэлектрическое напряжение и соответствующая температура для данного типа термопары. В большинстве документов также указаны температурный диапазон термопары, пределы погрешности и условия окружающей среды.
Почему термопары типа K так популярны? Термопары
типа K так популярны из-за их широкого диапазона температур и долговечности.Материалы проводников, используемые в термопарах типа K, более химически инертны, чем тип T (медь) и тип J (железо). Хотя выходная мощность термопар типа K немного ниже, чем у термопар типов T, J и E, она выше, чем у их ближайшего конкурента (тип N), и они используются дольше.Как выбирать между разными типами?
Каждый тип термопары имеет обозначенный цветовой код, определенный в ANSI / ASTM E230 или IEC60584. Тип можно определить по цвету следующим образом:| Калибровка | ANSI / ASTM E230 | МЭК 60584 |
|---|---|---|
| Тип K: | Желтый (+) / Красный (-) | Зеленый (+) / Белый (-) |
| Тип J: | Белый (+) / Красный (-) | Черный (+) / Белый (-) |
| Тип T: | Синий (+) / Красный (-) | Коричневый (+) / Белый (-) |
| Тип E: | Пурпурный (+) / Красный (-) | Пурпурный (+) / Белый (-) |
| Тип N: | Оранжевый (+) / Красный (-) | Роза (+) / Белый (-) |
| Тип R: | Черный (+) / Красный (-) | Оранжевый (+) / Белый (-) |
| Тип S: | Черный (+) / Красный (-) | Оранжевый (+) / Белый (-) |
| Тип B: | Черный (+) / Красный (-) | Оранжевый (+) / Белый (-) |
| Тип C: | Не установлено | Не установлено |
Положительный тип J (сильно магнитный), положительный тип K (слабый магнитный).
Для определения полярности подключите термопару к вольтметру, способному измерять милливольты или микровольты и проверять выходную мощность при небольшом нагревании наконечника.
Как выбирать между разными типами?
Выбор правильного типа термопары зависит от ее соответствия вашим требованиям к измерениям. Вот несколько моментов, которые следует учитывать:- Диапазон температур: Различные типы термопар имеют разные диапазоны температур.Например, тип T с медной опорой имеет максимальную температуру 370 ° C или 700 ° F. Тип K, с другой стороны, может использоваться до 1260 ° C или 2300F.
- Размер проводника: Диаметр проводов термопары также необходимо учитывать, когда требуются длительные измерения. Например, термопары типа T рассчитаны на 370C / 700F, однако, если ваша термопара имеет провода # 14AWG (диаметр 0,064 дюйма), они рассчитаны на 370C / 700F. Если ваша термопара имеет провода # 30AWG, температура падает до 150C / 300F.Более подробную информацию можно найти здесь (см. Таблицу внизу страницы H-7).
- Точность: Термопары типа T имеют самую высокую точность среди всех термопар из недрагоценных металлов: ± 1 ° C или ± 0,75%, в зависимости от того, что больше. Далее следуют тип E (± 1,7 ° C или 0,5%) и типы J, K и N (± 2,2 ° C или 0,75%) для стандартных пределов погрешности (согласно ANSI / ASTM E230).
K — Введение, использование и состав
Скачать PDF
Термопаратипа K обеспечивает самый широкий диапазон рабочих температур.Он состоит из немагнитного положительного полюса и немагнитного отрицательного полюса. В термопарах типа K используется традиционный основной металл, благодаря чему он может работать при высоких температурах и обеспечивать самый широкий диапазон рабочих температур. Одним из составляющих металлов в термопарах типа K является никель, который по своей природе является магнитным.
№Термопары типа K характеризуются тем, что они претерпевают отклонение на выходе, когда магнитный материал достигает точки Кюри, примерно при 185 ° C.Термопары типа K очень хорошо работают в окислительной атмосфере при температурах до 1260 ° C (2300 ° F), а их класс допуска составляет ± 1,5 K в диапазоне от -40 до 375 ° C.
Почему следует отдавать предпочтение термопарам типа K
- Одним из основных преимуществ термопар типа K перед другими термопарами является то, что они могут работать в тяжелых условиях окружающей среды и в различных атмосферах.
- Он имеет интегрированную композицию из хромелевой и алюмелевой проволоки, имеет диапазон от -270 ° C до 1260 ° C и выходную мощность -6.От 4 до 9 мВ в максимальном диапазоне температур.
- Также известна как термопара общего назначения из-за широкого диапазона температур
- Тип K имеет более длительный срок службы, чем тип J, поскольку в проволоке типа J Fe (железо) быстро окисляется, особенно при более высоких температурах.
- Стоят они недорого.
- Быстрая реакция
- Небольшие по размеру и надежные.
- Обычно используется при температурах выше 540 ° C
Состав термопары типа К
Положительная ветвь термопары типа K состоит из 90% никеля, 10% хрома, а отрицательная ветвь состоит из 95% никеля, 2% алюминия, 2% марганца и 1% кремния.Это наиболее распространенные термопары общего назначения с чувствительностью около 41 мкВ / ° C.
Изоляционный материал типа K
В термопарах типа K используются в основном два типа изоляции. Во-первых, используется изоляция с керамическими шариками, поскольку это легкий изолирующий продукт. Он изготовлен из алюмосиликатных материалов высокой чистоты. Он имеет низкую тепловую массу, что означает, что он не сохраняет тепло, низкую теплопроводность и является чрезвычайно эффективным изоляционным материалом, поскольку он может выдерживать высокую температуру 1260 ° C, поэтому он лучше всего подходит для термопар типа K.
Во-вторых, используется уплотненная минеральная изоляция и внешняя металлическая оболочка (MgO). Оксид магния обладает высокой диэлектрической прочностью, быстро реагирует на температурные изменения и очень долговечен. Он имеет типичный состав MgO стандартного качества (97%) и MgO и AI2O3 высокой чистоты.
Изоляция из оксида магниярекомендуется для термопары типа K, когда термопара должна быть погружена в жидкости, высокую влажность, агрессивные газы или высокое давление. Термопара может быть сформирована так, чтобы достигать недоступных в противном случае участков.
Диапазон температур
Чтобы найти подходящий диапазон термопары, мы должны использовать соответствующий провод, потому что разные провода измеряют разные диапазоны температур. Из четырех основных типов термопар тип K охватывает самый широкий диапазон: —
- Проволока для термопар, от –454 до 2300F (от –270 до 1260 ° C)
- Удлинительный провод, от 32 до 392F (от 0 до 200 ° C)
Точность (в зависимости от того, что больше)
- Стандарт: +/- 2.2 ° C или +/-. 75%
- Специальные пределы погрешности: + / — л ° C или 0,4%
Класс допуска
График зависимости ЭДС от температуры для термопары типа K
Плюсы и минусы:
Плюсы
- Для измерения температуры обеспечивает хорошую линейность ЭДС
- Обеспечивает хорошую стойкость к окислению при температуре ниже 1000 ° C (1600 ° F).
- Высокостабильный выход
- Сравнительно рентабельно, чем другие термопары.
Минусы
- Не подходит для восстановительной атмосферы, но может выдерживать металл
- Старение характеристики ЭДС по сравнению с термопарами из благородных металлов (B, R и S).
- Не подходит для работы в вакууме из-за испарения хрома в положительном элементе.
- Явление Грин-Ротиса может возникать из-за низкого уровня кислорода в термопарах, которые используются при температуре от 815 ° C до 1040 ° C (от 1500 ° F до 1900 ° F). Термопары
- типа K не должны использоваться в серной среде, так как оба элемента будут быстро корродировать, а отрицательный элемент в конечном итоге выйдет из строя механически из-за того, что он станет хрупким.
Использование термопары типа K
В основном они используются при температурах от 550 ° C до максимального рабочего давления термопары.
- Они используются во многих отраслях промышленности, таких как сталь и чугун, для контроля температуры и химического состава в процессе производства стали.
- Используется для тестирования температур, связанных с технологическими установками, например химическое производство и нефтеперерабатывающие заводы
- Используется для проверки безопасности отопительных приборов
- Тип K обычно используется в ядерных приложениях из-за его относительной радиационной стойкости.
Термопара типа K | Термопара типа K
Хромель {90% никеля и 10% хрома} Alumel {95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния}
Твитнуть
Термопара типа K
Это наиболее распространенный тип термопар, обеспечивающий самый широкий диапазон рабочих температур. Термопары типа K обычно работают в большинстве случаев, поскольку они сделаны на основе никеля и обладают хорошей коррозионной стойкостью.
• 1. Положительная нога немагнитная (желтый), отрицательная — магнитная (красный).
• 2. Традиционный выбор недрагоценных металлов для высокотемпературных работ.
• 3. Подходит для использования в окислительной или инертной атмосфере при температурах до 1260 ° C (2300 ° F).
• 4. Уязвим к воздействию серы (воздерживаться от воздействия серосодержащей атмосферы).
• 5. Лучше всего работать в чистой окислительной атмосфере.
• 6. Не рекомендуется для использования в условиях частичного окисления в вакууме или при чередовании циклов окисления и восстановления.
Состоит из положительной ветви, состоящей примерно из 90% никеля, 10% хрома и отрицательной ветви, состоящей примерно из 95% никеля, 2% алюминия, 2% марганца и 1% кремния. Термопары типа K являются наиболее распространенными термопарами общего назначения. термопара с чувствительностью примерно 41 мкВ / ° C, хромель положительный по отношению к алюмелю. Это недорогое решение, и предлагается широкий выбор датчиков в диапазоне от -200 ° C до + 1260 ° C / от -328 ° F до + 2300 ° F. Тип K был определен в то время, когда металлургия была менее развита, чем сегодня, и, следовательно, характеристики значительно различаются между образцами.Один из составляющих металлов, никель, является магнитным; Характерной чертой термопар, изготовленных из магнитного материала, является то, что они претерпевают ступенчатое изменение выходной мощности, когда магнитный материал достигает точки отверждения (около 354 ° C для термопар типа K).
Термопары типа K (хромель / алюминий)
Термопары типа K обычно работают в большинстве случаев, поскольку они сделаны на основе никеля и обладают хорошей коррозионной стойкостью. Это наиболее распространенный тип калибровки датчиков, обеспечивающий самый широкий диапазон рабочих температур.Благодаря своей надежности и точности термопара типа K широко используется при температурах до 2300 ° F (1260 ° C). Этот тип термопары должен быть защищен подходящей металлической или керамической защитной трубкой, особенно в восстановительной атмосфере. В окислительной атмосфере, такой как электрические печи, защита труб не всегда необходима, когда подходят другие условия; тем не менее, он рекомендуется для обеспечения чистоты и общей механической защиты. Тип K обычно дольше, чем тип J, потому что проволока JP быстро окисляется, особенно при более высоких температурах.
Диапазон температур:
• Провод класса термопары, от −454 ° до 2300 ° F (от −270 до 1260 ° C)
• Провод класса удлинения, от −32 ° до 392 ° F (от 0 до 200 ° C)
• Точка плавления, 2550 ° F (1400 ° C)
Точность (в зависимости от того, что больше):
• Стандарт: ± 2,2 ° C% или ± 0,75%
• Специальные пределы погрешности: ± 1,1 ° C или 0,4%
Отклонения в сплавах могут повлиять на точность термопар.Для термопар типа K первый класс точности составляет ± 1,5 K в диапазоне от -40 до 375 ° C. Однако отклонения между термопарами одного производства очень малы, и гораздо более высокая точность может быть достигнута путем индивидуальной калибровки.
Металлургические изменения могут вызвать отклонение калибровки от 1 до 2 ° C за несколько часов, со временем увеличивающееся до 5 ° C. Доступен специальный сплав типа K, который может поддерживать особую предельную точность до десяти раз дольше, чем обычный сплав.
Термопарытипа K используются для измерений в различных средах, таких как вода, мягкие химические растворы, газы и сухие зоны. Двигатели, масляные обогреватели и котлы — примеры мест, где их можно найти. Они используются в качестве термометров в больницах и пищевой промышленности.
Плюсы
• Хорошая линейность ЭДС в зависимости от температуры измерения.
• Хорошая стойкость к окислению при температуре ниже 1000 ° C (1600 ° F).
• Самая стабильная среди термопар из недорогого материала.
Против
• Не подходит для восстановительной атмосферы, но выдерживает пары металлов.
• Старение характеристики ЭДС по сравнению с термопарами из благородных материалов (B, R и S).
Муфта из хромелевой и алюмелевой проволоки, имеет диапазон от -270 ° C до 1260 ° C и выходную мощность от -6,4 до 54,9 мВ в максимальном диапазоне температур. Это одно из основных преимуществ термопары типа k по сравнению с другими термопарами в целом или другими датчиками температуры, такими как термистор или резистивный датчик температуры (RTD).
Его способность работать в суровых условиях окружающей среды и в различных атмосферах делает его предпочтительным по сравнению с другими устройствами для измерения температуры.
В термопарахдолжен использоваться соответствующий провод, поскольку разные провода измеряют различные диапазоны температур. Тип К популярен благодаря широкому диапазону температур. Из четырех основных типов термопар тип K охватывает самый широкий диапазон от −200 ° C до 1260 ° C (приблизительно от минус 328 ° F до 2300 ° F).
При защите или изоляции керамическими шариками или изоляционным материалом.
Благодаря своей надежности и точности, тип K широко используется при температурах до 1260 ° C (2300 ° F). Рекомендуется защищать этот тип термопары подходящей металлической или керамической защитной трубкой, особенно в восстановительной атмосфере. В окислительной атмосфере, такой как электрические печи, защита труб не всегда необходима, когда подходят другие условия; тем не менее, он рекомендуется для обеспечения чистоты и общей механической защиты.Тип K обычно дольше, чем тип J, потому что проволока JP (железная) быстро окисляется, особенно при более высоких температурах.
При защите уплотненной минеральной изоляцией и внешней металлической оболочкой (MGO).
Тип K можно использовать при температуре от -35 до 1260 ° C (от -32 до 2300 ° F). Если температура применения составляет от 600 до 1100 ° F, мы рекомендуем тип J или N из-за короткого диапазона заказа, который может вызвать дрейф от + 2 ° до + 4 ° F за несколько часов. Тип К относительно устойчив к передаче излучения в ядерной среде.Для применений при температуре ниже 0 ° C (32 ° F) обычно требуется выбор специального сплава.
При выборе типа необходимо учитывать чувствительность проводов термопары и пределы погрешности. Тип K имеет более высокий предел погрешности, чем другие типы проводов для термопар; производители, выбирающие этот тип, обычно готовы пожертвовать точностью ради широкого диапазона чувствительности. Тип K имеет погрешность в процентах от измеренной температуры. Это примерно 0,75 ‰ или 2,2 ° C, в зависимости от того, что больше.Тип K имеет экспоненциально увеличивающееся напряжение, разность напряжений становится легче измерить и точнее при более высоких температурах. При очень низких температурах от минус 260 ° C до минус 250 ° C напряжения термопар типа K различаются всего на одну или две тысячных милливольта на каждый градус Цельсия. При очень высоких температурах около 1350 ° C напряжение различается примерно на 3,3 сотых милливольта на градус Цельсия.
Датчики с проволокой без покрытия быстрее реагируют на температуру.Провода с покрытием показывают разное время отклика в разных средах. Некоторые химические вещества испытуемого могут повредить открытые зонды и провода. Термопара типа K в оболочке без заземления шириной 1/4 дюйма реагирует на изменения температуры воды примерно за 2,25 секунды. Оголенный провод термопары срабатывает чуть более 0,6 секунды.
Термопара с заземлением
Это наиболее распространенный тип спая. Термопара заземляется, когда оба провода термопары и оболочка свариваются вместе, образуя одно соединение на конце зонда.Заземленные термопары имеют очень хорошее время отклика, потому что термопара находится в прямом контакте с оболочкой, что позволяет легко передавать тепло. Недостатком заземленной термопары является то, что термопара более восприимчива к электрическим помехам. Это связано с тем, что оболочка часто контактирует с окружающей областью, создавая путь для помех.
Незаземленная термопара
Термопара не заземлена, когда провода термопары свариваются вместе, но они изолированы от оболочки.Провода часто разделены минеральной изоляцией.
Открытые термопары (или «термопары с неизолированной проволокой»)
Термопара становится оголенной, когда провода термопары свариваются вместе и непосредственно вставляются в технологический процесс. Время отклика очень быстрое, но оголенные провода термопары более подвержены коррозии и разрушению. Если ваше приложение не требует открытых соединений, этот стиль не рекомендуется.
Измеритель проводов для термопар типа K
Проводники для термопар бывают разных размеров.В зависимости от вашего приложения, выбранный манометр будет влиять на представление. Чем больше размер датчика, тем большую тепловую массу будет иметь термопара с соответствующим уменьшением отклика. Чем больше размер манометра, тем выше стабильность и срок службы. И наоборот, датчик меньшего размера будет иметь более быструю реакцию, но может не обеспечить требуемой стабильности или срока службы.
Нержавеющая сталь 316
Максимальная температура: 1650.Лучшая коррозионная стойкость среди аустенитных марок нержавеющей стали. Широко применяется в пищевой и химической промышленности. Возможны опасные выделения карбида при температуре от 482 ° C до 870 ° C (от 900 ° F до 1600 ° F).
Нержавеющая сталь 316L
Максимальная температура: 1650 ° F (900 ° C). То же, что и нержавеющая сталь 316 (04), за исключением того, что низкоуглеродистая версия обеспечивает лучшую сварку и изготовление.
Нержавеющая сталь 304
Максимальная температура: 1650 ° F (900 ° C).Чаще всего используется низкотемпературный материал оболочки. Широко используется в пищевой, химической и других отраслях промышленности, где требуется устойчивость к коррозии.
Промышленность: Возможны опасные осадки карбида в диапазоне от 900 до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C). Самый дешевый доступный коррозионно-стойкий материал оболочки.
Нержавеющая сталь 304L
Максимальная температура: 900 ° C (1650 ° F).Низкоуглеродистая версия из 304 SST (02). Низкое содержание углерода позволяет сваривать и нагревать этот материал в диапазоне от 900 до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C) без ущерба для коррозионной стойкости.
310 Нержавеющая сталь
Максимальная температура: 2100 ° F (1150 ° C). Механическая и коррозионная стойкость аналогична нержавеющей стали 304, но лучше. Очень хорошая термостойкость.
Этот сплав содержит 25% хрома, 20% никеля.Не такой пластичный, как нержавеющая сталь 304.
321 Нержавеющая сталь
Максимальная температура: 1600 ° F (870 ° C). Аналогичен 304 SS, за исключением титана, стабилизированного для межкристаллитной коррозии.
Этот сплав разработан для преодоления предрасположенности к осаждению углерода в диапазоне от 900 до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C). Используется в аэрокосмической и химической промышленности.
446 Нержавеющая сталь
Максимальная температура: 2100 ° F (1150 ° C).Ферритная нержавеющая сталь, обладающая хорошей стойкостью к сернистой атмосфере при высоких температурах.
Хорошая коррозионная стойкость к азотной кислоте, серной кислоте и большинству щелочей. Благодаря содержанию хрома 27% этот сплав имеет наивысшую термостойкость среди всех ферритных нержавеющих сталей.
Инконель 600
Максимальная температура: 2150 ° F (1175 ° C). Наиболее широко используемый материал оболочки термопары.Хорошая термостойкость, коррозионная стойкость, стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением хлоридных ионов и стойкость к окислению при высоких температурах.
Не использовать в серосодержащих средах. Хорошо подходит для азотирования.
Инконель 601
Максимальная температура: 2150 ° F (1175 ° C) непрерывно, 2300 ° F (1260 ° C) периодически. Аналогичен сплаву 600 с добавлением алюминия для обеспечения исключительной стойкости к окислению.Разработан для устойчивости к высокотемпературной коррозии.
Этот материал хорош в среде науглероживания и имеет хорошую прочность на разрыв при ползучести. Не использовать в вакуумных печах! Восприимчивы к межкристаллитной атаке при длительном нагревании в диапазоне температур от 1000 до 1400 ° F (от 540 до 760 ° C).
Инконель 800
Максимальная температура: 2000 ° F (1095 ° C).Широко используется в качестве материала оболочки нагревателя. Минимальное использование в термопарах. Превосходит сплав 600 по сере, цианидным солям и плавленым нейтральным солям.
Восприимчивость к межкристаллитной атаке в некоторых случаях при воздействии температурного диапазона от 1000 до 1400 ° F (от 540 до 7607 ° C).
Как измерить температуру с помощью термопары типа K
Цепь термопары содержит два соединения из сплава, соединители с проволочным песком и устройство для измерения напряжения.Когда два перехода испытывают разные температуры, через цепь протекает измеримый ток. Сила тока связана с перепадом температур. Поскольку измерение является относительным, для вычисления абсолютной температуры должна быть известна одна из температур. В ранних термопарах температура одного спая поддерживалась при 0 ° C, погружаясь в баню с ледяной водой. Сегодня один из стыков, «холодный спай», электрически компенсирован для поддержания стандарта. Другой спай, «горячий спай», подвергается измерению в окружающей среде.
Сбор данных с термопары типа K
Термопару типа K можно подключить к вольтметру для простого сбора данных. В этом случае выходом является напряжение, и считыватель должен преобразовать уровень напряжения в температуру, используя формулу преобразования. Для записи данных термопару можно подключить к регистратору данных или системе сбора данных для хранения собранных данных. В этих случаях можно использовать схему преобразования или программную операцию для расчета температуры с использованием выходного напряжения.
Как и все термопары, они недороги, имеют быстрое время реакции, малы по размеру и надежны.
Они могут точно измерять экстремальные температуры. В зависимости от того, где они производятся, они варьируются от -270 ° до 1370 ° C или Цельсия с погрешностью от 0,5 до 2 градусов C. Чувствительность этих устройств составляет примерно 41 микровольт на градус C.
ТипыK обычно используются при температурах выше 540 ° C. Чтобы ограничить чрезмерную погрешность, рекомендуется использовать в окислительной или полностью инертной атмосфере в диапазоне от -200 ° до 1260 ° C.
Все термопары имеют недостатки. Перед использованием их необходимо очень тщательно откалибровать. Их выходные сигналы очень малы, поэтому у них могут быть проблемы с шумом. Они подвержены нагрузкам, деформациям и коррозии, особенно с возрастом. Однако у K-типов есть особые проблемы.
Термопарытипа K стабильны только в течение коротких периодов времени при определенных температурах, после чего они имеют тенденцию дрейфовать в положительном направлении. Размер дрейфа зависит от температуры.Например, при 1093 ° C их показания могут отличаться на целых пять градусов. Попеременное или циклическое воздействие ниже 371 ° C и выше 760 ° C дает нестабильные измерения. Длительное воздействие от 427 ° до 649 ° C ускоряет их старение.
Хромель подвержен так называемой «зеленой гнили». Когда это происходит, хром окисляется, становится зеленым и корродирует. Это происходит в средах с пониженным содержанием кислорода от 815 ° до 1040 ° C. Такая среда с обедненным кислородом называется восстановительной, и термопары K-типа никогда не должны использоваться ни в восстановительной, ни в циклически окисляющей и восстанавливающей атмосфере.Кроме того, их не следует использовать в сернистой среде, потому что они станут хрупкими и быстро сломаются. Присутствие хрома делает их непригодными для использования в вакууме, за исключением непродолжительных периодов времени. Это потому, что может произойти испарение.
Проблемы можно свести к минимуму, если использовать их при рекомендуемых температурах и средах. Тщательная калибровка, установка их с соответствующими разъемами и проводами, а также использование схем компенсации также могут помочь. Типы K, сконструированные для уменьшения ошибок, включают те, которые хорошо изолированы, предварительно состарены или отожжены выше их рабочих температур.Некоторые пользователи также стараются часто их заменять. Другие переходят на тип N, который был специально сконструирован как усовершенствование по сравнению с K.
Доступные типы термопар
Типы термопар
Тип K — Тип K (хромель {90 процентов никеля и 10 процентов хрома} –алумель) (алюминий, состоящий из 95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния) является наиболее распространенной термопарой общего назначения с чувствительность приблизительно 41 мкВ / ° C, хромель положительный по отношению к алюмелю.Он недорогой, и доступно большое количество датчиков в диапазоне от -200 ° C до +1350 ° C / от -328 ° F до +2462 ° F. Тип K был определен в то время, когда металлургия была менее развита, чем сегодня, и, следовательно, характеристики значительно различаются между образцами. Никель, один из металлов, является магнитным; Характерной чертой термопар, изготовленных из магнитного материала, является то, что они претерпевают ступенчатое изменение выходной мощности, когда магнитный материал достигает точки Кюри (около 354 ° C для термопар типа K).
Тип E — Тип E (хромель-константан) имеет высокую выходную мощность (68 мкВ / ° C), что делает его хорошо подходящим для криогенного использования. Кроме того, он немагнитный.
Тип J — Тип J (железо-константан) имеет более ограниченный диапазон, чем тип K (от -40 до +750 ° C), но более высокую чувствительность, около 55 мкВ / ° C. Точка Кюри чугуна (770 ° C) вызывает резкое изменение характеристики, определяющей верхний предел температуры.
Тип N- Термопары типа N (никросил-низил) (никель-хром-кремний / никель-кремний) подходят для использования при высоких температурах, превышающих 1200 ° C, благодаря своей стабильности и способности противостоять высокотемпературному окислению.Чувствительность составляет около 39 мкВ / ° C при 900 ° C, что немного ниже, чем у типа K. Разработанный как улучшенный тип K, он становится все более популярным.
Платина типов B, R и S
В термопарах типов B, R и S для каждого проводника используется платина или сплав платины с родием. Это одни из самых стабильных термопар, но их чувствительность ниже, чем у других типов, примерно 10 ° C. Термопары типов B, R и S обычно используются только для высокотемпературных измерений из-за их высокой стоимости и низкой чувствительности.
Тип B — Термопары типа B используют сплав платины с родием для каждого проводника. Один проводник содержит 30% родия, а другой проводник — 6% родия. Эти термопары подходят для использования при температуре до 1800 ° C. Термопары типа B дают такой же выходной сигнал при 0 ° C и 42 ° C, ограничивая их использование ниже примерно 50 ° C.
Тип R — Термопары типа R используют сплав платины с родием, содержащий 13% родия для одного проводника и чистой платины для другого проводника.Термопары типа R используются до 1600 ° C.
T ype S — Термопары типа S состоят из одного провода из 90% платины и 10% родия (положительный или «+») и второго провода из 100% платины (отрицательный или «-»). Как и тип R, термопары типа S используются до 1600 ° C. В частности, тип S используется в качестве эталона для калибровки температуры плавления золота (1064,43 ° C).
Тип T — Термопары типа T (медь – константан) подходят для измерений в диапазоне от –200 до 350 ° C.Часто используется в качестве дифференциального измерения, так как к зондам соприкасается только медный провод. Поскольку оба проводника немагнитны, точка Кюри отсутствует и, следовательно, нет резкого изменения характеристик. Термопары типа T имеют чувствительность около 43 ° C.
Тип C — Термопары типа C (вольфрам 5% рения — вольфрам 26% рений) подходят для измерений в диапазоне от 0 ° C до 2320 ° C. Эта термопара хорошо подходит для вакуумных печей при чрезвычайно высоких температурах.Запрещается использовать его в присутствии кислорода при температуре выше 260 ° C.
Тип M — Термопары типа M используют никелевый сплав для каждой проволоки. Положительный провод содержит 18% молибендума, а отрицательный провод содержит 0,8% кобальта. Эти термопары используются в вакуумных печах по тем же причинам, что и термопары типа C. Верхняя температура ограничена 1400 ° C. Он используется реже, чем другие типы.
Хромель-золото / железо — В термопарах хромель-золото / железо положительный провод выполнен из хромеля, а отрицательный провод — из золота с небольшой долей (0.03–0,15 ат.%) Железа. Его можно использовать в криогенных приложениях (1,2–300 К и даже до 600 К). И чувствительность, и диапазон температур зависят от концентрации железа. Чувствительность обычно составляет около 15 мкВ / К при низких температурах, а самая низкая используемая температура колеблется от 1,2 до 4,2 К.
как работают датчики — термопары
1).ТЕРМОПАРЫ
Нажмите, чтобы увидеть …
2). В
Преимущества 2-х, 3-х и 4-х проводных измерений pT100.
3). Вступление
к измерениям Thermocople.
4). Базовый
RTD измерения
Термопара часто используется в качестве чувствительного элемента в тепловом датчике или переключиться. Принцип состоит в том, что два разных металла всегда имеют контактный потенциал между ними, и этот контактный потенциал меняется при изменении температуры.
Фиг. 1,1
Контакт
потенциал не поддается измерению для одного соединения (или соединения),
но когда два соединения находятся в цепи с соединениями в
различные температуры, тогда напряжение в несколько милливольт может
быть обнаруженным (рис. 1.1). Это напряжение будет нулевым
если стыки имеют одинаковую температуру, и увеличится
при изменении температуры одного спая относительно другого
пока не будет достигнут пик.
Фиг. 1,2
Рис. 1.2 Термопара
характеристика, показывающая типичную кривизну и переход
точка, в которой характеристика меняется на противоположную. Несколько комбинаций
металлов (таких как медь / серебро) не имеют перехода, но имеют
очень низкая производительность.
Форма типичная характеристика представлена на рис.1.2, из которого вы видно, что термопара полезна только в ограниченном диапазоне температуры из-за нелинейной формы характеристики и разворот, который имеет место при температурах выше, чем точка оборота.
Выход от термопары мала, порядка милливольт для разница температур 10 ° C, а на рис. 1.3 показан типичный чувствительность и полезный диапазон для множества распространенных типов.Из них медь / константановый тип используется в основном для нижних диапазон температур и платина! родий для более высокие температуры.
Рис. 1.3
Из-за
малое выходное напряжение, усиление обычно требуется, если
термопара используется для измерения температуры вместе с
чувствительный милливиметр.Если выход термопары
требуется проехать что-нибудь еще
чем движение метра, то потребуется усиление постоянного тока,
с помощью операционного усилителя или прерывателя-усилителя.
Тип
усилитель, который используется, необходимо тщательно выбирать, потому что
необходима хорошая устойчивость к дрейфу до тех пор, пока устройство не будет откалибровано заново
через частые промежутки времени. Это
делает усилитель прерывистого типа предпочтительным для большинства приложений.
Если вкл / выкл
требуется коммутационное действие, термопара должна использоваться вместе
с контроллером, который использует схему типа триггера Шмитта
что также позволяет регулировать смещение так, чтобы температура переключения
можно предварительно установить. Обычная схема включает усиление, потому что
нижние диапазоны выходов термопар сравнимы с
контактные потенциалы (тот же тип эффекта) в усилителе
схемы,
и попытка использовать очень маленькие входы для переключения неизменно
приводит к проблемам гистерезиса и чрезмерной чувствительности.
Одно конкретное
Преимущество термопар в том, что сами чувствительные элементы
очень маленькие, что позволяет вставлять термопары в очень
небольшие помещения и реагировать на быстро меняющиеся температуры.
Электрическая природа процесса
означает, что схема для считывания выхода термопары
может быть удален от самого датчика. Обратите внимание, что термопара
эффекты будут встречаться везде, где встречается один металлический проводник
другой, так что разница температур по контуру
платы также могут создавать напряжения, сравнимые с
вывод с термопар.
Форма поэтому важна конструкция усилителей для термопар, и необходима некоторая установка нуля.
С
благодарность «Датчики и преобразователи»,
Руководство для технических специалистов Яна Р. Синклера — ISBN 0-632-02069-5
Заявление о принятии авторских прав.
ПЛАТИНОВЫЙ ДАТЧИКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ Pt100
сопротивление потоку электричества в металлических материалах различается с температурой.Это может быть хорошо использовано в платине. детекторы сопротивления. Платина особенно стабильна как в электрическом отношении. и механически, а также стабильно во времени, производя относительно линейное изменение сопротивления в зависимости от температуры.
Потому что изменение выходного сопротивления к температуре относительно невелико, Отсюда следует, что важны длина проводов и сопротивление. Особенности.Обычно, когда длина выводов короткая или может считаться в качестве приемлемого содержания добавки двухпроводная конфигурация достаточный.
Трехпроводной является наиболее часто используемым и, если не указано иное, поставляется в стандартной комплектации третий провод является компенсатором длины провода. и при условии, что все три провода имеют одинаковое сопротивление, компенсирует для любых ошибок ZERO или SPAN. (Не для всех мостов).
Четыре провода обеспечивают для высокой точности и рекомендуется для использования с барьерами Зенера.
СОЕДИНЕНИЕ
КОНФИГУРАЦИЯ
Платиновые резисторы обычно имеют сопротивление 100 Ом при 0 ° C и
138,51 Ом при 100 ° C. Доступны разные сорта.
в зависимости от требуемой точности и может поставляться как дуплекс
датчики, два независимых датчика на одном каркасе.
Соответствующие точность трех основных типов спецификаций, BS.EN 60751 Класс A, BS.EN 60751, класс B и 1/10 класс B. Pt100 Platinum Датчики сопротивления показаны в таблице допусков ниже.
| Сопротивление при интервале основной гармоники 38,51 Ом | Допуски для термометров 100 Ом | |||||||
| Температура | Класс A | Класс B | 1/10 Класс B | |||||
| ° С | ° F | Номинальный Значение | ± ° С | ± Ом | ± ° С | ± Ом | ± ° С | ± Ом |
| -200 | -328 | 18.52 | 0,55 | 0,24 | 1,3 | 0,56 | 0,13 | 0,06 |
| -100 | -148 | 60.26 | 0,35 | 0,14 | 0,8 | 0,32 | 0,08 | 0,03 |
| 0 | 32 | 100.00 | 0,15 | 0,06 | 0,3 | 0,12 | 0,03 | 0,01 |
| 100 | 212 | 138.51 | 0,35 | 0,13 | 0,8 | 0,30 | 0,08 | 0,03 |
| 200 | 392 | 175.86 | 0,55 | 0,20 | 1,3 | 0,48 | 0,13 | 0,05 |
| 300 | 572 | 212.05 | 0,75 | 0,27 | 1,8 | 0,64 | 0,18 | 0,06 |
| 400 | 752 | 247.09 | 0,95 | 0,33 | 2,3 | 0,79 | 0,23 | 0,08 |
| 500 | 932 | 280.98 | 1,15 | 0,38 | 2,8 | 0,93 | 0,28 | 0,09 |
| 600 | 1112 | 313.71 | 1,35 | 0,43 | 3,3 | 1.06 | 0,33 | 0,10 |
| 700 | 1292 | 345.28 | — | — | 3,8 | 1,17 | — | — |
| 800 | 1472 | 375.70 | — | — | 4,3 | 1,28 | — | — |
ЗНАЧЕНИЯ ДОПУСКА
КАК ФУНКЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ТЕРМОМЕТРА 100 Ом
ВОДЫ
Pt100
датчики поставляются с 2-х, 3-х или 4-х проводным подключением и, если
в противном случае будет поставляться как 3-проводной тип 7 x 0.2
мм с изоляцией из медного ПТФЭ, с двумя красными проводами, обозначающими один конец
элемент и один белый провод, указывающий на другой. Альтернатива
могут поставляться типы изоляции проводов.
| Материал | Максимальный диапазон | Заявка |
| ПВХ | от -10 до +105 ° C | Низкий стоимость, влагостойкие, короткие |
| ПТФЭ | -60 до +250 ° C | Износостойкость, большая длина |
| тканый Асбест | в +700 ° С | Шамотный пропитанный |
| тканый Кремнезем | в +1000 ° С | |
| Глинозем Фарфор | в +1400 ° С | Электрооборудование сопротивление снижается выше 900 ° C |
| Глинозем рекристаллизованный | до +1950 ° C | Электрическое сопротивление снижается выше 900 ° C |
Датчики «летающего свинца» могут поставляться с дополнительной опцией из нержавеющей стали. стальная оплетка или гофрированная оболочка для более тяжелых условий эксплуатации.
2). Преимущества 2-х, 3-х и 4-х проводных
Измерение Pt100 ВВЕДЕНИЕ
Два, Разработаны трех- и четырехпроводные методы измерения. для точного измерения сопротивления резистивной температуры детекторы (RTD). В этой заметке по применению рассматриваются новые методы внедряются в «умные» инструменты, где с помощью интеллект микропроцессора, традиционные недостатки Трехпроводные системы больше не применяются. ТРИ ИЗМЕРЕНИЕ ПРОВОДОВ
традиционный метод точного измерения сопротивления заключается в включить сопротивление в схему моста Уитстона (см. рисунок ниже). А напряжение возбуждает мост, и напряжение на мосту пропорционально к сопротивлению RTD.
Возникла проблема когда мы вводим сопротивления проводов (см. рисунок ниже).это очевидно, что любое сопротивление в отведении выглядит так, как если бы — дополнительное сопротивление в измеряемом элементе.
Для минимизации эти ошибки был введен трехпроводной мост с компенсацией (см. рисунок ниже).
Это имеет эффект устранения ошибки, вызванной сопротивлением выводов при условии, что сопротивления проводов RL1 и RL3 совпадают.
Однако влияние сопротивления провода может привести к снижению тока в поток в ножке детектора и, следовательно, приведет к небольшому, но, возможно, значительная ошибка диапазона. Этого можно избежать, возбудив мост от источника постоянного тока, а не постоянного напряжение и, следовательно, независимо от сопротивления проводов, одинаковый ток всегда протекает через детектор. С помощью этого метода есть ошибки сопротивления выводов отсутствуют, пока сопротивления выводов одинаковы.На практике они очень близки при условии, что используемый провод является частью того же многожильного кабеля.
Исключение к этому, когда датчик используется в опасной зоне и подключен к мостовой схеме через барьер Зенера. Здесь любое несовпадение в сопротивлении двух ножек стабилитрона может появиться как ошибка датчика. Хотя эта ошибка еще невелика, она может иметь вид почти 0.15 Ом или прибл. 0,3 ° С (барьер MTL 155).
Для аналога передатчики Status Instruments Ltd. традиционно использовали вариант этой техники с использованием внутреннего активного моста схема. Исключение составляет новая серия «Smart». инструментов, использующих другую технику, которая будет объяснил позже.
Другой способ
измерения элементов Pt100 заключается в использовании 4-х проводного тока и напряжения
метод (см. рисунок ниже).
Здесь детектор возбуждается постоянным током, и напряжение на детектор измеряется усилителем с высокоомным входом. Если источник тока идеален и входное сопротивление цепь измерения напряжения бесконечна, значит ошибки нет что бы ни вносили сопротивления свинца, даже если они несоответствие.
THE
«УМНЫЙ» ПУТЬ ВПЕРЕД
Это
параграф описывает метод, используемый для измерения Pt100 на новом
Инструменты серии DM3000.
Текущий
тенденция для так называемых инструментов SMART — иметь универсальный
вход, способный поддерживать широкий диапазон входов. Неудобно
(и ненужно) выделить входные контакты и электронику для поддержки
источник постоянного тока и мостовая схема. Вход
схема измеряет напряжения с высокой степенью точности и
микропроцессор выполняет расчет, показанный на рисунке ниже.
Rc используется исключительно для ограничения протекающего тока, а Rs является стабильным
эталонный резистор.
вычислив сопротивление, микропроцессор применяет необходимые поправки и переводит сопротивление в точные показания температуры.
Кроме того, микропроцессор может определить, какой из входов RTD отключился и обнаружил другие ошибки, такие как короткое замыкание RTD схема.Это улучшение по сравнению с обычными тремя и четырехпроводные схемы, потому что теперь вы можете иметь предсказуемый режим отказа, не зависящий от того, какой из трех проводов стал отключенным.
Эта техника устраняет эффекты сопротивления свинцу, пока они равны. Опять таки, у нас есть проблема при использовании барьеров Зенера в том, что если ножки шлагбаума не точно подогнаны, то небольшой могла быть внесена ошибка.
С благодарность Status Instruments Ltd.
Тел. +44 1684 296818 Факс +44 1684 293746
Эл. Почта: [email protected] Веб-сайт: www.status.co.uk
3).
Введение в измерения термопар
Введение
наиболее распространенные устройства, используемые для измерения температуры, включают термопары,
резистивные датчики температуры (RTD) и термисторы.Каждый
обладает уникальными характеристиками и свойствами, которые делают еще один
подходит, чем другой для определенного приложения.
Термопары являются наиболее широко используемым устройством для измерения температуры, и, вероятно, наименее понятный. Они просты и эффективны, и обеспечивают небольшой сигнал напряжения, пропорциональный температуре разница между двумя спаями в замкнутой термоэлектрической цепи. В самой базовой конфигурации одно соединение поддерживается на постоянном уровне. эталонная температура, в то время как другой находится в контакте с измеряемая среда.
Эта среда может быть газовой, жидкой или твердой, но во всех случаях среда не должна подвергаться химическому, электрическому или физическому загрязнение или изменение спая термопары. Для специальных приложений или для защиты от окружающей среды доступны термопары. с защитными покрытиями и экранами или оболочками. RTD составлены металлов с высоким положительным температурным коэффициентом сопротивления.Большинство RTD представляют собой просто проволочные или тонкопленочные резисторы, изготовленные из провод с известной зависимостью сопротивления от температуры. Платина является одним из наиболее широко используемых материалов для термометров сопротивления. Они приходят в широком диапазоне точности, и самые точные также используется как NIST (Национальный институт стандартов и технологий) температурные нормы.
Термисторы похожи на RTD в том, что они также изменяют сопротивление
между их выводами при изменении температуры.Тем не мение,
они могут быть как с положительной, так и с отрицательной температурой
коэффициент. Кроме того, у них гораздо более высокий коэффициент сопротивления.
изменение на градус Цельсия (несколько%), чем у RTD, что делает их более
чувствительный.
Градиент
Тип термопары
Термопара
сами по себе соединения не генерируют напряжения. Выход или потенциал
разница, возникающая на открытом конце, является функцией обоих
температуры закрытого спая и открытого конца.Принцип
работы зависит от уникального значения генерируемой термоэдс.
между открытыми концами выводов и стыком двух разнородных
металлы выдерживаются при определенной температуре. Принцип называется
Эффект Зеебека, названный в честь первооткрывателя. Количество
напряжение, генерируемое на открытых концах датчика, и диапазон
измеряемых прибором температур зависит от Зеебека.
коэффициент, который, в свою очередь, зависит от химического состава
материалов, из которых состоит провод термопары.
В принципе,
TC может быть изготовлен из любых двух разнородных металлов, таких как никель.
и железо. Однако на практике только несколько типов TC стали
стандартные, потому что их температурные коэффициенты очень повторяемы,
они прочные и генерируют относительно большие выходные напряжения.
Наиболее распространенные типы термопар называются J, K, T и E,
затем следуют N28, N14, S, R и B. Температура перехода может
можно вывести из напряжения Зеебека, сверяясь со стандартными таблицами.Однако это напряжение нельзя использовать напрямую, потому что термопара
подключение провода к медному зажиму на измерительном приборе
сам по себе представляет собой спай термопары (если только провод термопары
тоже медь) и генерирует еще одну ЭДС, которую необходимо компенсировать.
Холодный спай
Компенсация
классический метод компенсации ЭДС на приборе
клеммы — это термопара, погруженная в настоящую ванну с ледяной водой
который, в свою очередь, подключается последовательно с измерительной термопарой.Комбинация льда и воды поддерживает температуру ванны до
постоянный и точный 0 ° C (32 ° F). Термопара NIST
В таблицах ЭДС перечислены выходные ЭДС термопары на основе соответствующего
эталонный спай термопары выдерживается при 0 ° C.
Программное обеспечение
Компенсация
Лед
ванны и множественные эталонные спая в больших испытательных приспособлениях
неудобства, которые нужно создавать и поддерживать, и, к счастью, все они
можно устранить.Ледяную баню можно игнорировать, когда температура
выводных проводов и точек опорного спая (изотермический
клеммная колодка на приборе) одинаковы. Коррекция ЭДС
необходимо на клеммах, можно ссылаться и компенсировать
стандарты NIST через компьютерное программное обеспечение. Когда ледяные ванны
устранены, компенсация холодного спая (CJC) по-прежнему необходима
для получения точных измерений термопары.Программное обеспечение
должен считывать изотермическую температуру блока. Одна распространенная техника
использует термистор, установленный рядом с изотермической клеммной колодкой
который подключается к выводам внешней термопары. Нет температуры
допускаются градиенты в области, содержащей термистор.
и терминалы.
Тип используемой термопары предварительно запрограммирован для соответствующего
канал, а динамические входные данные для программного обеспечения включают
температура изотермического блока и измеренная температура окружающей среды
температура.Программа использует изотермическую температуру блока.
и тип термопары, чтобы узнать значение измеряемой
температура, соответствующая его напряжению в таблице, или вычисляет
температура с помощью полиномиального уравнения. Последний метод
позволяет многочисленным каналам термопар различных типов
подключаться одновременно, пока компьютер обрабатывает все
преобразования автоматически.
Оборудование
Компенсация
Хотя
полиномиальный подход быстрее, чем справочная таблица, аппаратное обеспечение
метод еще быстрее, потому что правильное напряжение сразу
доступны для сканирования.Один метод использует батарею в цепи
обнулить напряжение смещения от опорного перехода, чтобы
чистый эффект равен температуре соединения 0 ° C. Более практичный подход
это «электронный ориентир точки льда», который генерирует
компенсирующее напряжение как функция измерения температуры
цепь с питанием от батареи или аналогичного источника напряжения. Напряжение
тогда соответствует эквивалентному эталонному спайу при 0 ° C.
Тип Смешивание
Термопара
тестовые системы часто измеряют от десятков до сотен точек одновременно.
Для удобной работы с таким большим количеством каналов
без усложнения отдельных уникальных компенсационных ТК
для каждого модуля сканирования термопар имеется несколько входов
каналов и может принимать любые из различных типов термопар
на любом канале одновременно.Они содержат специальные медные
входные клеммные колодки с многочисленными компенсациями холодного спая
датчики для обеспечения точных показаний, независимо от датчика
тип б / у. Кроме того, модуль содержит встроенный автоматический
канал обнуления, а также канал компенсации холодного спая.
Хотя скорость измерения относительно ниже, чем у большинства других
типы модулей сканирования, показания фиксируются в мс, они
содержат меньше шума, они более точные и стабильные.Для
Например, один канал TC может быть измерен за 3 мс, 14 каналов
за 16 мс и 56 каналов за 61 мс. Типичная точность измерения
лучше 0,7 ° C, с изменением от канала к каналу
обычно менее 0,5 ° C.
Линеаризация
После
установка эквивалентной эталонной ЭДС точки льда на любом оборудовании
или программное обеспечение, измеренное напряжение термопары должно быть преобразовано
к показанию температуры.Выходное напряжение термопары пропорционально
до температуры перехода ТС, но не идеально
линейно в очень широком диапазоне.
Стандартный метод получения высокой точности преобразования для
любая температура использует значение измеренного напряжения термопары
включены в характеристическое уравнение для этого конкретного типа
термопара. Уравнение представляет собой многочлен порядка шести
до десяти.Компьютер автоматически выполняет расчет, но
многочлены высокого порядка требуют значительного времени для обработки. В
Чтобы ускорить расчет, характеристика термопары
Кривая разделена на несколько сегментов. Затем каждый сегмент
аппроксимируется полиномом более низкого порядка.
Аналоговые схемы иногда используются для линеаризации
кривые, но когда полиномиальный метод не используется, термопара
выходное напряжение часто подключается ко входу аналогового
к цифровому преобразователю (АЦП), где точное напряжение к температуре
совпадение получается из таблицы, хранящейся в компьютерном
объем памяти.Например, одна карта TC системы сбора данных включает
программный драйвер, содержащий библиотеку преобразования температуры
который изменяет необработанные двоичные каналы TC и информацию CJC на
показания температуры. Некоторые программные пакеты предоставляют информацию о CJC.
и автоматически линеаризуйте термопары, подключенные к
система.
Термопара
Ошибки измерения
Шумная среда
Потому что
термопары генерируют относительно небольшое напряжение, шум всегда
проблема.Наиболее частым источником шума является электросеть.
линии (50 или 60 Гц). Полоса пропускания термопары ниже 50
Гц, поэтому простой фильтр в каждом канале может уменьшить мешающие
шум линии переменного тока. Общие фильтры включают резисторы и конденсаторы.
и активные фильтры, построенные на базе операционных усилителей. Хотя пассивный RC
фильтр недорогой и хорошо подходит для аналоговых схем, он
не рекомендуется для мультиплексированного внешнего интерфейса, потому что мультиплексор
нагрузка может изменить характеристики фильтра.С другой
стороны, активный фильтр, состоящий из операционного усилителя и нескольких пассивных
компоненты работают хорошо, но это дороже и сложнее.
Кроме того, каждый канал должен быть откалиброван для компенсации усиления.
и погрешности смещения.
Дополнительный
Касается
Термопара
Сборка
Термопары представляют собой скрученные пары разнородных проводов и припаянные
или сварены на стыке.При неправильной сборке
они могут приводить к множеству ошибок. Например, провода должны
не скручиваться вместе, образуя стык; они должны быть спаяны
или сварные. Но припоя хватает только при относительно низких температурах,
обычно менее 200 ° C. И хотя пайка тоже привносит
третий металл, такой как сплав свинец / олово, вряд ли внесет
ошибки, если обе стороны соединения имеют одинаковую температуру.Сварка стыка предпочтительна, но она должна выполняться без
изменение характеристик проводов. Производится серийно
спайки термопар обычно соединяются емкостным разрядом
сварочные аппараты, обеспечивающие однородность и предотвращающие загрязнение. Термопары
может стать некалиброванным и указывать неправильную температуру, когда
изменится физический состав провода. Тогда он не может встретиться
стандарты NIST.Изменение может происходить из разных источников,
включая воздействие перепадов температур, холодную обработку
металл, нагрузка на кабель при установке, вибрация,
или температурные градиенты.
Выход термопары также может измениться, когда ее сопротивление изоляции уменьшается при повышении температуры. Изменение экспоненциальное и может обеспечить настолько низкое сопротивление утечке, что цепь детектора обрыва провода термопары.В высокотемпературных применения с использованием тонкого провода термопары, изоляция может деградировать до образования виртуального перекрестка. Данные система сбора данных затем измеряет выходное напряжение виртуальное соединение вместо истинного соединения.
Кроме того, высокие температуры могут выделять загрязнения и химические вещества внутри изоляция провода термопары, которая диффундирует в термопару металл и изменить его характеристики.Тогда температура vs. соотношение напряжений отклоняется от опубликованных значений. Выбирать защитная изоляция, предназначенная для высокотемпературной эксплуатации чтобы свести к минимуму эти проблемы.
Изоляция
Термопара
изоляция снижает шум и ошибки, обычно вызываемые землей
петли. Это особенно неприятно, когда большое количество термопар
с длинными выводами крепятся непосредственно между блоком двигателя (или другим
большой металлический предмет) и прибор для измерения термопар.Они могут ссылаться на разные основания и без изоляции,
контур заземления может вносить относительно большие ошибки в
чтения.
Авто-обнуление
Поправка
Вычитание
выход закороченного канала из измерительного канала
показания могут свести к минимуму влияние временного и температурного дрейфа
на аналоговой схеме системы. Хотя очень маленький,
этот дрейф может стать значительной частью напряжения низкого уровня.
питание от термопары.Один эффективный метод вычитания
смещение из-за дрейфа выполняется в два этапа. Во-первых, внутренний
секвенсор каналов переключается на опорный узел и сохраняет
ошибка смещения напряжения на конденсаторе. Далее, как термопара
канал переключается на аналоговый тракт, сохраненное напряжение ошибки
подается на вход коррекции смещения дифференциального усилителя
и автоматически обнуляет смещение. См. Рисунок 9.
Открытая термопара
Обнаружение
Обнаружение
легко и быстро открывать термопары, что особенно важно
в системах с большим количеством каналов. Термопары имеют свойство ломаться
или увеличение сопротивления при воздействии вибрации, плохого обращения,
и долгий срок службы. Простая схема обнаружения обрыва термопары
состоит из небольшого конденсатора, размещенного на выводах термопары.
и управляется током низкого уровня.Низкое сопротивление
неповрежденная термопара представляет собой виртуальное короткое замыкание через
конденсатор, поэтому он не может заряжаться. Но когда термопара открывается
или существенно изменяет сопротивление, конденсатор заряжается и
подключает вход к одной из шин напряжения, что положительно
указывает на неисправную термопару.
Гальваника
Экшен
Некоторые
изоляционные материалы для термопар содержат красители, образующие электролит
в присутствии воды.Электролит создает гальваническое
напряжение между выводами, которое, в свою очередь, создает выходные сигналы
в сотни раз больше, чем чистое напряжение холостого хода.
Таким образом, надлежащая практика установки требует экранирования термопары.
провода от повышенной влажности и любых жидкостей, чтобы избежать подобных проблем.
Тепловой
Маневровая
Ан
идеальная термопара не влияет на температуру устройства
измеряется, но настоящая термопара содержит массу, которая
при добавлении к тестируемому устройству может изменить температуру
измерение.Масса термопары может быть минимизирована за счет небольшого диаметра
провода, но провода меньшего размера более подвержены загрязнению,
отжиг, деформация и шунтирование
сопротивление. Одно из решений, которое поможет облегчить эту проблему, — использовать
небольшой провод термопары на стыке, но добавьте специальный, более тяжелый
Удлинительный провод термопары для покрытия больших расстояний. Материал
используемый в этих удлинительных проводах имеет коэффициенты полезного напряжения холостого хода
аналогично определенным типам термопар.Его последовательное сопротивление
относительно низок на больших расстояниях, и его можно протянуть
кабелепровод легче, чем премиум-класс
провод термопары. Помимо преимущества в практическом размере,
удлинитель дешевле, чем стандартный провод термопары,
особенно платина.
Несмотря на эти преимущества, удлинительный провод обычно работает через
гораздо более узкий температурный диапазон и более вероятно получение
механическое напряжение.По этим причинам температурные градиенты по
длина удлинительного провода должна быть минимальной, чтобы обеспечить точность
измерения температуры.
Улучшение
Точность калибровки проволоки
Термопара
проволока изготавливается в соответствии со спецификациями NIST. Часто эти спецификации
может быть более точно встречен, когда провод калибруется на месте по
известный температурный стандарт.
С благодарностью IPC Systems ООО
Тел: +44 (0) 1905 338989
4). Основные измерения RTD
Нажмите чтобы загрузить файл PDF на «Основные измерения RTD» .
Похожие записи
