Принцип действия и принцип работы термопары
В рамках данной статьи мы рассмотрим принцип действия, недостатки, преимущества и особенности термопары – температурного датчика, широко используемого в промышленности.
В основе принципа работы термопары лежит явление, описанное Томасом Зеебеком в далеком 1822 году: при разности температур на измерительных контактах, расположенных на гомогенном материале, обладающем свободными зарядами, возникает разность потенциалов, или же напряжение.
Иными словами, вышеописанные условия приводят к возникновению термоэлектродвижущей силы (ТЭДС). Стоит отметить, что ТЭДС генерируется по всем длине термоэлектрода, а не в месте спая, что дает возможность понять соответствующие ограничения по точности, установленные самой природой процесса.
Как уже был сказано выше, ТЭДС возникает по всей длине электрода, а потому показания термопары определяются состоянием электродов в зоне с максимальным температурным градиентом. Исходя из этого, проверка термопар проводится при том же состоянии среды, как и на рабочем объекте.
Преимущества термопары
- Простота изготовления, прочность конструкции и надежность.
- Возможность использования в широком температурном диапазоне. Термопара является наиболее высокотемпературным из всех существующих контактных датчиков.
- Возможности приведения спая термопары в прямой контакт с объектом измерения и непосредственного заземления.
Недостатки термопары
- Термоэлектрическая неоднородность в проводниках, приводящая к изменению градуировочной характеристики. Вследствие термоэлектрической неоднородности возникают различные химические процессы (коррозия и т.д.), изменяющие состав сплава термопары.
- Контроль температуры холодных спаев. Как правило, все современные измерительные конструкции на основе термопар имеют полупроводниковый сенсор или встроенный тиристор для внесения корректировок в измененную ТЭДС в автоматическом режиме.
- Подверженность электродов воздействию агрессивных сред, в случае если корпус термопары недостаточно герметичен.
- Вероятность возникновения эффекта «антенны» при большой длине проводов термопары.
- Нелинейная зависимость ТЭДС от температуры, что усложняет разработку вторичных преобразователей сигнала.
- Необходимость обеспечения электрической изоляции преобразователя сигнала при повышенных требованиях к времени термической инерции термопары.
Термопары и их особенности
- Термопары из неблагородных металлов.
- Термопары из благородных металлов.
— Хромель-алюмель – тип «К». Является наиболее распространенной среди термопар. Позволяет измерять температуры и диапазоне от -200 °С до +1350°С, может использоваться в атмосфере с избытком кислорода, не может использоваться в атмосфере серы.
— Хромель-копаль – тип L. Температурный диапазон: -200 °С до +800 °С.
— Хромель-константан – тип Е (от -40 °С до +900 °С). Главные преимущества – термоэлектрически однородный материал электродов и высокая чувствительность.
— Медь-константан – тип Т (от -250°С до +300 °С). Влагостойкая термопара, которая может использоваться при недостатке или же избытке кислорода.
— Железо-константан – тип J (от -40 °С до +750 °С). Рекомендуется в разряженной атмосфере.
— Платинородий-платинородиевая – тип B (до +1500 °С). Может использоваться в окислительной среде.
— Платинородий-платиновая – тип S и тип R (до +1350 °С)
Работа термопары предопределяется ее типом и характеристиками. При выборе термопары обязательно учитывайте свои потребности и возможности конкретной модели.
Рассказать друзьям!
Все, что нужно знать о термопарах
Термоэлектрический преобразователь, или термопара (ТП) — высокоточный сенсор, используемый для температурных измерений. Отличие от прочих измерителей температуры — возникновение тока при нагревании спаянных электродов.
Где применяют термопары
Благодаря совместимости с мультиметрами, контроллерами, регуляторами температуры и прочими приборами область применения термопар обширна: от производственных установок до газовых котлов и бытовой техники.
Преобразователи способны работать в широком диапазоне. Поэтому наиболее часто их применяют для проверки и тестирования оборудования, связанного с высокими температурами:
Термоэлектрический преобразователь
- Топливные котлы;
- Бойлеры;
- Плиты;
- Паяльные установки;
- Устройства с горелками;
- Духовки;
- Печи;
- Автоматика отопительных систем;
- Металлургическое оборудование и пр.
Конструктивные особенности ТП
Конструктивно термоэлектрические преобразователи представляют собой 2 спаянных на одном конце разносплавных термоэлектрода, или проводника. Точку соединения называют также «головкой» или «горячей спайкой». Именно она нагревается и является чувствительным сегментом, проводящим измерения.
Разновидности ТП
Два других конца проводников называются «холодным спаем» и подсоединяются к вторичному устройству (регулятор температуры, мультиметр и пр.
Сама термопара помещается в защитный кожух из стали. Спаи могут располагаться в кожухе по-разному. Это могут быть один или два изолированных от корпуса спая или сдвоенный спай. Конструкция некоторых преобразователей включает в себя заземленный чувствительный элемент. Встречаются также приборы с неизолированными, присоединенными к корпусу головками.
Принцип работы термоэлектрического преобразователя
Термоэлектрический эффект лежит в основе принципа действия термопары. Он также известен как эффект Зеебека (по имени ученого, открывшего его). Его суть: в замкнутой цепи проводников образуется термо-ЭДС. Для проведения измерений необходимо:
- Чтобы проводники были из разных сплавов;
- Чтобы температура проводников была разной.
В противном случае термоэлектрического эффекта не возникнет, и провести измерения не получится. Поэтому в конструкцию термопары включаются проводники из разных сплавов (хромель-алюмель, железо-константан, нихросил-нисил, хромель-копель и пр.)
В зависимости от материала преобразователь при нагревании создает термо-ЭДС. Но для каждого вида сплава рабочие диапазоны, процент погрешности и скорость измерения разные.
Принцип работы термопары
Для измерения температуры термопарой необходимо:
- Горячий спай поместить в измеряемую среду;
- Свободные два конца проводников подключить к измерительному прибору;
- Снять значения силы тока;
- По специальным графикам и таблицам определить температуру.
Некоторые измерительные устройства способны сразу определить температурный показатель.
Это значительно ускоряет и упрощает процесс.
Особенности и погрешность термопар
Сами по себе термоэлектрические преобразователи довольно точны, и уровень погрешности низкий у любых типов проводников. Однако бывают случаи, когда погрешность нужно свести к минимуму. В таком случае холодные концы можно поместить в специальные капсулы, в которых температура контролируется приборами.
Кроме этого, термопары характеризуются рядом преимуществ:
- Широкий температурный диапазон;
- Устойчивость к механическим воздействиям;
- Стойкость к вибрациям;
- Высокая скорость реакции;
- Долгий срок службы.
Кабели к термопарам
К тому же, чем длиннее провод, тем больше вероятность возникновения помех.
Поэтому при подключении необходимо подбирать кабель минимально возможной длины.
Также при необходимости важно обратить внимание на компенсацию холодного спая (КХС). Ее суть заключается в том, чтобы компенсировать разницу температур между измеряемым участком и термопарой. Вычисление КХС обычно ведется максимально близко к точке замера.
Существует возможность изготовить термопару самостоятельно. Но этот процесс весьма трудоемкий и затратный. Кроме того, подобное устройство может оказаться не надежным и не безопасным.
Поэтому для проведения замеров температуры обычно покупают термопары, изготовленные в соответствии с ГОСТ 6616-94, ГОСТ Р 8.585-2001 и действующим стандартами МЭК. В каталоге СОЮЗ-ПРИБОР можно найти термоэлектрические преобразователи, соответствующие всем нормам и занесенные в Госреестр СИ РФ.
Объяснение термопары | Принципы работы
В этой статье мы познакомим вас с одним из наиболее часто используемых датчиков температуры — термопарой.
Мы обсудим основы их работы, что необходимо учитывать при выборе термопары, а затем проблемы, связанные с внедрением термопар в промышленное применение.
Если вы решаете, какие инструменты будут размещены на машине или в процессе, чем больше у вас информации, тем лучше.
Сказав все это, давайте начнем нашу прогулку по термопаре…
Термопары – основы
Термопара – чрезвычайно простое устройство, используемое для измерения температуры.
Термопары, как правило, недороги, долговечны и могут быть изготовлены в различных формах и размерах.
Горячий спай термопары
Термопара состоит из двух разнородных металлических проводов.
Непохожий — это просто причудливый способ сказать Другой , но по какой-то неизвестной причине это слово чаще всего используется при обсуждении термопар.
В любом случае металлические провода соединяются вместе только в одном месте, обычно на конце термопары.
Многие производители называют это соединение разными именами. Горячий спай, измерительный спай, точка измерения или сенсорный спай. Все эти термины относятся к одному и тому же… месту соединения разнородных металлов, которое будет измерять температуру.
Выходное соединение термопары
Провода на противоположном конце от измерительного соединения остаются доступными для подключения к какому-либо измерительному прибору, например, датчику температуры, простому электронному блоку отображения или даже непосредственно к ПЛК. плата входа термопары.
Холодный спай термопары
Клеммы проводки на измерительном приборе чаще всего называются холодным спаем .
В то время как горячий спай относится к наконечнику термопары, который будет подвергаться воздействию интересующего источника тепла, холодный спай относится к соединениям проводов термопары, которые происходят непосредственно на измерительном приборе, который обычно не подвергается воздействию одинаковая тепловая энергия.
Термоэлектрический эффект
Все термопары работают одинаково. Они генерируют небольшое напряжение при воздействии тепла.
Если вас интересует подробная физика того, как это работает, вы можете исследовать такие темы, как Термоэлектрический эффект , или Эффект Зеебека , но, говоря проще, когда вы нагреваете кусок металла, электроны в металле хотят больше двигаться и будут стремиться двигаться сквозь металл от жара.
Поскольку электроны заряжены отрицательно, более холодный конец куска металла будет иметь отрицательный заряд по сравнению с более горячим концом.
Работа термопары
Работа термопары основана на движении электронов в металлических проводах из-за разницы температур между горячим и холодным спаями.
Если бы два провода термопары были сделаны из одного и того же типа металла, электроны в обоих проводах удалялись бы от тепла примерно с одинаковой скоростью, поэтому вы не могли бы реально измерить разницу в заряде двух проводов. провода.
Но если вы помните, термопары состоят из двух разных типов металлических проводов… и эти провода соединяются вместе только в горячем спае… чувствительном конце термопары.
Различные металлы в этих проводах или, точнее, электроны в этих разных металлических проводах по-разному реагируют на тепло.
Провода термопары
При воздействии тепла электроны одного из проводов будут двигаться с определенной скоростью. Электроны из другого провода захотят двигаться с другой скоростью.
– Провод, в котором больше движущихся электронов, оказывается более отрицательно заряженным в холодном спае… и поэтому будет называться отрицательным проводом .
— Провод с более медленными электронами не накапливает столько заряда, поэтому он называется 9.
0014 плюсовой провод .
Эту разницу заряда между положительным и отрицательным проводами можно измерить и использовать для расчета тепла в горячем спае.
Это основной принцип работы термопары, поэтому давайте более подробно рассмотрим конкретную термопару, чтобы убедиться, что она у нас есть.
Термопара типа K
Рассмотрим внимательно термопару типа K. Термопара типа K, вероятно, является наиболее часто используемой термопарой в промышленных приложениях, потому что она предсказуемо реагирует в очень широком диапазоне температур (скажем, от -330 ° F до примерно +2460 ° F).
Точные диапазоны температур будут немного меняться в зависимости от того, как производитель строит корпус зонда и какие изоляционные материалы используются, но с таким широким диапазоном вы можете понять, почему он подходит практически для любого применения…
Термопары типа K изготавливаются из металлических сплавов Хромель и Алюмель .
Когда мы нагреем проволоку, вы заметите, что электроны в хромелевой проволоке движутся не так сильно, как электроны в алюмелевой проволоке.
За очень короткий период времени вы можете увидеть, что алюмелевая проволока имеет больше электронов, собирающихся на холодном спае… более холодный конец… что означает, что алюмелевая проволока будет иметь отрицательный заряд по сравнению с хромелевой проволокой.
Эту разницу в заряде, также называемую напряжением, можно измерить.
Напряжение термопары
Чем больше тепла вы подаете на металлическую проволоку, тем сильнее хотят двигаться электроны и тем больше они удаляются от тепла.
При использовании двух разных типов металлической проволоки разница в напряжении будет увеличиваться и уменьшаться при изменении температуры в точке измерения.
Напряжения термопары очень малы. Фактическое изменение напряжения на градус Цельсия ничтожно мало. Например, для типа K изменение составляет около 41 мкВ/°C.
Кроме того, интересно, что все напряжения T/C равны 0 мВ при 0 °C.
Поскольку производители термопар тщательно выбирают металлические сплавы при изготовлении термопар, любой может преобразовать эти напряжения в температуры с помощью стандартных расчетов.
На самом деле, большинство производителей предоставляют некоторые графики зависимости напряжения от температуры, чтобы вы могли получить хорошее представление о разнице температур между горячим и холодным спаями.
Как выбрать термопару
Существует множество различных типов термопар. У большинства производителей есть руководства по выбору, которые помогут вам решить, что купить.
Кроме того, у большинства известных производителей есть специалисты по технической поддержке, которые ответят на ряд вопросов, чтобы помочь выбрать правильный тип термопары для вашего приложения.
I) Диапазон и точность
Вам необходимо учитывать такие вещи, как диапазон температур, которые вы пытаетесь измерить, и точность, которую вы хотели бы иметь.
Это поможет сократить количество двух разных металлических проводов, которые вам нужно использовать. Тип термопары зависит от типа металлов, используемых в сенсорных проводах.
1) Термопара типа K
Как мы упоминали ранее, термопара типа K изготовлена из Хромель и Алюмель из сплава . Его можно использовать для измерения температуры от -330 °F до более +2460 °F. Этот температурный диапазон может охватывать широкий спектр применений.
Следует иметь в виду, что точность термопары типа K может составлять всего около плюс-минус 5 °F во всем диапазоне. Иногда это нормально, но иногда требуется большая точность.
2) Термопара типа T
Если вы ищете криогенное приложение, требующее большей точности, но вам не нужно беспокоиться о высоких температурах, вы можете рассмотреть термопару типа T.
Термопара типа T изготовлена из медной проволоки и медно-никелевой проволоки. Термопары типа T обычно имеют точность в пределах одного или двух градусов… так что их точность примерно в два раза выше, чем у термопар типа K.
Термопары типа T обычно могут измерять даже ниже -330 °F, но верхняя граница диапазона обычно составляет чуть более 600 °F. Они более точны, но имеют более ограниченный диапазон измерения.
Это обычные компромиссы для термопар. Металлические пары, которые могут сделать больше, часто менее точны… что-то вроде 9.0014 мастер на все руки, но мастер ни в чем сценарий. Если вы хотите большей точности, вам либо нужны более дорогие металлы, либо вам нужно сузить диапазон температур.
II) Типы термопар
Витая проволока
В дополнение к различным ТИПАм термопар существуют различные СТИЛИ термопар.
Во многих приложениях для измерения температуры можно обойтись простым использованием провода термопары со скрученными концами.
В этом случае необходимо позаботиться о защите провода от вибрации или физического повреждения, но возможность использовать только пару гибких проводов может решить множество механических проблем с получением положения точки измерения в нужной области. мера.
Защитная оболочка
В тех случаях, когда требуется дополнительная защита, провода помещаются в зонд, который представляет собой своего рода защитную оболочку и изоляционный материал для защиты проводов.
Датчики термопары бывают незаземленными , заземленными и открытыми типа соединения. Тип зонда термопары, который вы выберете, также будет зависеть от вашего приложения.
1) Термопары с открытым спаем — это когда сенсорные провода соединены вместе за пределами конца оболочки зонда.
Термопары с открытым спаем имеют самое быстрое время отклика на изменения температуры, но поскольку чувствительный спай открыт, он более уязвим к поломке.
Эти зонды обычно используются для измерения газов.
Для агрессивных сред и жидкостей лучше всего подходят заземленные или незаземленные термопары.
2) A Заземление зонда происходит, когда чувствительное соединение находится в прямом контакте с концом оболочки.
Это ускоряет передачу тепла на конце оболочки, что улучшает время отклика термопары, но также делает измерительные провода более уязвимыми для электрических помех, таких как контуры заземления. Это может снизить точность заземленного пробника.
3) Незаземленный щуп – это когда измерительный спай соединяется непосредственно внутри конца щупа. Это означает, что между чувствительным соединением и самым кончиком зонда имеется небольшой слой изолирующего материала.
Изолирует провод датчика от электрических помех, но теплопередача замедляется из-за изоляционного материала. Таким образом, незаземленный датчик имеет тенденцию быть более точным, но медленнее реагировать.
Проблемы с термопарами
Как уже говорилось, точность термопары очень чувствительна к типу металла, используемого в проводке. К сожалению, это затрудняет установку в промышленных условиях.
A) Компенсация холодного спая
Одна проблема, с которой вам нужно разобраться, называется Компенсация холодного спая .
Ранее в этой статье мы заявили, что сигнал термопары основан на разнице температур между горячим и холодным спаями. Но нам нужно сделать небольшую коррекцию сигнала, чтобы преобразовать эту температуру разница в абсолютную температуру.
Например, если температура в реакторе составляет 700 °F, а температура наружного воздуха в месте расположения холодного спая измерительного прибора составляет 70 °F, милливольт термопары покажет только температуру 664 °F.
Хуже того, поскольку температура окружающей среды повышается и понижается в течение дня и ночи, измеренное значение может меняться, даже если температура реактора остается постоянной.
К счастью, большинство измерительных приборов могут выполнять компенсацию холодного спая… либо со стандартным встроенным оборудованием, либо с дополнительным компенсация холодного спая надстройка.
Компоненты компенсации холодного спая измеряют температуру металла на соединениях проводки холодного спая, а затем вносят поправку в расчет сигнала.
Таким образом, реактор теперь будет показывать истинные 700 °F, и показания не изменятся… ни днем, ни ночью… до тех пор, пока не изменится температура реактора. Таким образом, по большей части с компенсацией холодного спая довольно легко справиться.
B) Дистанционный мониторинг температуры
Серьезной проблемой для термопар является необходимость измерения температуры в удаленном месте.
1) Удлинительный провод и клеммная колодка
Если вам необходимо удлинить проводку термопары, вы должны использовать так называемый удлинительный провод термопары , чтобы уменьшить количество ошибок.
Попытка соединить стандартную медную сигнальную проводку или даже использовать стандартные клеммные колодки для расширения сигнала термопары может привести к созданию дополнительных холодных спаев в цепи и внесению дополнительных ошибок сигнала .
Удлинительные провода для термопар продаются по типу… как и термопары.
Удлинительный провод термопары изготовлен из того же типа металла, что и термопара, поэтому, когда вам нужно удлинить цепь, необходимо использовать удлинительный провод термопары того же типа, что и термопара.
Аналогичным образом, если для подключения проводки необходимо использовать клеммные колодки, клеммные колодки должны быть изготовлены из тех же металлов, что и отдельные провода.
Если у вас термопара типа K, вам необходимо использовать удлинительный провод типа K и специальные клеммные колодки из хромеля и алюмеля.
Попытка удлинить термопару с помощью стандартной медной проволоки приведет к ошибкам в измерениях, поскольку движение электронов будет нарушено различными металлами.
2) Преобразователь температуры
Не рекомендуется прокладывать удлинительный провод термопары на большие расстояния из-за чувствительности сигнала к электрическим помехам.
Если вы пытаетесь пройти более 50–100 футов, вам следует рассмотреть возможность использования преобразователя температуры, который преобразует милливольтовый сигнал в сигнал другого типа, например, 4–20 мА.
3) Удаленный ввод/вывод
Если вам необходимо выполнить несколько измерений температуры в удаленном месте, удаленный блок ввода/вывода от вашего ПЛК может оказаться хорошим вариантом.
Примеры подключения термопары
Пример #1
Давайте рассмотрим два разных примера. Во-первых, у нас есть склад-холодильник на одном конце промышленного объекта. Диспетчерская или главная стойка более централизованной системы управления находится в нескольких сотнях футов.
Простой склад-холодильник может не требовать большой автоматизации, но вам может понадобиться убедиться, что температура внутри склада остается низкой.
Вы можете попробовать использовать удлинительный провод термопары, который стоит дешево, но теперь вы знаете, что уровень сигнала термопары не может передаваться на большие расстояния. Что теперь делать?
Вы можете установить стойку удаленного ввода-вывода из системы ПЛК, а затем поместить плату ввода-вывода термопары в удаленную стойку, но стойка и плата ввода-вывода могут увеличить общую стоимость решения.
Вместо этого вы можете приобрести недорогой преобразователь температуры, который преобразует милливольтовый сигнал от термопары в стандартный сигнал 4–20 мА, который может легче передаваться на большее расстояние с большей устойчивостью к электрическим помехам.
Пример #2
Что делать, если вам нужно провести несколько измерений на одном и том же складе? Что, если бы в здании было несколько зон HVAC, которые необходимо оптимизировать для снижения затрат на электроэнергию?
Теперь, когда нужно провести несколько измерений, покупка нескольких преобразователей для преобразования сигналов может стоить больше, чем удаленная стойка ввода-вывода… приложение и обратите внимание на некоторые проблемы, которые могут возникнуть.
Резюме
Надеюсь, вам понравилась прогулка по миру термопар. В то время как наука о том, как электроны движутся через металл, может показаться среднему человеку сложной, простое соединение двух разных металлических проводов для измерения температуры довольно просто и недорого.
Существуют и другие типы датчиков температуры, которые можно использовать для решения проблем, связанных с установкой, например RTD… но это для другой статьи…
Если вы еще не читали следующую статью по теме, вы можете взглянуть на нее:
— Что такое датчик температуры? (RTD, термопара, термистор)
Хотя эта статья может быть полезной сама по себе и поможет вам быстро узнать все, что вам нужно знать о термопарах, другая статья даст вам хорошую общую информацию о нескольких различных типах датчиков температуры.
Если у вас есть какие-либо вопросы о термопарах или о датчиках температуры в целом, задайте их в комментариях ниже, и мы свяжемся с вами менее чем через 24 часа.
У вас есть друг, клиент или коллега, которым может пригодиться эта информация? Пожалуйста, поделитесь этой статьей.
Как работают термопары и основной принцип работы
Термопара — это устройство, используемое для измерения температуры. Он состоит из двух разных металлических проводов, соединенных вместе, образуя соединение. Когда этот переход становится горячим или холодным, между двумя переходами двух транзисторов генерируется небольшое напряжение, в зависимости от материала и величины напряжения, и мы можем очень точно измерить температуру.
Теоретически термопара может быть изготовлена из любых двух разных материалов, но для улучшения линейности, точности и температурного отклика для изготовления термопар используются специальные материалы. Например, термопара, состоящая из меди/константана, известна как термопара типа T , термопара из железа/константана известна как термопара типа J , и, наконец, самая популярная термопара типа K .
состоит из соединения алюмеля и хромеля. Когда более одной термопары, изготовленные из одних и тех же материалов, объединены, они называются 9.0014 термобатарея . Константан — это патентованное название медно-никелевого сплава, также известного как Эврика. Термопары могут быть изготовлены и отрегулированы для многих различных применений. Они могут быть сделаны для увеличения срока службы, быстрого реагирования или могут быть сделаны для измерения очень широкого диапазона температур.
Основной принцип работы термопары
Термопара работает по принципу эффекта Зеебека . Так как Томас Зеебек впервые обнаружил этот эффект, он известен как эффект Зеебека. Но ради этой статьи мы не будем вдаваться в подробности об эффекте Зеебека. Если вы хотите узнать больше, вы можете проверить это во что бы то ни стало, но в основном то, что он говорит, если у вас есть кусок провода и у вас есть разница температур между двумя переходами, через них будет протекать небольшое количество тока, и вы получите разница напряжения, изображение ниже показывает именно это.
Основная теория звучит интересно. Чтобы убедиться в этом, давайте проверим теорию. Чтобы проверить это, я достал свой мультиметр, подключил свои зажимы типа «крокодил» к мультиметру и соединил их вместе, после чего установил циферблат в диапазон мВ и наблюдал за напряжением, так как вы можете ясно видеть, что показания напряжения на мультиметре показывают ноль. .
Теперь я достал газовую зажигалку и начал нагревать соединение или кончик зажимов типа «крокодил». Как вы можете видеть на изображении ниже, мультиметр измеряет небольшое напряжение в микроамперном диапазоне.
И через несколько секунд напряжение возрастает еще больше, как вы также можете видеть на изображении ниже.
В приведенном выше эксперименте вы можете ясно видеть, что эффект Зеебека практически работает, и, измеряя напряжение на двух переходах, мы можем рассчитать температуру. Звучит просто, но по мере того, как мы углубляемся в статью, мы обнаружим, что правильно измерить температуру с помощью термопар не так-то просто.
Различные типы термопар
В зависимости от типа материала термопары можно разделить на 9 категорий : E-Type, J-Type, K-Type, E-Type, N-Type, T-Type, S-Type, R- Тип, B-тип. В этом разделе мы обсудим все те,
E-Type
Термопара E-Type используется там, где требуется сильный сигнал и высокая точность.
Термопара E-типа обеспечивает более сильный сигнал по сравнению с термопарами типа K и J в диапазоне температур 37,8 °C или 1000 °F. E-тип также обеспечивает большую стабильность по сравнению с K-типом. Этот тип термопар подходит для использования при температурах до 900°С. Этот тип термопар также можно использовать в вакууме или при криогенных температурах.
Термопара J-типа
Термопара J-типа состоит из железа и константана (медно-никелевый сплав), и этот тип термопары подходит для вакуума, восстановительной и инертной сред.
Поскольку эта термопара изготовлена из железа, ее не рекомендуется использовать в окислительных средах. Для длительного срока службы термопар этого типа рекомендуется использовать толстую железную проволоку или защитную трубку. Рекомендуемая рабочая температура термопары этого типа составляет 760°C
K-тип
Термопара K-типа в целом состоит из хромеля и алюмеля, но конкретно хромель состоит из 90% никеля, 10% хрома, а алюмель состоит из 95 % никеля, 2 % алюминия, 2 % марганца и 1 % кремния. Это наиболее распространенные материалы, необходимые для изготовления постоянной термопары К-типа с чувствительностью 40 мкВ*/Кл. Термопара типа K очень точна, поэтому она чаще всего используется для измерения температуры до 1260°C или 2300°F. Этот тип термопары превосходит термопару J-типа в высокотемпературной окислительной среде благодаря конструкционному материалу и высокой точности. Для высоких температур рекомендуется использовать керамический материал.
N-тип
Термопара N-типа — это очень новый тип термопары, предназначенный для уменьшения недостатков термопары K-типа. Стабильность этой термопары очень высока, а диапазон температур очень похож на термопару К-типа. Чувствительность этой термопары составляет 39 мкВ/°C, что немного меньше, чем у термопары К-типа. Эта термопара изготовлена из никелевого сплава и используется для первичной температуры 1260°C. Стоимость термопары несколько выше К-типа; его можно использовать в приложениях, где необходима работа при высоких температурах.
T-тип
Термопара T-тип изготовлена из меди, сплава меди и никеля. В этом случае он известен как константановый сплав. Этот тип термопар предназначен для измерения очень низких криогенных температур и может использоваться в окислительных и восстановительных средах. Для увеличения срока службы рекомендуется слой диоксида марганца.
Этот датчик может измерять температуру в диапазоне (от -200 до +200).
Типы S, R и B
Термопары типов S, R и B в основном используются для высокотемпературных применений. Этот тип датчика работает в диапазоне от 600 до 1700 °C . А термопара типа B состоит в основном из платины. Для термопар такого типа необходима изоляция на керамической основе.
Как измерить температуру с помощью термопары?
Хотя теория и работа термопары выглядят очень просто, преобразовать напряжение, генерируемое термопарой, в точное значение температуры непросто, поскольку сигнал напряжения невелик. Показания напряжения и температуры нелинейны, за исключением того, что вам нужны различные схемы компенсации и кондиционирования, чтобы уменьшить влияние окружающей среды и радиопомех, воспринимаемых длинным проводом термопары. С этим небольшим описанием вы можете понять сложность измерения температуры с помощью термопары.
Для измерения температуры в настоящее время с помощью термопары вам потребуется нечто, называемое кондиционированием холодного спая. Как вы можете видеть на изображении ниже,
Национальный институт стандартов или NIST дает нам целую кучу таблиц, которые используют ледяную воду в качестве эталона в холодном спае, чтобы дать нам эталон нелинейности, которая существует между горячим и холодным спаем. Одна из таких таблиц показана ниже.
И если вы хотите очень точно измерить температуру, вам нужно учитывать эти таблицы NIST. На первый взгляд таблица выглядит немного сложной, но если вы посмотрите в нижний левый угол, то увидите, что на 0 * С термопара даст вам ровно 0мкВ. Так далее и тому подобное, горячий спай находится на вертикальной оси или оси Y, а холодный спай — на горизонтальной или оси X. Но поскольку реальные системы работают в реальных условиях, вам необходимо учитывать все температурные условия, чтобы учитывать изменения температуры.
Чтобы сделать нашу жизнь намного проще и обеспечить точное измерение температуры, крупные производители, такие как Texas Instruments, Analog Devices и Maxim, создали микросхемы, специально предназначенные для измерения температуры термопар, и эти микросхемы называются 9.0014 Преобразователь термопары в цифру с компенсацией холодного спая , популярная микросхема MAX6675 и MAX31855, MAX31856 — это такие микросхемы, которые выполняют за вас всю тяжелую работу по измерению температуры с помощью термопары. MAX6675 выполняет компенсацию холодного спая и оцифровывает сигнал от термопары типа K . Данные выводятся в 12-битном разрешении, совместимом с SPI и доступном только для чтения. Этот преобразователь разрешает температуру до 0,25°C, позволяет считывать показания до +1024°C и демонстрирует точность термопары 8 LSB для температур в диапазоне от 0°C до +700°C. Самый популярный способ приступить к работе — использовать Arduino и MAX6675 IC для прототипов.
