Типы термопар, их параметры. Предъявляемые требования- Elektrolife
Трудно недооценить все преимущества использования термопар. Это и высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С), и большой температурный диапазон измерения: от −250 °C до +2500 °C, простота, дешевизна, надёжность. Чтобы не заблудиться во всем многообразии рассмотрим основные типы термопар и их параметры.
Термопара хромель-алюмель (тип К)
Основные свойства и области примененияОдна из самых распространенных термопар, применяемых в промышленности и научных исследованиях. Позволяет длительно измерять температуры до 1100 °С и кратковременно – до 1300 °С. Также используется для измерения низких температур вплоть до -200°С (70К). Термопара хромель-алюмель предназначена для работы в инертных и окислительных средах, может использоваться для измерений в сухом водороде и кратковременно в вакууме. Термоэлектрическая характеристика данной термопары практически линейная, чувствительность составляет порядка 40 мкВ/°С.
Термопара хромель-алюмель является наиболее устойчивой среди термопар других типов в условиях реакторного облучения.К недостаткам данной термопары можно отнести высокую чувствительность к деформации термоэлектродов и обратимую нестабильность термо-ЭДС.
Данная термопара применяется для измерения температуры в промышленных печах, нагревательных устройствах, энергосиловом оборудовании, а также в многообразной научной аппаратуре и лабораторных приборах.
Материал термоэлектродовВ термопаре ХА положительным электродом является проволока из никелевого сплава хромель НХ 9,5 (ГОСТ 492-2006), отрицательным – проволока из никелевого сплава алюмель НМцАК 2-2-1 (ГОСТ 492-2006).
Рекомендуемая рабочая средаТермопара хромель-алюмель предназначена для измерения температуры в окислительных и инертных средах. Содержание кислорода (O
2) в окислительной среде должно быть не менее 2-3% или его присутствие должно быть практически исключено.
В противном случае в хромеле резко увеличивается селективное окисление хрома, его концентрация уменьшается, что приводит к существенному уменьшению термо-ЭДС данного сплава. Термопара ХА может применяться и в восстановительной или переменной окислительно-восстановительной атмосфере, если имеет надежный защитный чехол. Удлиняющие проводаТаблица 1. Удлиняющие провода к термопаре хромель-алюмель
Изоляция и защитаВ качестве изоляционных материалов для термопары хромель-алюмель могут быть использованы: фарфор, асбест, стекловолокно, кварц, эмали, высокоогнеупорные окислы.Рекомендации по эксплуатации
Наиболее частыми причинами выхода термопары хромель-алюмель из строя являются:
• разрушение термоэлектрода из алюмеля вследствие его интеркристаллитной коррозии и охрупчивания;
• разрушение термоэлектрода из хромеля вследствие его коррозии (коррозия типа «зеленой гнили»).
Термопара хромель-копель (тип L)
Интеркристаллитная коррозии и охрупчивание сплава алюмель про¬исходит в результате нагрева термоэлектрода до температуры 650-820 °С в атмосфере, содержащий серу. Источниками появления серы могут являться: топливо печей, остатки масел и эмульсий в защитных чехлах термопары, некоторые сорта асбеста, цемента и других материалов, из которых могут быть изготовлены защитные чехлы. Предотвратить интеркристаллитную коррозию алюмеля можно, только полностью исключив попадание серы в атмосферу, окружающую термоэлектроды.
Коррозия сплава хромель может быть вызвана селективным внутренним окислением хрома (входит в состав данного сплава) вследствие работы термоэлектрода в атмосфере, содержащей пары воды или CO (слабоокислительная атмосфера). Предотвратить коррозию хромеля можно путем применения вентилируемых защитных чехлов большого диаметра или чехлов с помещенными внутри геттерами (газопоглотителями, веществами, поглощающими и прочно удерживающими газы (кроме инертных)).
Основные свойства и области применения Одна из самых распространенных термопар, применяемых в промышленности и научных исследованиях. Термопара хромель-копель позволяет проводить измерения температуры в инертных и окислительных средах до 800 °С длительно и до 1100 °С кратковременно. Нижний предел измеряемых температур ограничен -253 °С. В связи с наличием в промышленности термопары хромель-алюмель термопара хромель-копель применяется, как правило, для длительных измерений до 600 °С. Термопары данного типа обладают наибольшей чувствительностью из всех промышленных термопар. Чувствительность термопары ХК превышает 81 мкВ/°С при температурах выше 200 °С. Также данная термопара имеет практически линейную градуировочную характеристику. ТХК свойственна исключительно высокая термо-электрическая стабильность при температурах до 600 °С. К недостаткам термопар данного типа можно отнести высокую чувствительность к деформации термоэлектрода.
Градуировка термопар хромель-копель осуществляется по градуировочным таблицам в соответствии с ГОСТ 3044-84.
Проволока для термоэлектродов поставляется по ГОСТ 1790- 77 и ряду технических условий.Термопары хромель-копель широко распространены в различных областях промышленности и при проведении научных исследований. Часто используются для измерения малых разностей температур.Материал термоэлектродов
В термопаре ХК положительным электродом является проволока из никелевого сплава хромель НХ 9,5 (ГОСТ 492-2006), отрицательным – проволока из медно-никелевого сплава копель МНМц 43-0,5 (ГОСТ 492-2006).Рекомендуемая рабочая среда
Основной рабочей средой термопары ХК является окислительная среда или содержащая инертные газы. Термопара также может использоваться в вакууме при высокой температуре, но непродолжительное время. Постоянное использование термопары хромель-копель в указанной среде может привести к селективному испарению хрома из положительного электрода.
Для использования данной термопары в атмосфере, содержащей серу, в восстановительной, переменной окислительно-восстановительной, а также в слабокислой атмосфере требуется хорошая (газоплотная) защита.
В атмосфере, содержащей хлор или фтор, термопара хромель-копель может работать при температурах до 200 °С.Удлиняющие проводаТаблица 2. Удлиняющие провода к термопаре хромель-копель
Термопара железо-константан (тип J)
Основные свойства и области примененияТермопары данного типа широко используются в промышленности и научных исследованиях. Термопара железо-константан позволяет проводить измерения в восстановительных, окислительных, а также инертных средах и вакууме. Термопара ЖК позволяет измерять как положительные температуры (до 1100 °С), так и отрицательные (до -203 °С). Следует отдельно заметить, что именно измерение положительных совместно с отрицательными температурами является рекомендуемым применением термопары данного типа. Использование данных термопар для измерения исключительно отрицательных температур не рекомендуется, так как существуют аналоги с лучшими характеристиками. При длительном применении максимальная рабочая температура составляет 750 °С, при кратковременном – 1100 °С.
Термопары данного типа имеют высокую чувствительность, которая составляет 50-65 мкВ/°С. Также стоит отметить их сравнительно низкую стоимость. К недостаткам термопар данного типа можно отнести высокую чувствительность к деформации термоэлектродов, а также низкую коррозионную стойкость железного термоэлектрода.Материал термоэлектродов
В термопаре ЖК положительный электрод выполнен из технически чистого железа (малоуглеродистой стали), отрицательный – из медно-никелевого сплава константан МНМц 40-1,5 (ГОСТ 492-2006). Стоит заметить, что специально для термометрии железную проволоку не изготовляют, используется проволока, предназначенная для других целей.Рекомендуемая рабочая среда
Термопара железо-константан устойчиво работает в окислительной и восстановительной атмосферах. При температурах около 769 °С и 910 °С железо, из которого изготовлен положительный электрод термопары, претерпевает магнитное и α↔γ-превращения, которые влияют на термоэлектрические свойства.
В связи с вышесказанным термопара, находившаяся при температурах выше 760 °С даже в течение короткого временного интервала, не может использоваться для дальнейших точных измерений при температурах ниже 760 °С, так как ее показания могут не соответствовать градуировочной таблице. Срок службы термопары зависит от поперечного сечения термоэлектродов. Диаметр электродов термопары следует выбирать прямопропорционально измеряемой температуре. В некоторых источниках приводятся следующие рекомендации по выбору диаметра электродов термопар в чехлах для длительного измерения температуры: 760 °С – 3,2 мм; 590 °С – 1,6 мм; 480 °С – 0,8 мм; 370 °С – 0,3-0,5 мм.
При температурах больших 500 °С использование термопары ЖКн в атмосфере, содержащей серу, возможно только при наличии надежной газоплотной защиты.
Термопара вольфрам-рений (тип А-1, А-2, А-3)
Основные свойства и области примененияТермопара вольфрам-рений является одной из лучших среди промышленных термопар для измерения температур выше 1800 °С.
Термопара ВР используется для измерения температур до 3000 °С. Нижний предел измеряемых температур, как правило, ограничен 1300 °С. Рабочей атмосферой является аргон, азот, гелий, сухой водород или вакуум. Термо-ЭДС при 2500 °С составляет 34 мВ для термопар из сплавов ВР5/20 и ВАР5 (сплав вольфрама с рением, содержащий 5% рения, кремнещелочную и алюминиевую присадки; остальное – вольфрам)/ВР20 и 22 мВ для термопар из сплава ВР10/20, чувствительность термопар – 7-10 и 4-7 мкВ/°С соответственно. Термопары вольфрам-рений обладают хорошими механическими свойствами при высоких температурах, могут работать при воздействии больших знакопеременных нагрузках, а также при частых и резких теплосменах. Термопары данного типа неприхотливы при изготовлении и монтаже, так как сравнительно малочувствительны к загрязнениям.
Среди недостатков термопар ВР можно выделить плохую воспроизводимость термо-ЭДС, нестабильность термо-ЭДС в условиях облучения, значительное падение чувствительности при температурах выше 2400 °С.
(Воспроизводимость — характеристика результатов измерений, определяемая взаимной близостью результатов повторных измерений. В случае термопар необходимо, чтобы при проведении повторных измерений од¬ной и той же температуры полученные значения термо-ЭДС были близки к первоначальным)Стоит заметить, что термопара из сплавов ВАР5/ВР20 дает более точный результат при длительных измерениях, чем термопара из сплавов ВР5/20.
Градуировка термопар вольфрам-рений осуществляется по градуировочным таблицам в соответствии с ГОСТ 3044-84. Проволока для термоэлектродов из сплавов ВР5, ВАР5 и ВР20 изготовляется по техническим условиям. Термоэлектродная проволока из сплава ВР10 серийно не производится.
Термопары ВР применяют в отраслях промышленности, связанных с высокими температурами. Например, вольфрам-рениевая термопара используется для измерения температуры при производстве тугоплавких металлов, твердых сплавов и керамики, при выплавке и разливке сталей и сплавов, для измерения температуры газовых потоков и низкотемпературной плазмы в газотурбинных двигателях, МГД-генераторах, а также в атомной энергетике.
Материал термоэлектродов В вольфрам-рениевых термопарах материалами для электродов служат сплавы ВР5 – положительный термоэлектрод и ВР20 – отрицательный; ВАР5 – положительный термоэлектрод и ВР20 – отрицательный или ВР10 – положительный термоэлектрод и ВР20 – отрицательный.Рекомендуемая рабочая среда
Термопары вольфрам-рений предназначены для длительного измерения температуры в чистых инертных средах, сухом водороде и вакууме. Даже небольшое количество кислорода существенно уменьшает срок службы термопары. В окислительных средах термопары данного типа могут быть использованы только для измерения температуры в быстротекущих процессах. При значениях температуры выше значений, при которых начинается катастрофическое окисление, срок службы термопары исчисляется минутами.
Использование термопар ВР не рекомендуется в атмосфере влажного водорода и углеродсодержащих восстановительных средах. Реакция вольфрам-рениевых сплавов с парами углеводородов начинается уже при 1000 °С.
Взаимодействие с углеродом может привести к охрупчиванию термоэлектродов и существенному увеличению нестабильности термопары. Возникновение хрупкости наблюдается уже при 1700 °С. Контакт с углеродом понижает предельную измеряемую температуру до 2500 °С. Однако, существуют случаи использования термопары вольфрам-рений в высокотемпературных печах с графитовыми нагревателями. Общий вывод можно сформулировать следующим образом: срок службы термопары зависит в большой степени от характера атмосферы, материала изоляции и рабочей температуры.Удлиняющие проводаТаблица 3. Удлиняющие провода к термопаре вольфрам-рений
Изоляция и защитаДля изоляции термоэлектродов используют керамику из BeO, HfO2, ThO2, Y2O3. Окись бериллия может использоваться при температурах, не превышающих температуру плавления данного материала (~2570 °С). BeO является самым часто употребляемым изолятором для термопар ВР. Следует отметить, что необходимо использовать BeO чистотой не менее 99,9%.
Для измерения температур ниже 1600 °С электроды термопары изолируют окисью Al2O3 чистотой 99,5% или MgO. При этом керамика должна быть прокалена для удаления органических и неорганических примесей.
При очень высоких температурах используют термопары с неизолированными термоэлектродами. В окислительных средах для защиты термопары используют главным образом металлические чехлы из Nb, Ta, Mo и сплавов Mo-Re, W-Re с покрытиями. Термопара с термоэлектродами, покрытыми иридием, может кратковременно эксплуатироваться на воздухе (30-40 часов при температуре 2000-2400 °С).
Термопара вольфрам-молибден (ВМ)
Основные свойства и области примененияТермопара предназначена для измерения высоких температур. Измерения с помощью термопары вольфрам-молибден (ВМ) могут проводиться в инертных средах, среде водорода или вакууме. Диапазон измеряемых температур составляет 1400-1800 °С, предельная рабочая температура ~2400 °С. Термопара ВМ имеет чувствительность 6,5 мкВ/°С в указанном диапазоне температур.
Термоэлектроды имеют высокую механическую прочность. При изготовлении, монтаже и эксплуатации термопары не предъявляются жесткие требования к соблюдению химической чистоты. Термопара вольфрам-молибден является самой дешевой в изготовлении среди прочих термопар пригодных для измерения высоких температур. Среди недостатков термопары ВМ можно выделить плохую воспроизводимость термо-ЭДС, небольшую величину термо-ЭДС и чувствительности, инверсию полярности, охрупчивание после нагрева при высоких температурах.
Основная область применения термопары ВМ – кратковременные измерения температуры жидких сталей, сплавов и шлаков в различного рода печах, конверторах и ковшах. Стоит заметить, что с появлением термопар вольфрам-рений и платинородий-платинородий термопара вольфрам-молибден стала использоваться для измерения температур в процессах выплавки и разливки только неответственных сплавов.
Проволока для изготовления термоэлектродов из вольфрама и молибдена поставляется по техническим условиям.
Материал термоэлектродов Для изготовления термоэлектродов термопар ВМ используются металлы технической чистоты. Металлы высокой чистоты, как правило, не применяются, так как значительно увеличивают стоимость термопары и предъявляют повышенные требования к отсутствию загрязнения.
Положительный электрод в термопаре вольфрам-молибден сделан из вольфрама, отрицательный – из молибдена (по причине инверсии полярности данное утверждение справедливо для температур выше 1400 °С). Для изготовления вольфрамовой проволоки используют штабики марки ВРН, для изготовления молибденовой проволоки – штабики марки МЧ.Рекомендуемая рабочая среда
Термопара вольфрам-молибден служит для измерения температуры в среде водорода, инертных газов или вакууме. Вольфрам и молибден начинают окисляться на воздухе при температуре около 400 °С. С ростом температуры процесс окисления усиливается. Указанные металлы не вступают в реакцию с водородом вплоть до температуры плавления и инертными газами.
При этом ни водород, ни инертные газы не должны содержать окисляющих примесей. Обычный диапазон рабочих температур термопары ВМ в условиях промышленной эксплуатации составляет 1400-1800 °С. В специальных случаях данный диапазон может быть расширен до 2100 °С. При этом рекомендуется использовать термопару без изоляции, так как при температурах больше 2000 °С молибден и вольфрам начинают взаимодействовать со многими окислами, из которых обычно изготовляют изоляцию. Если электроды защищены с помощью керамики и термопара имеет защитный колпачок, то с ее помощью можно проводить кратковременные измерения температуры в окислительных средах и расплавленных металлах.Удлиняющие провода
Таблица 4. Удлиняющие провода к термопаре вольфрам-молибден
Изоляция и защитаТермоэлектроды термопар вольфрам-молибден для разовых измерений температуры жидкой стали изолируют глиноземистой керамикой (Al2O3) и защищают кварцевыми наконечниками.
Термопары платинородий-платина (ПП13 — тип R, ПП10 — тип S)
Основные свойства и области примененияТермопары платинородий-платина являются одними из самых распространенных для измерения температур до 1600 °С. К данному типу относятся термопары, изготовленные из платины и сплава платины c родием (10% Rh), и из платины и сплава платины с родием (13% Rh). Термопары ПП предназначены для выполнения измерений температуры в окислительных и инертных средах. Предельная рабочая температура при длительных измерениях составляет 1400°С, при кратковременных – 1600°С. Термопары платинородий-платина имеют практически линейную термоэлектрическую характеристику в области температур 600-1600 °С, чувствительность
10-12 мкВ/°С (10% Rh) и 11-14 мкВ/°С (13% Rh). Другими достоинствами данных термопар являются высокая точность измерений, хорошая воспроизводимость и стабильность термо-ЭДС. Стоит заметить, что термопары данного типа выступают в качестве эталонных приборов для воспроизведения Международной практической температурной шкалы (МПТШ) в области температур от 630,74 до 1064,43 °С.
К недостаткам термопар ПП можно отнести высокую стоимость, нестабильность работы в условиях облучения, высокую чувствительность к загрязнениям металлическими и неметаллическими примесями при изготовлении, монтаже и эксплуатации.
Термопары платинородий-платина используются в различных отраслях промышленности и науки, где требуется высокая точность и надежность измерений.
Градуировка термопары ПП (10% Rh) осуществляется по ГОСТ 3044-84, термоэлектродная проволока изготовляется по ГОСТ 10821-75. Термоэлектродная проволока для термопар ПП (13% Rh) изготовляется по техническим условиям.Материал термоэлектродов
Для изготовления термопары ПП используются сплавы платины с родием ПР10 или ПР13, содержащие 10% и 13% родия (Rh) соответственно и чистая платина.
Положительным является термоэлектрод, изготовленный из платинородия, отрицательным – из платины.Рекомендуемая рабочая среда
Термопара платинородий-платина предназначена для измерения температуры в окислительных и инертных средах.
При наличии защиты термопары данного типа могут быть использованы для измерений в восстановительных средах и средах, содержащих пары мышьяка, серы, свинца, цинка, фосфора. На практике термопары ПП редко применяются для измерения температур ниже 0 °С. Дело в том, что чувствительность термопары данного типа падает при понижении температуры и становится равной нулю при -138 °С. Тем не менее, в некоторых стандартах термо-ЭДС термопар нормируется при температурах до -50 °С. Термопары платинородий-платина не используются для измерения температур в диапазоне 0-300 °С, а для температур 300-600 °С применяются только для получения сравнительных данных.
Верхний температурный предел кратковременного применения термопары ПП ограничивается 1600 °С, долговременного применения – 1400 °С. При температурах больших 1400 °С происходит стремительный рост зерен платинового термоэлектрода. При наличии хорошей защиты термопару можно использовать для длительных измерений при температурах до 1500 °С.Удлиняющие провода
Таблица 5.
Удлиняющие провода к термопаре вольфрам-ренийИзоляция и защита Изоляцией для термоэлектродов рабочих термопар вплоть до температуры 1200 °С могут служить кварц, фарфор, муллит, силлиманит, огнеупорный фарфор. Термоэлектроды образцовых термопар изолируют плавленым кварцем. Если термопара используется для измерения температур до 1400 °С, то в качестве изоляции применяется керамика с повышенным содержанием Al2O3. В слабоокислительной и восстановительной атмосфере при температурах больше 1200 °С, а также во всех случаях применения термопар при температурах больше 1400 °С следует использовать керамику из высокочистой окиси алюминия. При работе в восстановительной атмосфере иногда в качестве изоляции применяют окись магния.
Внутренние чехлы для термопар, как правило, изготовляют из тех же материалов, из которых сделана изоляционная керамика. Обязательным условием является газоплотность таких материалов (способность материала сопротивляться проникновению сквозь него газов под давлением).
Для защиты рабочих спаев термопар, предназначенных для разовых измерений температуры жидких сталей и сплавов, применяются кварцевые наконечники.Рекомендации по эксплуатации
Термопары ПП очень чувствительны к различного рода химическим загрязнениям, которые могут быть причиной охрупчивания и снижения прочности, а также возникновения сильного дрейфа показаний термопары. Особенно чувствителен к загрязнениям платиновый электрод. Источниками загрязнения могут стать материалы, из которых изготовлена изоляция и защитный чехол, нагревательное устройство и его атмосфера, предметы, находящиеся в непосредственной близости от термопары.Рекомендации для предотвращения загрязнения термоэлектродов.
Термоэлектроды должны быть изолированы одной двухканальной керамической трубкой по всей рабочей длине.
Между изолирующей трубкой и керамическим защитным чехлом, так же как между термоэлектродами и трубкой, должны быть достаточные, хорошо вентилируемые зазоры.
Следует тщательно очистить термоэлектроды от следов смазки и жира перед их помещением в изолирующую и защитную керамику. Металлические чехлы должны быть также очищены от грязи, остатков смазки, стружки и др. Перед монтажом все компоненты термопары – электроды, изолирующую и защитную керамику и чехлы – необходимо отжечь при высокой температуре.
Конструкция термопары должна быть такой, чтобы термоэлектроды не служили опорой для изолирующей керамики. Данная рекомендация особенно важна для термопар, устанавливаемых вертикально.
Термопары платинородий-платинородий (тип B)
Основные свойства и области примененияТермопара ПР предназначена для измерения температуры в окислительных и нейтральных средах. Также возможно ее использование в вакууме. Максимальная рабочая температура при длительных измерениях составляет 1600 °С, при кратковременных – 1800 °С. При температурах выше 1200 °С термопара платинородий-платинородий имеет линейную термоэлектрическую характеристику, чувствительность 10,5-11,5 мкВ/°С и хорошую стабильность термо-ЭДС.
Термопара ПР может применяться без удлиняющих проводов благодаря низкой чувствительности в области температур 0-100 °С. В сравнении с термопарами платинородий-платина термопара платинородий-платинородий имеет немного меньшую термо-ЭДС, при этом с ее помощью можно измерять более высокие температуры. Термопара ПР имеет большую механическую прочность, большую стабильность при высоких температурах, меньшую склонность к росту зерна и охрупчиванию, а также меньшую чувствительность к загрязнению.
Термопара ПР активно используется в областях, где необходимо длительное измерение температуры выше 1400 °С. К таким областям относятся металлургия, стеклоплавильная, цементная промышленность, производство огнеупоров. Также термопары данного типа применяются в образцовых термометрах.
Градуировка термопары платинородий-платинородий осуществляется по ГОСТ 3044-84, термоэлектродная проволока изготовляется по ГОСТ 10821-75.Материал термоэлектродов
Для изготовления термопары ПР используются сплавы платины с родием ПР30 и ПР6, содержащие 30% и 6% родия (Rh) соответственно.
Чистота платины и родия, которые используются в производстве сплавов, должна быть больше или равна 99,95%. Положительным является термоэлектрод, изготовленный из платинородия ПР30, отрицательным – из платинородия ПР6.Рекомендуемая рабочая среда
Термопары платинородий-платинородий используются в окислительных и нейтральных средах, а также в вакууме. Максимальная рабочая температура термопары ПР определяется температурой плавления отрицательного термоэлектрода, изготовленного из сплава ПР6 (1820 °С) и составляет 1800 °С (по ГОСТ 3044-84 и ГОСТ 6616- 94 при кратковременных измерениях). При длительных измерениях рабочая температура ограничивается значением 1600 °С.
Без надежной защиты нельзя использовать термопары данного типа в восстановительных атмосферах и атмосферах, содержащих пары металлов и неметаллов.Удлиняющие провода
Таблица 6. Удлиняющие провода к термопаре платинородий-платинородий
Изоляция и защитаДля изоляции и защиты термопар ПР применяют керамику из Al2O3 высокой чистоты.
Рекомендации по эксплуатации Причины выхода термопар платинородий-платинородий из строя вследствие охрупчивания, снижения механической прочности или исключительно большого дрейфа термо-ЭДС, как правило, совпадают с причинами схожих проблем, возникающих у термопар платинородий-платина. Но выход из строя термопар ПР происходит значительно реже по сравнению с термопарами ПП, так как сплавы платины с родием менее подвержены химическим загрязнениям и росту зерна, чем чистая платина, из которой изготовляют отрицательный электрод термопары ПП.
Требования, предъявляемые к термоэлектродным сплавам
Термопары применяются для измерения широкого диапазона температур в различных средах. При этом измерительные приборы должны обеспечивать надлежащую точность и иметь приемлемые сроки службы. В связи с перечисленными выше особенностями к материалам, применяемым для производства термопар, предъявляются специальные требования:
1.
Термо-ЭДС термоэлектродных сплавов, образующих термопару, должна быть достаточно большой для того, чтобы ее можно было измерить с необходимой точностью. Желательно, чтобы величина термо-ЭДС линейно зависела от величины температуры. 2. Температура плавления термоэлектродных сплавов должна быть выше максимальной рабочей температуры термопары. Разница между указанными температурами должна составлять не менее 50 °С.
3. Термоэлектродные сплавы должны обладать коррозионной стойкостью в рабочей среде термопары. Данное требование не всегда может быть выполнено, поэтому в таких случаях термоэлектроды защищают от воздействия среды с помощью защитного чехла.
4. Термоэлектродные сплавы должны отличаться воспроизводимыми и однородными свойствами при производстве их в промышленных масштабах.
5. Сплавы для термопар должны сохранять свою термоэлектрическую характеристику неизменной в процессе градуировки и эксплуатации.
6. Сплавы для термопар должны обладать хорошей пластичностью и прочностью.
Источник: «МЕТОТЕХНИКА»
Смотрите также:
Примеры термопар на площадках АлиЭкспресс
Датчик термопары типа K, рабочая температура: от -50 до 350 градусов по Цельсию, длина кабеля: прибл. 100 см Термопара типа К (Pt100), диапазон измерения: -50 ~ 450 °C. Длина кабеля 2 метра, диаметр зонда: 5 мм, материал зонда: нержавеющая сталь Датчик термопары типа K, рабочая температура: от 0 до 1300 градусов по Цельсию, керамическая трубка Датчик термопары типа S, рабочая температура от 0 до 1300 градусов по Цельсию Измеритель температуры 0-800 C, термопара типа К, защита от помех Измеритель температуры TM902C (-50C до 1300C) с термопарой K типаТЭНы и нагревательные элементы Концерн «Термаль»
Термопары hotcontrol и термометры сопротивления
Помимо широкого спектра нагревательных элементов и регулирующих устройств, мы также предлагаем термопары и термометры сопротивления разработки и производства hotset.
Области применения:
⚪ Пластмассовая промышленность
⚪ Машиностроение
⚪ Сталелитейная промышленность
⚪ Химическая промышленность
⚪ Керамическая и стекольная промышленность
⚪ Энергетика
⚪ Фармацевтическая промышленность
⚪ Печное оборудование
⚪ Испытательные стенды двигателя
⚪ Упаковочная промышленность
⚪ Автомобильная промышленность
Термопары
Термопара состоит из двух проводов разных материалов, которые создают напряжение из-за термоэлектрического эффекта, из которого можно вывести температуру.
В зависимости от желаемой температуры использования вы можете выбрать различные пары термопар.
⚪ Тип J Никель железа и меди в соответствии с DIN EN 60584 и ANSI 96.1
⚪ Тип L Никель железа и меди в соответствии с DIN 43710
⚪ Тип K Никель-хром-никель в соответствии с DIN EN 60584 и ANSI 96.1
⚪ Тип K Никель-хром-никель в соответствии с DIN 43710
Но следующие типы термопар также доступны у нас по запросу:
⚪ Типы E, R, S и T в соответствии с DIN EN 60584 и ANSI 96.1
⚪ Тип N в соответствии с DIN EN 60584
⚪ Тип B в соответствии с ANSI 96.1
⚪ Тип U в соответствии с DIN 43710
Место измерения может быть изготовлено как без потенциалов, так и с потенциалом. Вы можете выбрать предельные отклонения в соответствии с классом 1 или классом 2.
Особенности и преимущества:
+ Могут использоваться в более высоких температурных диапазонах, таких как типы B, R и S, которые устойчивы к температуре до 1600°C
+ Короткое время отклика при изменении температуры для быстрых реакций на расстояние регулирования, особенно в месте измерения с потенциалом
+ Устойчивы к механическим нагрузкам и более нечувствителен, чем, например, термометр сопротивления к ударам и вибрациям
+ Очень распространенный и известный тип датчика
+ Недорогая стоимость
Термометр сопротивления RTDs
Во многих отраслях промышленности температура измеряется термометрами сопротивления.
Для этого в качестве датчика температуры используется резистор с резистором. Его значение сопротивления зависит от температуры. В качестве материала сопротивления преобладала платина. Наиболее часто используемый платиновый сплав обозначен как Pt100, который мы производим в соответствии с DIN EN 60751. Другие доступные типы датчиков включают, например:
⚪ Pt100
⚪ Pt500
⚪ Pt1000
⚪ Ni100
⚪ Ni120
⚪ различные датчики NTC
Чтобы свести к минимуму влияние проводных резисторов и их зависящих от температуры колебаний, в дополнение к датчикам с 2‑проводным соединением мы также производим датчики с разъемами для 3 — и 4‑проводных цепей. Вы можете выбрать предельное отклонение по классу A или классу B.
Особенности и преимущества:
+ более высокая точность измерения, чем термопары
+ лучшая долгосрочная стабильность
+ высокая химическая стойкость из-за платины
Виды термопар
⚪ Термопары с минеральной изоляцией/RTDs
⚪ Угловые термопары и RTDs (типы PWF 1 и TEF 12)
⚪ Вставные поверхностные термопары и RTDs (типы TEF 2/PWF 2)
⚪ Термопары и RTDs с байонетной крышкой (типы TEF или PWF 4, 11, 16, 20)
⚪ Кольцевые термопары (типы TEF 13/30)
⚪ Поверхностная термопара (тип TEF A)
⚪ Зажимная ленточная термопара (тип TEF SP)
⚪ Фланцевая термопара (тип TEF 68)
⚪ НОВИНКА! Термопары – RTDs, с новой соединительной головкой из термостойкого гибридного материала
⚪ Цены на термопары
Полную информацию о термопарах можно получить по телефонам +7 (831) 233-44-40 доб.
Ниже файл со стандартными видами термопар, с исчерпывающей информацией.
Назначение, типы, выбор и применение
Термопары — это датчики, измеряющие температуру. Их области применения варьируются от промышленного производства и экспериментальных установок до термометра для мяса, который вы используете дома. Они часто используются везде, где важно иметь возможность надежно отслеживать или записывать данные о температуре. Я написал этот блог, чтобы дать вам представление о функциях, типах, выборе и применении термопар.
В этом посте мы рассмотрим:
- Физика их работы, какие существуют типы термопар и когда их использовать
- Различные свойства измерительных спаев и их применение
- Как правильно выбрать термопару для вашего проекта и где ее можно купить
Мы завершим кратким описанием выбора, установки и использования термопар в условиях инженерной лаборатории.
Для тех, кто хочет быстро начать работу, вот три основных шага по настройке системы контроля температуры:
Что такое термопара?
Как они работают?
Сердечник термопары общего термоэлемента состоит из двух разнородных металлов, соединенных в одной точке. Когда эта точка подвергается изменению температуры ( ΔT ), между двумя разнородными металлами внутри точки создается температурный градиент. Благодаря термоэлектрическому эффекту , также известному как эффект Пельтье-Зеебака , электрический потенциал В формируется на этом температурном градиенте. Калибровка между этим электрическим потенциалом и известными температурами позволяет определить неизвестные температуры на конце термопары. Схема стандартной термопары типа К показана ниже на рис. 1 .
Рис. 1. Принципиальная схема термопары К-типа ( Источник )
Это поведение можно описать следующим упрощенным термоэлектрическим уравнением, полученным из уравнений, описывающих эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона.
. Дополнительную информацию об этом можно найти здесь.
Типы термопарных датчиков и их соответствующие свойства
Так же, как существует множество различных применений термопар, существует множество типов термопар, соответствующих им. Здесь мы обсудим два наиболее распространенных типа термопар, используемых в промышленности: зондовые термопары и термопары для поверхностного монтажа. В конце этого раздела вы можете найти ссылки на подробные ресурсы.
Зонд
Термопары зонда используются в любое время, когда вам необходимо контролировать или регистрировать температуру жидкости или газа внутри замкнутого объема, трубы или сосуда высокого давления. Пример термопары зонда показан ниже на 9.0025 Рисунок 2 .
Рис. 2. Обычная термопара зондового типа с удлинителем и разъемом (Источник)
Термопарные датчики зондового типа бывают различных типов, наиболее распространенными из которых являются термоэлементные датчики (из разнородного металла), которые описаны выше, а затем платиновыми датчиками сопротивления, в которых используется резистор с обмоткой из платиновой проволоки или плоский пленочный резистор, а также датчиками термисторного типа, в которых используется керамика (оксиды металлов).
Последние два типа, хотя и более дорогие, обычно имеют точность от 0,1°C до 1,5°C, что значительно выше, чем у традиционных термоэлементных датчиков, точность которых находится в диапазоне от 0,5°C до 5,0°C. Прежняя термопара термоэлементного типа, хотя и менее точная, часто подходит для большинства приложений общего назначения. Полная таблица сходств и различий представлена ниже в Таблице 1.
Таблица 1: Типы термопарных датчиков и их соответствующие свойства (Источник)
Следует отметить, что при использовании датчиков зондового типа в среде, где оболочка и наконечник зонда погружены в жидкость, некоторая ошибка может возникнуть из-за теплопроводности по оболочке термопары в систему или из нее.
Все эти типы термопар можно найти с удлинителями различной длины с разъемами или без них, с резьбовыми или нерезьбовыми вставками, а также с различной длиной оболочки для различных возможных применений.
Различные измерительные спаи и их применение
В дополнение к рассмотренным выше типам датчиков существуют также различные материалы оболочки, используемые для защиты термоэлементов в различных приложениях.
Здесь мы кратко коснемся трех переходов, которые доступны в качестве готовых опций: открытый, изолированный и заземленный (заземленный). Каждый из этих типов показан в таблице ниже на Рисунок 3 .
| Открытый переход: | Используется в основном для измерения температуры неагрессивного газа, когда требуется меньшее время отклика. | |
| |
Для использования в приложениях, где измеряемая жидкость или газ являются коррозионными или иным образом вредными для термоэлемента. Из-за изоляции время отклика меньше, чем у открытого соединения. |
|
| Соединение с заземлением: | Вариант изолированного соединения, предназначенный для приложений с более высоким давлением и имеющий меньшее время отклика. Этот тип также хорош для применений, связанных с коррозионными средами. |
|
Рис.
3. Три типа измерительных соединений (источник) кожух, датчик монтируется заподлицо с плоским материалом, который можно закрепить на поверхности. Плоский монтаж предназначен для устранения ошибок, которые могут возникнуть, если весь датчик не соприкасается с измеряемой поверхностью. По этой причине термопары для поверхностного монтажа часто встречаются с датчиком, установленным на кольце, для простоты установки с помощью различных распространенных крепежных деталей. Они также бывают самоклеящимися или приклеиваемыми для применения при более низких температурах. Примеры этого показаны ниже в
Рисунок 4 и Рисунок 5 соответственно.
Рис. 4. Термопара для поверхностного монтажа с монтажным кольцом (Источник)
Рис. 5. Термопара для поверхностного монтажа с клейкой накладкой (Источник)
термопары для вашего проекта, необходимо ответить на несколько основных вопросов:
- Какую среду вы будете контролировать?
- Каков ваш прогнозируемый диапазон температур?
- Какова желаемая частота дискретизации?
- Вы хотите записывать или просто отслеживать данные о температуре
Информация о вашей операционной среде информирует вас о вариантах типа оболочки.
Таблица 2: Типы и свойства термопар (Источник)
вообще вне контекста этого сообщения в блоге, когда кто-то ссылается на тип термопары, они обычно имеют в виду тип J, тип K и т. д., а не тип датчика, используемого в самой термопаре. Для получения дополнительной информации о типах термопар вы можете посетить Omega.
Желаемая частота дискретизации определяется необходимостью или отсутствием необходимости наблюдения за трендами на маленьком или большом временном шаге. Если событие короткое или происходит периодически в течение небольшого временного шага, датчик с более высокой частотой дискретизации, вероятно, будет иметь больше смысла, поскольку он будет фиксировать детали этого события. Если желательно отслеживать температуру во времени, то, вероятно, будет достаточно менее дорогого датчика с более низкой частотой дискретизации.
Наконец, самое простое, нужно определить, хотите ли вы отслеживать и отображать свои данные в режиме реального времени или записывать их для экспорта для анализа. Если вы хотите контролировать свою температуру и устанавливать оповещения в режиме реального времени, вы можете подключить провода от термопары к специальным разъемам для термопар, которые показаны ниже в Рисунок 6 , затем используйте ручной цифровой термометр, предназначенный для подключения разъемов термопары, пример которого показан ниже на Рисунок 7 .
Рис. 6. Разъем термопары (Источник)
Где купить
Все компоненты, обсуждаемые в этом блоге, являются готовыми коммерческими компонентами, которые можно найти в McMaster-Carr или у вашего официального дилера по приборам.
Практический пример
Объединив все это вместе, мы можем шаг за шагом пройти через процесс создания специального высокотемпературного теплового колодца с низкими потерями тепла, созданного для проверки прототипа двигателя Стирлинга бета-типа.
Рис. 8: Схема термопары типа К, установленной для контроля высокотемпературного нагрева в специальной электрической печи.
Основная идея этого проекта заключалась в создании теплового колодца с постоянной температурой, в который можно было бы поместить горячий конец двигателя Стирлинга. Поскольку количество электричества, которое нагревательный элемент вкладывал в систему, и характеристики тепловых потерь системы в диапазоне температур были известны, энергию, передаваемую двигателю Стирлинга, можно было определить, сравнивая стационарное состояние печи с и без прикрепленного Стирлинга.
Учитывая, что выходная мощность двигателя Стирлинга также была известна, можно было определить КПД двигателя Стирлинга.
Чтобы выбрать правильную термопару для этого приложения, мы рассмотрели окружающую среду, которую нам нужно было контролировать; поскольку это была внутренняя часть духовки, и мы имели дело с горячим воздухом в качестве рабочего тела, был выбран термометр зондового типа.
Тип термопары зонда зависел от диапазона температур, который мы ожидали увидеть в камере, а поскольку температура внутри камеры известна — в данном случае она составляла 1100 °C, мы смогли вернуться к таблице термопар. найти термопару с температурным диапазоном, включающим эту температуру. В данном случае мы выбрали термопару К-типа.
В данном случае частота дискретизации не имела значения, так как мы контролировали температуру через нечастые промежутки времени, чтобы убедиться, что контроллер температуры все еще работает должным образом.
Установка термопары была такой же простой, как вставка зонда в предварительно просверленное отверстие с предварительно нарезанной резьбой в боковой части высокотемпературного нагревательного колодца.
После закрепления концы проводов были подключены к разъему термопары, который затем был подключен к ручному термометру, который принимает штекеры термопары — в нашем случае мы использовали измеритель Omega модели HH800.
С помощью термопары, подключенной к портативному измерителю, мы смогли хорошо контролировать температуру высокотемпературного тепла в режиме реального времени.
Заключение
Я надеюсь, что этот блог дал вам хороший обзор функций, типов, выбора и применения термопар. Если у вас есть другие вопросы, не стесняйтесь оставлять комментарии или обращаться к нам напрямую. И не забудьте подписаться на наш блог, чтобы получать больше полезных статей о сборе данных, датчиках и анализе.
Похожие сообщения:
- Отслеживание тепловых потоков через мою гостиную
- Типы датчиков вибрации и где их купить
- 4 основных момента при выборе оборудования для сбора данных
Для получения дополнительной информации по этой теме посетите нашу специальную страницу ресурсов, посвященную датчикам окружающей среды.
Там вы найдете больше сообщений в блогах, тематических исследований, вебинаров, программного обеспечения и продуктов, ориентированных на ваши потребности в тестировании и анализе окружающей среды.
Типы термопар и материалы конструкции
Датчики температуры бывают разных форм, поэтому выбор датчика температуры для конкретного применения требует определенных размышлений. Однако, сказав, что для большинства промышленных применений выбор, как правило, делается между использованием RTD или термопары.
Что такое термопара?
A Термопара — это датчик, используемый для измерения температуры. Термопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных между собой одним концом, которые при нагревании (или охлаждении) создают небольшое напряжение. Это напряжение измеряется и используется для определения температуры нагретых металлов. Напряжение для любой температуры уникально для комбинации используемых металлов.
Термопары обычно выбирают из-за их низкой стоимости, высоких пределов температуры, широкого диапазона температур и долговечности.
Существуют ли стандарты, регламентирующие типы термопар?
Спецификация Британских стандартов, BS 1041, Измерение температуры, содержит рекомендации по выбору и использованию устройств для измерения температуры.
BS EN 60584-1: Термопары BS EN 60584-1 — это международный стандарт, который относится к электродвижущей силе (ЭДС), создаваемой определенными типами термопар, к температуре, основанной на Международной температурной шкале 1990 (ИТС-90).
Стандарт ASTM E230 содержит спецификации для обычных промышленных марок, включая буквенные обозначения, используемые для каждого типа термопары.
Почему существуют разные типы термопар?
Термопары изготавливаются из различных комбинаций металлов, обычно обозначаемых буквами, напр. J, K и т. д., что приводит к появлению терминов термопара типа J, термопара типа K и т. д. Каждая комбинация имеет свой температурный диапазон и поэтому больше подходит для одних применений, чем для других.
Хотя стоит отметить, что максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре. Различные типы подробно описаны в таблице ниже.
Таблица типов термопар
Термопары типа B
Термопары типа B могут использоваться при температуре от 0°C до 1600°C с кратковременным отклонением температуры от 0°C до 1600°C. Они имеют низкую электрическую мощность, поэтому редко используются при температурах ниже 600°C. На самом деле выход практически незначителен до 50°C, поэтому для этого типа компенсация холодного спая обычно не требуется.
Термопары типа E
Термопары типа E часто называют хромель-константановыми термопарами. Они считаются более стабильными, чем тип K, поэтому часто используются там, где требуется более высокая степень точности.
Примечание. Константан представляет собой медно-никелевый сплав.
Термопары типа J
Термопары типа J быстро разлагаются в окислительной атмосфере при температуре выше 550°C.
Их максимальная непрерывная рабочая температура составляет около 750°C, хотя они могут выдерживать кратковременные колебания до 1000°C. Как правило, они не используются при температуре ниже температуры окружающей среды из-за образования конденсата на проводах, что приводит к ржавлению железа.
Примечание. Константан представляет собой медно-никелевый сплав.
Термопары типа K
Термопары типа K являются наиболее широко используемыми термопарами в нефтегазовой и нефтеперерабатывающей промышленности благодаря их широкому ассортименту и низкой стоимости. Их иногда называют хромель-алюмелевыми термопарами. Обратите внимание, что окисление выше примерно 750°C приводит к дрейфу и необходимости повторной калибровки.
Термопары типа N
Термопары типа N могут выдерживать более высокие температуры, чем термопары типа K, и обеспечивают лучшую воспроизводимость в диапазоне от 300 до 500°C. Они предлагают много преимуществ по сравнению с Type R & S за одну десятую стоимости, поэтому становятся популярными альтернативами.
