Типы термопар расшифровка. Термопары: типы, характеристики, применение и особенности использования

Какие типы термопар существуют. Как выбрать подходящую термопару для измерения температуры. Каковы основные характеристики и особенности применения разных типов термопар. Какие меры предосторожности нужно соблюдать при использовании термопар.

Принцип работы термопар

Термопары — это распространенные датчики температуры, работающие на основе термоэлектрического эффекта. Как устроена и функционирует термопара?

• Термопара состоит из двух проводников из разнородных металлов, соединенных на одном конце
• При нагреве места соединения в цепи возникает термоЭДС, пропорциональная разности температур горячего и холодного спаев
• Величина термоЭДС зависит от используемых металлов и разности температур
• Измеряя термоЭДС, можно определить температуру горячего спая термопары

Таким образом, термопара преобразует тепловую энергию в электрическую, позволяя измерять температуру. Это простой, надежный и недорогой метод измерения температуры в широком диапазоне.

Основные типы термопар

Существует несколько стандартных типов термопар, различающихся комбинацией используемых металлов и сплавов:

• Тип K (хромель-алюмель) — наиболее распространенный универсальный тип
• Тип J (железо-константан) — для низких температур
• Тип T (медь-константан) — для криогенных температур
• Тип E (хромель-константан) — высокая чувствительность
• Тип N (нихросил-нисил) — улучшенная стабильность
• Типы R, S, B (сплавы платины) — для высоких температур

Выбор типа термопары зависит от требуемого диапазона температур, условий эксплуатации и необходимой точности измерений.

Характеристики различных типов термопар

Основные характеристики наиболее распространенных типов термопар:

Термопара типа K

• Диапазон измерений: -200…+1300°C
• Чувствительность: около 41 мкВ/°C
• Достоинства: универсальность, широкий выбор датчиков
• Недостатки: подвержена старению при высоких температурах

Термопара типа J

• Диапазон измерений: -40…+750°C
• Чувствительность: около 50 мкВ/°C
• Достоинства: высокая чувствительность при низких температурах
• Недостатки: ограниченный верхний предел температуры

Термопара типа T

• Диапазон измерений: -250…+400°C
• Чувствительность: около 43 мкВ/°C
• Достоинства: высокая точность при низких температурах
• Недостатки: ограниченный верхний предел температуры

При выборе термопары следует учитывать требуемый диапазон, условия эксплуатации и необходимую точность измерений.

Преимущества и недостатки термопар

Термопары имеют ряд достоинств и ограничений по сравнению с другими датчиками температуры:

Преимущества термопар

• Широкий диапазон измеряемых температур (от -200°C до +2000°C и выше)
• Простая и прочная конструкция
• Низкая стоимость
• Быстрый отклик на изменение температуры
• Отсутствие необходимости во внешнем питании
• Возможность измерения температуры в труднодоступных местах

Недостатки термопар

• Нелинейная характеристика преобразования
• Необходимость компенсации температуры холодного спая
• Низкий уровень выходного сигнала (микровольты)
• Подверженность электромагнитным помехам
• Возможность дрейфа характеристик со временем
• Ограниченная точность измерений (обычно не лучше ±0.5°C)

Несмотря на ограничения, простота и надежность делают термопары очень популярными датчиками температуры в промышленности и научных исследованиях.

Области применения термопар

Благодаря своим характеристикам термопары широко используются в различных сферах:

• Промышленность: контроль температуры в печах, котлах, двигателях
• Энергетика: измерение температуры в турбинах, реакторах, теплообменниках
• Металлургия: контроль температуры расплавов, прокатных станов
• Пищевая промышленность: контроль температуры в процессах приготовления и хранения
• Автомобилестроение: измерение температуры выхлопных газов, охлаждающей жидкости
• Бытовая техника: измерение температуры в духовках, утюгах, обогревателях
• Научные исследования: измерение температуры в экспериментальных установках

Выбор конкретного типа термопары зависит от требований конкретного применения — диапазона температур, агрессивности среды, требуемой точности и т.д.

Особенности монтажа и подключения термопар

При установке и подключении термопар необходимо соблюдать определенные правила:

• Используйте компенсационные или удлинительные провода того же типа, что и термопара
• Обеспечьте надежный тепловой контакт горячего спая с измеряемым объектом
• Защитите термопару от механических повреждений и агрессивных сред
• Минимизируйте длину проводов для снижения сопротивления цепи
• Используйте экранированные кабели в условиях сильных электромагнитных помех
• Обеспечьте компенсацию температуры холодного спая
• Соблюдайте полярность подключения термопары к измерительному прибору

Правильный монтаж и подключение термопары позволяют повысить точность и надежность измерений температуры.

Меры предосторожности при использовании термопар

При работе с термопарами следует учитывать ряд факторов, влияющих на точность измерений:

• Избегайте механических напряжений и деформаций проводов термопары
• Не допускайте превышения максимальной рабочей температуры
• Учитывайте возможный дрейф характеристик при длительной эксплуатации
• Периодически проводите калибровку термопар
• Защищайте термопару от воздействия агрессивных сред
• Минимизируйте влияние электромагнитных помех
• Учитывайте тепловую инерционность при быстрых изменениях температуры

Соблюдение этих мер позволяет обеспечить высокую точность и надежность измерений температуры с помощью термопар в различных условиях эксплуатации.

Градуировочные таблицы для термопар (НСХ)

Стандартная зависимость ТЭДС от температуры (которая в терминологии Российских стандартов называется НСХ) определяется экспериментально по результатам измерений в эталонной лаборатории, полученным для большого количества термопар. При переходе на новую международную шкалу зависимость должна быть пересмотрена. В 1992 г. после принятия шкалы МТШ-90 под руководством института НИСТ (National institute of standards and technology)(США), была проведена большая международная работа по определению функции ТЭДС-температура для эталонных термопар типа S, соответствующей новой международной температурной шкале. Работа проводилась в виде сличений термопар и эталонных высокотемпературных платиновых термометров сопротивления. Результаты, представленные разными странами, анализировались и обобщались. Итогом работы стала новая стандартная функция, принятая в настоящее время в международных и национальных стандартах. Исследование опубликовано в двух статьях:

NEW REFERENCE FUNCTIONS FOR PLATINUM-10% RHODIUM VERSUS PLATINUM (TYPE S) THERMOCOUPLES BASED ON THE ITS-90. PART I: EXPERIMENTAL PROCEDURES, G.W. Burns, G.F. Strouse, B.W. Magnum, M.C. Croarkin, and W.F. Guthrie, National Institute of Standards and Technology, Temperature: Its Measurement and Control in Science and Industry, 1992.

NEW REFERENCE FUNCTIONS FOR PLATINUM-10% RHODIUM VERSUS PLATINUM (TYPE S) THERMOCOUPLES BASED ON THE ITS-90. PART II: RESULTS AND DISCUSSION, G.W. Burns, G.F. Strouse, B.W. Magnum, M.C. Croarkin, and W.F. Guthrie, National Institute of Standards and Technology, Temperature: Its Measurement and Control in Science and Industry, 1992.

НИСТ явился также главным исполнителем по пересмотру таблиц для других типов термопар. Основополагающим источником, устанавливающим стандартные зависимости для термопар из благородных и неблагородных металлов, считается монография НИСТ:

NIST Monogragh 175 “Temperature-Electromotive Force Reference Functions and Tables for the Letter-Designated Thermocouple Types Based on the ITS-90”

На нашем сайте мы приводим НСХ термопар прямо из базы данных НИСТ:

Тип ТПП (S)
Тип ТПП (R)
Тип ТПР (B)
Тип ТХА (K)
Тип ТНН (N)
Тип ТМК (Т)
Тип ТЖК (J)

База данных находится в свободном доступе на сайте НИСТ www. nist.gov

НСХ для хромель-копелевых и медь-копелевых, которые выпускаются только в России, приведены в ГОСТ Р 8.585-2001 «Государственная система обеспечения единства измерений. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования» (скачать текст (pdf)). В 2013 г. вольфрам-рениевые термопары типов А и С были включены в новую редакцию стандарта МЭК 60584-1. Скачать таблицы НСХ для вольфрам-рениевых термопар>> Подробнее о стандартах МЭК см. раздел «Стандарты МЭК».

Удобная компьютерная программа TermoLab позволяет производить прямой и обратный расчет температуры по ТЭДС термопары для всех типов термопар. Программа аттестована в ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». Подробно о программе в разделе «Аттестованное программное обеспечение».

Термопары из чистых металлов

Золото-платиновые и платино-палладиевые термопары являются термопарами повышенной точности и используются в основном в исследовательских лабораториях, а также в системах точного контроля температуры. Для них характерна значительно меньшая термоэлектрическая неоднородность и большая чувствительность по сравнению с платино-родиевыми термопарами. Основой для разработки стандартных функций для термопар стали две публикации НИСТ:

1. Burns G. W., Strouse G. F., Liu B. M., and Mangum B. W., TMCSI, Vol. 6, New York, AIP, 1992, pp. 531-536.

2. Burns G. W., Ripple D. C., Metrologia 1998, 35, pp. 761-780

Стандартные функции и таблицы уже утверждены в стандартах АСТМ и МЭК.(IEC 62460 Temperature — Electromotive force (EMF) tables for pure-element thermocouple combinations.)

Приводим таблицы и функции ТЭДС от температуры.

Термопары Au/Pt
Термопары Pt/Pd

Подробнее о термопарах из чистых металлов см. публикацию Н. П. Моисеевой «Перспективы разработки эталонных термопар из чистых металлов» (Измерительная Техника 2004 г № 9, стр. 46-49)

Дополнительные материалы на сайте о термопарах:

Поверка термопар

Классы точности термопар

Неопределенность калибровки термопары 

Кабельные термопары

Вольфрам-рениевые термопары

Неопределенность калибровки термопары: нужно ли учитывать вклад от неоднородности термоэлектродов?

Термоэлектрические преобразователи ДТПL(ХК)-EХ и ДТПK(ХА)-EХ во взрывозащищенном исполнении

Датчики температуры имеют уровень искрозащиты Ex ia (особо взрывобезопасный), что сохраняет условия безопасности даже в случае одновременных и независимых повреждений.

Среда измерения

Взрывоопасные смеси газов, паров, а также легковоспламеняющихся и взрывчатых веществ.

Искробезопасная цепь Ex ia. Датчики с маркировкой 0Ех ia IIC T1…Т6 Ga Х

Искробезопасная электрическая цепь – это цепь, в которой разряды или термические воздействия, возникающие в нормальном или аварийном режиме работы электрооборудования, не вызывают воспламенения взрывоопасной смеси.

Взрывозащищенность датчика обеспечивается следующими средствами

• Выполнение конструкции датчика в соответствии с требованиями ГОСТ 31610.11-2014 (IEC 60079-11:2011).
• Ограничение максимального тока Ii и максимального напряжения Ui в цепях датчика до искробезопасных значений.
• Ограничение емкости Ci конденсаторов, содержащихся в электрических цепях датчика, и суммарной величины индуктивности Li.

Ограничение тока и напряжения в цепях датчика до искробезопасных значений достигается за счет обязательного подключения датчика через барьер искрозащиты (рекомендуется ИСКРА-ТП. 03), имеющий вид взрывозащиты выходных цепей «искробезопасная электрическая цепь» с уровнем «ia» для взрывоопасных смесей подгруппы IIC по ГОСТ 31610.11-2014 (маркировка [Ex ia] IIC).

Показатели надежности термоэлектрических преобразователей ДТПхх4 при соблюдении условий эксплуатации в диапазоне температур от -40 до +400 °С (до +300 °С – для мод.014, 034):

• вероятность безотказной работы – не менее 0,95 за 16 000 час;
• средний срок службы – не менее 4 лет;
• гарантийный срок эксплуатации – 2 года.

Стандартный срок производства – от 7 рабочих дней.

Расшифровка маркировки взрывозащиты датчиков температуры ОВЕН

0Ех ia IIC T1…Т6 Ga Х
0	Датчики относятся к категории особо взрывобезопасного оборудования
Ех	Знак соответствия стандартам взрывозащиты
ia	Вид взрывозащиты – искробезопасная цепь, уровень «ia» (наивысший)
IIC	Группа позволяет использовать датчик в наиболее взрывоопасных нерудничных средах (например, водород, ацетилен)
Т1…Т6	Датчик может использоваться в температурных классах Т1…Т6, указанных в таблице
Ga	Уровень взрывозащиты датчика – «очень высокий», применены дополнительные средства взрывозащиты
Х	Особые условия эксплуатации датчиков

Температурный класс в маркировке взрывозащиты

Температура окружающей и контролируемой среды, не более	425 °С	275 °С	195 °С	130 °С	95 °С	80 °С

Особые условия эксплуатации датчиков (знак Х в конце маркировки)

• Подключение датчика к внешним цепям должно производиться через сертифицированные барьеры искробезопасности.
• Установка, подключение, эксплуатация, тех. обслуживание и отключение датчика должно производиться в соответствии с технической документацией производителя.
• Температурный класс в маркировке взрывозащиты термопреобразователей выбирается исходя из максимальной температуры окружающей среды и максимальной температуры контролируемой среды в соответствии с таблицей.

	014	D = 5 мм	ДТПК, ДТПL латунь (-40…+300 °C)	25
	024	D = 8 мм	ДТПК, ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+400 °С)	30
	034	D = 5 мм М = 8×1 мм**	ДТПК, ДТПL латунь (-40…+300 °С)	25
	044	D = 8 мм M = 12×1,5 мм**	ДТПК, ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+400 °С)	30
	054	D = 6 мм М = 16×1,5 мм** S = 22 мм, h = 9 мм		60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000
	064	D = 8 мм M = 20×1,5 мм** S = 27 мм, h = 8 мм
	074	D = 10 мм M = 20×1,5 мм** S = 27 мм, h = 8 мм
	084	D = 10 мм M = 20×1,5 мм** S = 27 мм, h = 8 мм
	094	D = 6 мм, D1 = 13 мм
	104	D = 8 мм, D1 = 18 мм
	114	D = 10 мм, D1 = 18 мм
Подвижный штуцер	124	D = 6 мм M = 16×1,5 мм** S = 17 мм		10, 32, 40, 60, 80, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500
	134	D = 8 мм M = 20×1,5 мм** S = 22 мм
	144	D = 10 мм M = 20×1,5 мм** S = 22 мм
Подвижный штуцер	154	D = 10 мм M = 20×1,5 мм** S = 22 мм
	194	D = 5 мм, D1 = 10 мм		60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320
	204	M = 10×1 мм** S = 14 мм	ДТПК, ДТПL латунь (-40…+400 °С)	40, 65
	534	d = 4,5 мм Под М4	ДТПК, ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+250 °C – c кабелем СФКЭ; -40…+300 °C – c кабелем ДКТ; −40…+400 °C c кабелем КТППЭ)	39
	554	d = 5,5 мм Под М5		39
	564	d = 6,4 мм Под М6 D = 19 мм S = 0,5 мм		58
	574	d = 8,4 мм Под М8 D =22 мм S=0,75 мм		61
	584	d = 10,5 мм Под М10 D = 26 мм S = 0,75 мм		63
	594	d = 13 мм Под М12 D = 30 мм S = 1,0 мм		71
	644	D = 4,5 мм М = 6×1 мм S = 10 мм	ДТПК, ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+300 °C – c кабелем ДКТ)	13, 20, 30

Примечания:

1. С кабельным выводом из СФКЭ и диаметром термоэлектродов 0,7 мм изготавливаются только модели с диаметром арматуры 10 мм: 074, 114, 144,154.
2. С кабельным выводом из СФКЭ изготавливаются:
   • Модели с диаметром арматуры 6 мм: ДТПХ124, ДТПХ094.
   • Модели с диаметром монтажной части 8 мм, кроме ДТПХ024 и ДТПХ044.
3. С кабельным выводом из СФКЭ и диаметром арматуры 5 мм датчики не изготавливаются.

Для присоединения датчика к вторичным устройствам вы можете подобрать кабели для термопар.

Термопарные провода, поставляемые в качестве кабельного вывода совместно с ДТПХхх4

Кабель термопарный тип К (ХА), хромель-алюмель

1 – термоэлектродная проволока 2 – cтеклонить К11С6 с пропиткой кремнийорганическим лаком	ДКТК011-0,5 ДКТК011-0,7	Одножильный Диаметр проводов: 0,5 мм/0,7 мм (указывается при заказе) Изоляция нить К11С6 Красной термоусадочной трубкой помечен положительный электрод	-40…+300 °С	1,8/2,0 2,0/2,8
1 – термоэлектродная проволока 2, 4, 5, 6 – обмотка стеклонитью с пропиткой нагревостойким лаком 3 – обмотка фторопластовой запеченной пленкой 7 – экран из медной луженной оловом проволоки	Кабель СФКЭ ХА 2×0,5	Многожильный Х – положительная жила, сплав хромель А – отрицательная жила, сплав алюмель 2 – количество жил 0, 5 – сечение жилы Красный наконечник НШВИ установлен на положительный электрод.	-60…+250 °С	3,0/4,5
1 – термоэлектродная проволока 2- стеклонить 3 – слюда 4 – стеклонить 5 – экран из нержваеющей стали	Кабель КТППЭ-ХА	Одножильный Диаметр жил: 0,5 мм Красной термоусадочной трубкой помечен положительный электрод	-50…+400 °С	2,7/4,0

Кабель термопарный тип L (ХK), хромель-копель

1 – термоэлектродная проволока 2 – cтеклонить К11С6 с пропиткой кремнийорганическим лаком	ДКТL011-0,5 ДКТL011-0,7	Одножильный Диаметр проводов: 0,5 мм/0,7 мм (указывается при заказе) Изоляция – нить К11С6 Красной термоусадочной трубкой помечен положительный электрод	-40…+300 °С	1,8/2,0 2,0/2,8
1 – термоэлектродная проволока 2, 4, 5, 6 – обмотка стеклонитью с пропиткой нагревостойким лаком 3 – обмотка фторопластовой запеченной пленкой 7 – экран из медной луженной оловом проволоки	Кабель СФКЭ ХК 2×0,5	Многожильный Х – положительная жила, сплав хромель К – отрицательная жила, сплав копель 2 – количество жил 0, 5 – сечение жилы Красный наконечник НШВИ установлен на положительный электрод.	-60…+250 °С	3,0/4,5
1 – термоэлектродная проволока 2- стеклонить 3 – слюда 4 – стеклонить 5 – экран из нержваеющей стали	Кабель КТППЭ-ХК	Одножильный Диаметр жил: 0,5 мм Красной термоусадочной трубкой помечен положительный электрод	-50…+400 °С	2,7/4,0

Технические характеристики

Модификации

Конфигуратор (тестовый режим)

Документация

Сопутвующие товары

Статьи

Новости

Задать вопрос специалисту

Технический вопросПредложения/замечания по сайтуДругое

E-mail*

Компания

Телефон

Cообщение*

Добавить файлы

Опросный лист для выбора датчика температуры

Примечание по применению термопар от Pico Technology

Термопары являются наиболее популярными датчиками температуры. Они дешевы, взаимозаменяемы, имеют стандартные разъемы и могут измерять широкий диапазон температур. Основным ограничением является точность: системные ошибки менее 1 °C могут быть труднодостижимы.

В 1822 году эстонский физик Томас Зеебек обнаружил, что соединение двух металлов создает напряжение, зависящее от температуры. Термопары полагаются на этот эффект Зеебека. Хотя для изготовления термопары можно использовать почти любые два типа металла, используется ряд стандартных типов, поскольку они обладают предсказуемыми выходными напряжениями и большими градиентами напряжения/температуры. На схеме показана термопара типа К, которая является наиболее популярной.

Компенсация холодного спая

Стандартные таблицы показывают напряжение, создаваемое термопарами при любой заданной температуре, поэтому, например, на приведенной выше диаграмме термопара типа K при 300 °C будет производить 12,2 мВ. К сожалению, невозможно просто подключить вольтметр к термопаре для измерения этого напряжения, потому что подключение выводов вольтметра создаст второй нежелательный спай термопары. Для проведения точных измерений это необходимо компенсировать с помощью метода, известного как компенсация холодного спая (CJC). Если вам интересно, почему подключение вольтметра к термопаре не создает несколько дополнительных спаев термопары (провода, соединяющие термопару, выводы к измерителю, внутри измерителя и т. д.), закон промежуточных металлов гласит, что третий металл, вставленный между два разнородных металла спая термопары не будут иметь никакого эффекта при условии, что два спая имеют одинаковую температуру. Этот закон также важен при построении спаев термопар. Допустимо соединение термопары путем пайки двух металлов вместе, так как припой не повлияет на показания. На практике, однако, соединения термопар изготавливаются путем сварки двух металлов вместе (обычно с помощью емкостного разряда), поскольку это гарантирует, что характеристики не ограничиваются температурой плавления припоя.

Все стандартные таблицы термопар учитывают этот второй спай термопары, предполагая, что он поддерживается точно при нуле градусов Цельсия. Традиционно это делалось с помощью тщательно сконструированной ледяной бани (отсюда и термин «компенсация холодного спая»). Поддержание ледяной бани нецелесообразно для большинства измерительных приложений, поэтому вместо этого записывается фактическая температура в точке соединения проводов термопары с измерительным прибором.

Обычно температура холодного спая измеряется прецизионным термистором, находящимся в хорошем тепловом контакте с входными разъемами измерительного прибора. Это второе показание температуры вместе с показанием самой термопары используется измерительным прибором для расчета истинной температуры на конце термопары. Для менее критичных приложений CJC выполняется полупроводниковым датчиком температуры. Комбинируя сигнал от этого полупроводника с сигналом от термопары, можно получить правильные показания без необходимости или затрат на запись двух температур. Важно понимать компенсацию холодного спая; любая ошибка в измерении температуры холодного спая приведет к такой же ошибке в измерении температуры с наконечника термопары.

Линеаризация

Помимо работы с CJC, измерительный прибор также должен учитывать тот факт, что выход термопары является нелинейным. Связь между температурой и выходным напряжением представляет собой полиномиальное уравнение высокого порядка (от 5-го до 9-го порядка в зависимости от типа термопары). Аналоговые методы линеаризации используются в недорогих термопарных счетчиках. Высокоточные приборы, такие как Pico TC-08, хранят таблицы термопар в памяти компьютера, чтобы исключить этот источник ошибок.

Типы термопар

Термопары доступны либо в виде «шариков» с неизолированным проводом, которые предлагают низкую стоимость и быстрое время отклика, либо встроены в датчики. Доступен широкий выбор датчиков, подходящих для различных измерительных задач (промышленных, научных, температурных, медицинских и т. д.). Одно предупреждение: при выборе пробников убедитесь, что они имеют правильный тип разъема. Два распространенных типа разъемов: «стандартный» с круглыми контактами и «миниатюрный» с плоскими контактами. Это вызывает некоторую путаницу, поскольку «миниатюрные» разъемы более популярны, чем «стандартные».

При выборе термопары следует учитывать тип термопары, изоляцию и конструкцию зонда. Все это повлияет на измеряемый диапазон температур, точность и надежность показаний. Ниже приведено наше (несколько субъективное) руководство по типам термопар.

Тип K (хромель/алюмель)

Тип K — термопара общего назначения. Он дешев и, благодаря своей популярности, доступен в широком ассортименте зондов. Термопары доступны в диапазоне от –200 °C до +1200 °C. Чувствительность составляет около 41 мкВ/°C. Используйте тип K, если у вас нет веской причины не делать этого.

Тип E (хромель/константан)

Тип E имеет высокий выходной сигнал (68 мкВ/°C), что делает его пригодным для низкотемпературного (криогенного) использования. Он также немагнитен.

Тип J (железо/константан)

Ограниченный диапазон (от –40 до +750 °C) делает тип J менее популярным, чем тип K. Основное применение – старое оборудование, которое не может принимать «современные» термопары. Типы J не следует использовать при температуре выше 760 °C, так как резкая магнитная трансформация вызовет необратимую декалибровку.

Тип N (никросил / нисил)

Высокая стабильность и стойкость к высокотемпературному окислению делает тип N подходящим для высокотемпературных измерений без затрат на платиновые (B,R,S) типы. Разработанный как «улучшенный» тип K, он становится все более популярным.

Термопары типов B, R и S представляют собой термопары из «благородных» металлов и имеют схожие характеристики. Они являются наиболее стабильными из всех термопар, но из-за их низкой чувствительности (около 10 мкВ/°C) их обычно используют только для измерения высоких температур (> 300°C).

Тип B (платина/родий)

Подходит для высокотемпературных измерений до 1800 °C. Необычно то, что термопары типа B (из-за формы их кривой температура / напряжение) дают одинаковый выходной сигнал при 0 ° C и 42 ° C. Это делает их бесполезными при температуре ниже 50 °C.

Тип R (платина/родий)

Подходит для высокотемпературных измерений до 1600 °C. Низкая чувствительность (10 мкВ/°C) и высокая стоимость делают их непригодными для общего применения.

Тип S (платина/родий)

Подходит для высокотемпературных измерений до 1600 °C. Низкая чувствительность (10 мкВ/°C) и высокая стоимость делают их непригодными для общего применения. Благодаря высокой стабильности тип S используется в качестве эталона калибровки точки плавления золота (1064,43 °C).

Диапазон и чувствительность

При выборе типов термопар убедитесь, что ваше измерительное оборудование не ограничивает диапазон измеряемых температур. Ниже указан диапазон температур, которые может измерять 8-канальный регистратор данных термопар Pico TC-08. Обратите внимание, что термопары с низкой чувствительностью (B, R и S) имеют соответственно более низкое разрешение.

Тип термопары	Общий диапазон °C	Разрешение 0,1 °C	Разрешение 0,025 °C
Б	20 до 1820	от 150 до 1820	от 600 до 1820
Е	от –270 до 910	от –270 до 910	от –260 до 910
Дж	от –210 до 1200	от –210 до 1200	от –210 до 1200
К	от –270 до 1370	от –270 до 1370	от –250 до 1370
Н	от –270 до 1300	от –260 до 1300	от –230 до 1300
Р	от –50 до 1760	от –50 до 1760	20 до 1760
С	от –50 до 1760	–50 до 1760	20 до 1760
Т	от –270 до 400	от –270 до 400	от –250 до 40

 

На графиках показано выходное напряжение термопар при различных температурах. Обратите внимание, что термопары на основе платины имеют очень низкий выходной сигнал, что объясняет, почему их использование ограничено измерением высоких температур.

Меры предосторожности и рекомендации по использованию термопар

Большинство проблем с измерениями и ошибок при использовании термопар возникают из-за непонимания того, как работают термопары. Ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных проблем и ловушек, о которых следует знать.

Проблемы с подключением

Многие ошибки измерения вызваны непреднамеренным спаем термопары. Помните, что любое соединение двух разных металлов создаст соединение. Если вам нужно удлинить выводы термопары, вы должны использовать соответствующий тип удлинительного провода термопары (например, тип K для термопар типа K). Использование любого другого типа провода приведет к переходу термопары. Любые используемые разъемы должны быть изготовлены из соответствующего материала термопары, и должна соблюдаться правильная полярность.

Сопротивление выводов

Чтобы свести к минимуму тепловое шунтирование и улучшить время отклика, термопары изготавливаются из тонкой проволоки (в случае платиновых типов также учитывается стоимость). Это может привести к тому, что термопара будет иметь высокое сопротивление, что сделает ее чувствительной к шуму, а также может вызвать ошибки из-за входного сопротивления измерительного прибора. Типичная термопара с открытым спаем с проводом 32 AWG (диаметром 0,25 мм) будет иметь сопротивление около 15 Ом/метр. Pico TC-08 имеет входное сопротивление 2 МОм, поэтому для 12 метров такого кабеля будет погрешность менее 0,01%. Если необходимы термопары с тонкими выводами или длинными кабелями, то целесообразно сделать выводы термопары короткими, а затем использовать удлинительный провод термопары (который намного толще, поэтому имеет меньшее сопротивление) для прокладки между термопарой и измерительным прибором. Хорошей мерой предосторожности всегда является измерение сопротивления термопары перед ее использованием.

Декалибровка

Это результат непреднамеренного изменения состава провода термопары. Обычной причиной является диффузия атмосферных частиц в металл при экстремальных рабочих температурах. Другой причиной являются примеси и химические вещества из изоляции, проникающие в провод термопары. При работе при высоких температурах проверьте характеристики изоляции зонда.

Шум

Выходной сигнал термопары представляет собой слабый сигнал, поэтому он склонен к улавливанию электрических помех. Большинство измерительных приборов (таких как TC-08) подавляют любой синфазный шум (сигналы, которые одинаковы на обоих проводах), поэтому шум можно свести к минимуму, скрутив кабель вместе, чтобы гарантировать, что оба провода улавливают один и тот же шумовой сигнал. Кроме того, в TC-08 используется интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, который помогает усреднить любые оставшиеся шумы. При работе в очень шумной среде (например, рядом с большим двигателем) стоит рассмотреть возможность использования экранированного удлинительного кабеля. Если есть подозрение на шум, сначала выключите все подозрительное оборудование и посмотрите, изменится ли показания.

Синфазное напряжение

Хотя сигналы термопары очень малы, на входе измерительного прибора часто присутствуют гораздо большие напряжения. Эти напряжения могут быть вызваны либо индуктивным срабатыванием (проблема при проверке температуры обмоток двигателя и трансформаторов), либо «заземленными» соединениями. Типичным примером «заземленного» соединения может быть измерение температуры трубы горячей воды с помощью неизолированной термопары. Если есть какие-либо плохие соединения с землей, между трубой и землей измерительного прибора может быть несколько вольт. Эти сигналы также являются синфазными (одинаковы в обоих проводах термопары), поэтому не вызовут проблем с большинством приборов, если они не слишком велики. Например, TC-08 имеет диапазон входного сигнала синфазного сигнала от –4 В до +4 В. Если напряжение синфазного сигнала больше этого значения, возникнут ошибки измерения. Синфазные напряжения можно свести к минимуму с помощью тех же мер предосторожности при прокладке кабелей, что и для шумов, а также с помощью изолированных термопар.

Термошунтирование

Все термопары имеют некоторую массу. Нагрев этой массы требует энергии, что повлияет на температуру, которую вы пытаетесь измерить. Рассмотрим, например, измерение температуры жидкости в пробирке: есть две потенциальные проблемы. Во-первых, тепловая энергия будет проходить вверх по проводу термопары и рассеиваться в атмосферу, снижая тем самым температуру жидкости вокруг проводов. Аналогичная проблема может возникнуть, если термопара недостаточно погружена в жидкость. Из-за более низкой температуры окружающего воздуха на проводах теплопроводность может привести к тому, что температура спая термопары будет отличаться от температуры самой жидкости. В приведенном выше примере может помочь термопара с более тонкими проводами, так как это вызовет более крутой градиент температуры вдоль провода термопары на стыке между жидкостью и окружающим воздухом. Если используются термопары с тонкими проводами, необходимо учитывать сопротивление выводов. Использование термопары с тонкими проводами, соединенными с гораздо более толстым удлинительным проводом термопары, часто предлагает наилучший компромисс.

Типы термопар

Термопара — это датчик температуры, который используется для измерения температуры на производстве, в машиностроении и в научных целях, а также в бытовых приборах. Термопара может быть полезна для обеспечения надлежащего нагрева поверхностей, таких как сталь или другие металлы или металлические сплавы, для обработки или для измерения, когда контейнер или место слишком теплое и необходимо ввести охлаждающие жидкости.

Термопара работает на основе дифференциальных расчетов с известной температурной точкой, называемой холодным или эталонным спаем, и датчиком, подключенным к измеряемому блоку. Лабораторные условия допускают естественный холодный спай, но применяемые условия термопары часто требуют использования искусственно созданной постоянной температуры. Поскольку напряжения, возникающие при соединении разнородных металлов, известны и постоянны, они используются в качестве контрольных точек на основе их отношения к измерительному спаю. Когда машина определяет эту разницу, она вычисляет температуру и отправляет сообщение на измерительное устройство.

Поскольку разные комбинации металлов дают разные температуры, а эти разные металлы обладают разной долговечностью и прочностью, исследователи создали стандартизированные комбинации, чтобы использовать максимальный потенциал результата в стандартизированном наборе комбинаций.

Существует четыре различных классификации пар термопар, большинство из которых обозначаются заглавными буквами. Это класс домашнего тела, класс высшего класса, класс редкого и экзотический класс. Класс домашнего тела состоит из «стандартных» или часто используемых металлов, в то время как класс верхней корки представляет все комбинации платины. Разреженный класс состоит из тугоплавких металлов, а экзотический класс гораздо более специфичен по своей природе, обычно это специальные комбинации редких металлов, используемые для определенных применений.

Диапазон температур1 9008 С

902

Тип термопары	Состав	8 11
B	Платина 30% родия (+)	2500-3100 градусов по Фаренгейту
	Платина 6% Родий (-)	130708 градусов 5
C	W5Re Вольфрам 5% Рений (+)	3000-4200 градусов по Фаренгейту
	W26Re Вольфрам 26% Рений (-) 1 -2315 градусов С
В	Хромель (+)	200-1650 градусов по Фаренгейту
	Константан (-) 5-
Д	Железо (+)	200-1400 градусов по Фаренгейту
	Константан (-) 5-7 градусов по Фаренгейту
К	Хромель ( +)	200-2300 градусов по Фаренгейту
	Алюмель (-) градусов	95-1208 0081
М	Никель (+)	32-2250 градусов по Фаренгейту
	Никель (-)			0-9007 градусов по Цельсию 6
Н	Никросил (+)	1200-2300 градусов по Фаренгейту
	Нисил (-)	650 -12605 градусов по Цельсию
R	Платина 13% родия (+)	1600-2640 градусов F
	Платина (-)	870- градусов C
S	Платина 10% родий (+)	1800-2640 градусов по Фаренгейту
	Платина (-)	90806 90806 90805 градусов по Цельсию
T	Медь (+)	отрицательный 330-660 градусов F
	Константан (-)	отрицательный 2009 800 градусов C 9000 0159

Разреженные и экзотические термопары не имеют специальных буквенных кодов, присвоенных их, потому что они гораздо реже используются. Однако некоторые из этих комбинаций имеют стандартные диапазоны температур, указанные в технической литературе.

В дополнение к системе нумерации термопары также обычно имеют цветовую маркировку. Цветовая кодировка отличается от страны к стране, поэтому лучше искать различную цветовую кодировку в зависимости от страны, из которой получен материал.

Некоторые приложения термопар включают измерение стали во время механической обработки. Термопары типов B, K, R и S больше всего подходят для этой работы из-за их высоких температурных диапазонов. Это помогает производителю узнать, когда расплавленный материал расплавится до достаточной температуры. Нагревательные приборы также хорошо работают с термопарами. Приборы, работающие на газе, могут стать слишком горячими, если они накачаны до насыщения, что может создать опасные ситуации, когда газ находится под давлением и присутствуют высокие температуры. Термопары могут считывать температуру и активировать устройства отключения газа, когда ситуация становится нестабильной.