Термопара что это такое: устройство и принцип работы простым языком, типы

Что такое термопара и как она работает?. Статья компании Технонагрев

Что такое термопара?

Термопара — это термоэлектрический преобразователь, который преобразует тепловую энергию в электрическую. Термопара состоит из соединения проводов, сделанных из разнородных металлов, для образования спая. Напряжение возникает при изменении температуры на стыке.

Концепция термопары основана на эффекте Зеебека, который утверждает, что если разнородные металлы соединяются в одной точке, они будут генерировать небольшое измеряемое напряжение при изменении температуры точки соединения. Величина напряжения зависит от величины изменения температуры и характеристик металлов.

Конструкция термопары состоит из двух изолированных проводов, подключенных к измерительному прибору с коаксиальной оболочкой, разделенной изолированным материалом. Термопары служат в качестве контрольно-измерительного прибора для различных типов оборудования.

Процесс термопары можно увидеть на изображении ниже, где температура повышается на стыке проводов слева, а изменение температуры отображается на датчике справа.

Измерение температуры термопарой

 

Как работает термопара?

Когда два провода термопары соединяются для образования спая, один из них подключается к корпусу термопары и измеряет температуру. Его называют горячим или измерительным спаем. Второй спай прикреплен к телу известной температуры и является опорным спаем. Термопара измеряет неизвестную температуру и сравнивает ее с известной температурой.

Идея термопары основана на трех принципах действия, открытых Зеебеком, Пельтье и Томсоном.

Эффект Зеебека:

Эффект Зеебека возникает, когда два разных или непохожих металла соединяются вместе на двух стыках, и на двух стыках создается электродвижущая сила (ЭДС), которая различна для разных типов металлов

Эффект Пельтье:

ЭДС создается в цепи, когда два разнородных металла соединяются с образованием двух стыков из-за разной температуры двух стыков цепи

Эффект Томсона:

Эффект Томсона — это когда тепло поглощается по длине стержня, концы которого находятся при разных температурах. Температура тепла связана с протеканием тока до температуры вдоль стержня

 

Как работает термопара

Схема термопары показана на изображении ниже, где A и B — два разнородных провода, которые соединены, образуя спай. Два перехода имеют разные температуры, чтобы генерировать в цепи ЭДС Пельтье, которая является функцией температур двух переходов.

Термопара

 

Электроны переносят тепло и электричество. Если кусок медной проволоки нагреть с одного конца, электроны будут двигаться по проволоке к более холодному концу и создавать температурный градиент вдоль проволоки. Тепло превратилось в энергию. Тот же принцип, открытый Вольтом и Зеебеком, применим к термопаре.

Если температура спаев термопары одинакова, на стыках будет генерироваться равная и противоположная ЭДС, и ток будет равен нулю. Если переходы имеют разные температуры, ЭДС не будет равняться нулю, и ток будет течь по цепи так же, как тепло, протекающее по медному проводу. Поток ЭДС через цепь зависит от металлов и температуры двух переходов, которая измеряется измерителем.

ЭДС в цепи термопары очень мала, в милливольтах, и требует высокочувствительного прибора для определения генерируемой ЭДС. Обычно используются гальванометры и потенциометры, уравновешивающие напряжение, причем потенциометр используется наиболее часто.

 Потенциометр измеряет разность потенциалов, сравнивая неизвестное напряжение с опорным напряжением. Он может обеспечить высокоточные измерения. Он представляет собой трехконтактный переменный резистор и действует как регулируемый делитель напряжения. Гальванометр измеряет очень малые электрические токи. Они используются для измерения нулевого отклонения или нулевого тока.

Потенциометр и Гальванометр

 

Чтобы термопара могла произвести абсолютное измерение, она должна быть привязана к известной температуре, такой как замерзание, на другом конце кабеля датчика. Горячий спай является измерительным узлом, а холодный спай, как показано на диаграмме ниже, является точкой отсчета, где располагается микросхема компенсации холодного спая. Температура холодного спая может варьироваться, но является справочной. Холодный спай можно зафиксировать, погрузив его в воду для поддержания постоянной температуры.

Окружающий воздух может влиять на эталонную температуру. Его можно откалибровать и отрегулировать с помощью устройства компенсации холодного спая.

Простое изображение термопары

 

Использование защитной гильзы

В некоторых случаях применения термопар требуется использование защитной гильзы. Это устройство используется для защиты термопары от технологической среды и состоит из закрытой трубы или твердого стержня, установленного внутри указанной среды. Защитные гильзы чаще всего используются на нефтеперерабатывающих или химических заводах, чтобы продлить срок службы термопар. В зависимости от области применения могут использоваться различные типы защитных гильз. Некоторые из этих типов включают:

• Прямые защитные гильзы

• Ступенчатые защитные гильзы

• Конические защитные гильзы

Защитные гильзы также классифицируются по способу их подключения к термопаре или термистору. Эти типы подключений могут включать:

• Соединения под сварку внахлест

• Фланцевые соединения

• Резьбовые соединения

• Соединения с уплотнительным кольцом

• Сварные соединения

Компания Технонагрев производит различные термопары для промышленных систем нагрева.

Ознакомиться с нашим ассортиментом и характеристиками термопар можно на странице товара. Звоните нам для получения дополнительной информации или оставляйте свои вопросы в форме на сайте.

классификация, как работает, особенности применения

Пример HTML-страницы

Термопа́ра — устройство основанное на преобразовании электрического сигнала в показатель температуры при изменении физических параметров веществ, из которых состоит прибор. Термопары широко распространены в промышленности, коммунальном хозяйстве, используются в массе бытовых приборов и автомобилях. От самых простых приборов (которые можно встретить в обычных утюгах) до сложных и дорогих (жаростойкие термопластины для измерения температуры на газовых турбинах) их можно встретить везде, где стоит задача измерения температуры.

Содержание

1. Как работает термопара?
2. Особенности работы с термопарами для точных и высокоточных измерений
3. Классификация термопар, их свойства и сферы применения

Как работает термопара?

Термопара состоит из пары проводников из отличающихся материалов, соединенных между собой только с одной стороны.

Регистрирующие приборы (аналоговые, цифровые) измеряют разницу термо-ЭДС возникающих в местах спайки и на концах проводников.

Действие прибора построено на эффекте Зеебека(термоэлектрической эффект). Представьте две проволоки соединенные между собой двумя спайками. Если нагревать/охлаждать одну спайку, то по кольцу потечет ток. Его вызывает термо-ЭДС, которая возникает за счет разности потенциалов между спайками.

Интересное видео о термопарах от НИЯУ МИФИ смотрите ниже:

При одинаковой температуре спаек сума токов в цепи равна нулю – ток не течет. При отличающихся температурах возникает разность потенциалов между спайками. От интенсивности нагревания/охлаждения зависит и разность потенциалов.

Термо-ЭДС можно измерить. Она пропорциональна изменению разности температур на спайках. Самый простой способ измерения параметров тока в таких условиях – гальванометр (применяется для демонстрации эффекта Зеебека).

В современных сложных термопарах применяются электронные средства преобразования сигнала.

Особенности работы с термопарами для точных и высокоточных измерений

1. Недостаток большинства термопар – это необходимость градуировки каждого прибора в отдельности.
   

   Для точных измерений на предприятиях-изготовителях каждая термопара проходит отдельные испытания.

2. Необходимо вносить поправку на температуру среды измерительных устройств.
3. Термопара должна находиться в одинаковых условиях по всей длине измерительного участка.
4. Для определения наиболее точного результата можно использовать рядом с основной термопарой контрольные термопары.
5. Для точных измерений используют провода с экранами, для уменьшения наводок: токи, вызываемые термо-ЭДС, незначительны по своей величине.

Ещё одно интересное видео о термопарах смотрите ниже:

Классификация термопар, их свойства и сферы применения

В российском ГОСТе применяется трехбуквенное обозначение кириллицей групп термопар, в международной классификации (МЭК) приняты латинские однобуквенные обозначения.

В большинстве случаев группы термопар соответствуют обеим системам классификации.

В таблице даны обозначения по ГОСТу, в скобках приведены аналоги по МЭК:

Тип термопары	Материал	Свойства
ТХА (К)	Вольфрам + родий	Для работы в нещелочных средах. Измеряет в пределах −250…+2500°С
ТНН (N)	Никросил+ нисил	Диапазон температур — 0…1230°С, относится к группе универсальных термопар
ТЖК (J)	Железо + константан	-200 до +750°С дешевый и надежный вариант для промышленности.
ТМК (Т)	Медь + константан	-250…+ 400°Снедорогие термопары
ТХК (L)	Хромель+ копель	наибольшая чувствительностью, но ограничены по диапазону измерений – до 600 °С и очень хрупкие.
ТПП (R, S)	Платинородий + платина	Для работы в газовых средах, окисленных средах. Недостаток – чувствительны к примесям, нагарам, требуют стерильных условий производства.
ТВР (А-1, А-2, А-3)	Вольфрам + рений	Диапазон измерений -22О0°С в нормальных средах. Сложны в производстве и эксплуатации.

В таблице приведены наиболее часто встречаемые в сети интернет термопары.

Также существуют другие виды термопар для редких условий работы. Как правило, это штучные приборы, разрабатываемые только под заказ.

Все, что вам нужно знать

Что такое термопара?

Термопара – это датчик, который измеряет температуру. Он состоит из двух различных типов металлов, соединенных вместе на одном конце. Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое можно соотнести с температурой. Термопара — это простой, надежный и экономичный датчик температуры, используемый в широком диапазоне процессов измерения температуры.

Термопары производятся в различных стилях, таких как зонды термопары, зонды термопары с разъемами, зонды термопары с переходным соединением, инфракрасные термопары, термопары с неизолированным проводом или даже просто провод термопары.

Термопары обычно используются в самых разных областях. Из-за их широкого спектра моделей и технических характеристик чрезвычайно важно понимать их базовую структуру, функциональные возможности, диапазоны, чтобы лучше определить правильный тип термопары и материал термопары для приложения.

Как работает термопара?

Когда две проволоки из разнородных металлов соединены с обоих концов и один из концов нагрет, в термоэлектрической цепи протекает непрерывный ток.

Если эта цепь разорвана в центре, результирующее напряжение холостого хода (напряжение Зеебека) зависит от температуры перехода и состава двух металлов. Это означает, что когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, возникает напряжение, которое можно соотнести с температурой.

Узнать больше

Зонды термопары или проволока термопары?

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

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

Хотя калибровка термопары определяет диапазон температур, максимальный диапазон также ограничен диаметром провода термопары. То есть очень тонкая термопара может не охватить весь температурный диапазон.

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

Узнать больше

Как выбрать термопару? Поскольку термопара может принимать различные формы и формы, важно понимать, как правильно выбрать правильный датчик.

Чаще всего при выборе используются такие критерии, как температурный диапазон, химическая стойкость, устойчивость к истиранию и вибрации, а также требования к установке. Требования к установке также определяют выбор датчика термопары.

Существуют различные типы термопар, и их применение может различаться. Открытая термопара лучше всего работает, когда требуется большое время отклика, но незаземленная термопара лучше работает в агрессивных средах.

Узнать больше

Как узнать, какой тип соединения выбрать?

Датчики термопары в защитной оболочке доступны с одним из трех типов соединения: заземленным, незаземленным или открытым. На конце зонда с заземлением провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей передаче тепла снаружи через стенку зонда к спаю термопары. В незаземленном зонде спай термопары отсоединен от стенки зонда. Время отклика меньше, чем у заземленного типа, но незаземленный обеспечивает гальваническую изоляцию.

Какова точность и температурный диапазон различных термопар?

Важно помнить, что и точность, и диапазон зависят от таких факторов, как сплав термопары, измеряемая температура, конструкция датчика, материал оболочки, измеряемая среда, состояние среды (жидкая, твердая). , или газ) и диаметр либо провода термопары (если он открыт), либо диаметр оболочки (если провод термопары не открыт, а защищен оболочкой).

Узнать больше

Зонды термопары или проволока термопары?

Важно помнить, что единственная температура, которую измеряет датчик температуры, — это его собственная температура. Тем не менее, выбор датчика в виде зонда по сравнению с датчиком в виде провода зависит от того, как лучше всего настроить соединение термопары на температуру процесса, которую вы пытаетесь измерить.

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

Все сводится к тому, как лучше всего настроить спай термопары на ту же температуру, что и процесс или материал, температуру которого вы пытаетесь измерить, чтобы получить необходимую информацию.

Узнать больше

Техническое обучение

Часто задаваемые вопросы о термопарах

Техническое обучение

Измерение температуры в электромагнитной среде

Техническое обучение

Что такое компенсация холодного спая для зонда термопары?

Техническое обучение

RTD и термопары для приложений с технологической вибрацией

Что такое термопара? Как они работают?

Что такое термопара? Как они работают?

Термопара – это устройство для измерения температуры. Он состоит из двух разнородных металлических проводов, соединенных вместе, образуя соединение. Когда спай нагревается или охлаждается, в электрической цепи термопары возникает небольшое напряжение, которое можно измерить и которое соответствует температуре.

Теоретически для изготовления термопары можно использовать любые два металла, но на практике обычно используется фиксированное число типов. Они были разработаны для улучшения линейности и точности и состоят из специально разработанных сплавов.

Термопары  могут быть изготовлены практически для любого применения. Они могут быть надежными, быстродействующими и измерять очень широкий диапазон температур.

Посмотрите наш ассортимент термопар

A title

Image Box text

Вам нужны термопары

для вашего приложения?

Наш ассортимент термопар

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Быстрый просмотр

Что делает термопара?

Термопара — это просто датчик, который используется для измерения температуры. Эта конструкция датчика состоит из двух разнородных металлических проводов, которые соединены вместе на одном конце и подключены к прибору, способному принимать входной сигнал термопары и измерять показания. Термопары могут обеспечивать измерение температуры в широком диапазоне температур в зависимости от того, какой тип термопары вы используете.

Откройте для себя наш ассортимент термопар

Пример термопары, изготовленной по параметрам процесса

Схема термопары

Что делает термопара?

Термопара — это просто датчик, который используется для измерения температуры. Эта конструкция датчика состоит из двух разнородных металлических проводов, которые соединены вместе на одном конце и подключены к прибору, способному принимать входной сигнал термопары и измерять показания. Термопары могут обеспечивать измерение температуры в широком диапазоне температур в зависимости от того, какой тип термопары вы используете.

Типы термопар

Датчик термопары

Что такое датчик термопары?

Что понимается под термопарой? Теперь у нас есть понимание того, как работает термопара и что такое термопары, один из популярных вопросов — что такое зонд термопары?

Зонд термопары представляет собой конструкцию датчика, в которой он изготовлен. Независимо от того, является ли датчик термопарой типов K, J, T, N, все эти типы термопар могут быть изготовлены в трубке, корпусе или конструкции одинакового размера. Чтобы получить представление о типовых доступных конструкциях, ознакомьтесь с некоторыми из наших датчиков термопар.

Как выглядит термопара? Термопары выглядят по-разному из-за конструкций, в которых они изготовлены. Хотя сама термопара представляет собой два оголенных провода, соединенных вместе, эти два провода можно поместить в различные конструкции, чтобы защитить их и продлить срок службы.

Термопара типа K

Что такое термопара типа K?

Популярный вопрос: что такое термопара типа K?

Термопара типа K изготовлена ​​из двух разнородных металлов: никель-хром / никель-алюмель. Термопара типа K является наиболее популярным типом термопары, поскольку она недорогая, точная, надежная (в зависимости от конструкции, используемой для вашего приложения) и охватывает широкий диапазон температур.

Термопары типа K могут найти широкое применение благодаря своим возможностям в широком диапазоне температур. Максимальная непрерывная температура составляет около 1100 °C.

Термопары с вилкой или кабелем можно идентифицировать по цветовой маркировке. В этом случае тип K зеленый. Если у вас есть кабель, зеленая ножка — плюс, а белая — минус.

Термопара типа K

Термопара типа J

Что такое термопара типа J?

Так что же такое термопара типа J? Термопары типа J также очень распространены. Он имеет меньший диапазон температур, чем термопары типа K, с диапазоном от 0 до 600 ° C. Тип J состоит из двух разнородных металлов: железа / медно-никелевого сплава (также известного как константан). С точки зрения стоимости они очень похожи на тип K.