Принцип работы термопары. Статья компании Технонагрев
Термопара — это обычный элемент измерения температуры, который очень часто сейчас используется в различном оборудовании. Термопара имеет четкое соответствие сигнала температуры и возникающего электрического потенциала, тем самым делая возможным преобразование электрических параметров в значение температуры.
Принцип работы термопары заключается в том, что когда два разных проводника или полупроводника A и B образуют цепь и два их конца соединены друг с другом, пока температура в двух узлах разная, температура на одном конце равна t ( что называется рабочим концом или горячим концом), а температура на другом конце равна t0 (известном как свободный конец, который также известен как контрольный конец или холодный конец), петля будет генерировать электродвижущую силу, направление и размер которой связаны с материалом проводника и температурой двух контактов.
Это явление называется термоэлектрическим эффектом, а схема, состоящая из двух проводников, называется термопарой.
Термоэлектрическая ЭДС состоит из двух частей. Одна — это контактная ЭДС двух проводников, а другая — ЭДС разности температур одного проводника. Величина термоэлектрической ЭДС в контуре термопары напрямую связана с материалом проводника и температурой двух контактов, но не с формой и размером датчика термопары. Когда два электродных материала термопары зафиксированы, термоэлектрическая ЭДС будет иметь температуру двух контактов t и t0.
Это соотношение широко используется при практическом измерении температуры. Поскольку холодный конец t0 постоянен, термоэлектрическая ЭДС, создаваемая датчиком термопары, изменяется только с температурой горячего конца (измерительного конца), то есть определенная термоэлектрическая ЭДС соответствует определенной температуре. Достичь цели измерения температуры можно только путем измерения термоэлектрической ЭДС.
Основной принцип измерения температуры термопарой заключается в том, что два разных компонента проводников из материала образуют замкнутую цепь.
Когда на обоих концах есть температурный градиент, через цепь будет проходить ток, а затем возникнет электродвижущая сила — термоэлектрическая электродвижущая сила между двумя концами, что является так называемым эффектом Зеебека. Два типа однородных проводников с разными компонентами — это термоэлектрические полюса, один с более высокой температурой — рабочий конец, другой с более низкой температурой — свободный конец, а свободный конец обычно имеет постоянную температуру. В соответствии с функциональным соотношением между термоэлектрической ЭДС и температурой составляется градуированная таблица термопары. Градуировочная таблица получается, когда температура свободного конца составляет 0 ℃, и разные термопары имеют разные градуированные таблицы.
Когда третий металлический материал подключен к цепи термопары, пока температура двух контактов материала одинакова, термоэлектрический потенциал, создаваемый датчиком термопары, останется неизменным, то есть на него не повлияет третий металл в цепи. Следовательно, когда термопара используется для измерения температуры, ее можно подключить к измерительному прибору, и температура измеряемой среды может быть известна после измерения термоэлектрической ЭДС. При измерении температуры термопары необходимо, чтобы температура ее холодного конца (измерительный конец — это горячий конец, а конец, соединенный с измерительной схемой через подводящий провод, называется холодным концом), должна оставаться неизменной, а ее тепловой потенциал пропорционален измеренной температуре. Если температура холодного конца (окружающей среды) изменится во время измерения, это серьезно повлияет на точность измерения. Принятие некоторых мер для компенсации влияния, вызванного изменением температуры холодного конца, называется нормальной компенсацией холодного конца термопары. Специальный компенсационный провод используется для соединения с измерительным прибором.
В компании ТЕХНОНАГРЕВ вы можете заказать изготовление термопар типов К или J с необходимой вам формой и параметрами. Подробнее о наших термопарах смотрите на странице здесь.
Все, что нужно знать о термопарах
ООО «Вектор-Инжиниринг»
Многофункциональный датчик качества воздуха подробнее … WS/O — Компактная метеостанция
подробнее …
|
Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики для измерения температуры. Термопара (термоэлектрический преобразователь) — это два проводника из разных материалов, спаянных с одной стороны (горячий спай) и свободных с другой стороны (холодный спай- условный спай). Приспособление несложное, и принцип действия тоже – когда термопара нагревается или охлаждается, разные металлы меняют температуру с разной скоростью, и разница позволяет возникнуть термоэлектродвижущей силе (ЭДС), или, говоря другими словами, происходит эффект Зеебека. Непосредственное участие в измерении ложится на горячий спай, а свободные концы подключаются к измерительному прибору. Главной характеристикой термопар, является их Тип, который определяется разновидностью спаянных металлов. На прибор от термопары поступает напряжение в милливольтах, которое он сопоставляет с таблицей напряжений (согласно типу термопары), таблица заложена в памяти прибора и отражает текущее значение измерения.
Периодически у многих клиентов возникают проблемы с определением типа термопары, когда нет описательных характеристик и необходимо подобрать замену или аналог. Решить ее довольно просто, главное знать принципы классификации термопар. В системе классификации термоэлементов есть цветовая маркировка изоляции проводников. Например, европейская классификация по сплавам для термопар Тип L (Fe-CuNi) и Тип J (Fe-CuNi) одинаковая, очень важно понимать что они не взаимозаменяемые и напряжение на выходе при одной и той же температуре у этих термопар будет разное. Таблица стандартов по цветовой маркировке изоляции проводов будет очень полезна в определении типа термопары, если нет никакой маркировки. Также необходимо отметить разновидность исполнения сенсорной части (горячего спая) термопар. Они бывают с изолированным и неизолированным рабочим спаем. Показатель быстродействия при измерении температуры у неизолированной термопары выше, чем у изолированной. Но при этом усложняется схема подключения и требуются изолированные модули ввода. Поскольку разница в быстродействии не столь существенна, в основном используются термопары с изолированным спаем. Как и все измерители температуры, термопары имеют классификацию по точности. Для примера классы точности Тип K и Тип J, самых распространенных в использовании термопар Класс 1: ±1.5 °C или ±0.004 x T (Тип K: -40 до +1000 °C), (Тип J :-40 до +750 °C) Класс 2: ±2.5 °C или ±0.0075 x T (Тип K: -40 до +1200 °C), (Тип J :-40 до +750 °C) Технические характеристики наиболее популярных термоэлектрических преобразователей (термопар) в соответствии с ГОСТ 3044 приведены в таблице:
Многие клиенты заблуждаются в том, что если типу термопары соответствует рабочий диапазон, например, 1200оС, то все модели термопары с этим типом будут работать в данном диапазоне. Незащищенный спай термопары быстро выгорит, и термопара выйдет из строя. Именно поэтому, сообразно задачам в измерении и рабочим диапазонам, есть разные по конструктиву и степени защиты модели термопар. Самой распространенной защитой для спая/термопары является металлический чехол или гильза из сплава Инконель 600 (2.4816, жаропрочный сплав на никелевой основе). Изоляцией для спая служит окись магния (MgO), сжатая под давлением. Такая защита делает термопару устойчивой к самым экстремальным условиям эксплуатации (повышенное давление, вибрация, сотрясения), позволяет выдерживать высокие механические нагрузки и обеспечивает долгий срок службы термопары, а также в зависимости от диаметра позволяет термопаре быть гибкой. Ярким примером такой термопары, которая достаточно универсальна в своем прикладном характере, является термопара в жаропрочной оболочке MKG/E:
Поскольку сферы применения термопар очень многогранны, то и модификации термопар имеют достаточное многообразие. Например, для измерения температуры вязких веществ в экструдерах или измерении температуры подшипников, часто используются байонетные термопары. Такие, как BF1/T или BF2/T.
В пищевой промышленности часто используются прокалывающие термопары, для измерения температуры продукта. Это может быть просто необходимым условием, чтобы соблюдать технологический процесс.
Обращаем ваше внимание на то, что очень часто для сохранения точности в измерении температуры посредством термопар, требуются особые компоненты для их подключения, это коннекторы и компенсационный кабель.
Термопары самых различных модификаций Вы сможете найти в нашем каталоге, это позволит решить вам задачи по измерению температуры с уверенностью в надежности и качестве. Важно отметить, что немецкая компания FuehlerSysteme может изготовить для вас термопары по вашим чертежам и с учетом ваших пожеланий, в том числе в минимальных количествах, небольшими партиями, ведь ни для кого не секрет, что термопары очень часто требуется подобрать под индивидуальные нужды клиента. Нам по силам: изменить диаметр и длину измерительной части, увеличить до необходимого длину кабеля и подобрать его изоляцию. Возможно изготовление индивидуальных модификаций по вашим чертежам.
Область применения термопар очень широка, и, как правило, заменить их нельзя никаким другим прибором. Вот лишь некоторые из способов использования термопар:
Почти каждый и нас в той или иной степени сталкивается с применением термопар, поэтому полезно иметь о них хотя бы общее представление. Надеемся , что данная статья была полезна для вас, но если у вас остались вопросы, то мы с радостью ответим на них по телефонам по телефонам 8 (800) 500-09-67 и 8 (812) 340-00-57. |
Заземление, незаземление и другие соображения
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. Чтобы помочь вам определить лучшую термопару для ваших целей, вот пять соображений:
- Определите приложение, в котором вы будете использовать датчик термопары Термопары
можно использовать в различных отраслях промышленности и приложениях, поэтому выбор правильного для ваших целей начинается с точного понимания того, как и где вы хотите его использовать. - Определение температурных диапазонов, которым будет подвергаться датчик
Как только вы узнаете диапазон температур термопары, который вам нужен, вы можете обратиться к нашей таблице диапазонов термопар, чтобы определить, какая термопара лучше всего подходит для нужного вам диапазона температур.Термопара типа К предлагает широкий диапазон температур и является одной из наиболее часто используемых термопар. Однако, если ваш датчик термопары будет подвергаться воздействию экстремальных температур, термопара типа N более стабильна при высоких температурах, а термопара типа T лучше всего подходит для экстремально низких температур.
- Определите, насколько важно быстрое время отклика
Существует три типа спаев термопар: открытые, заземленные и незаземленные. Открытое соединение обеспечит самое быстрое время отклика. Однако, если зонд будет подвергаться воздействию коррозионного газа или высокого давления, не следует использовать открытое соединение. Незаземленная термопара обеспечивает самое медленное время отклика, но все же может быть лучшим выбором, если также желательно иметь термопару, изолированную электронным способом от оболочки и экранированную ей. - Рассмотрите любую химическую стойкость, стойкость к истиранию или вибрации
Открытая термопара может использоваться только в неагрессивных средах. Как заземленную, так и незаземленную термопару можно использовать в агрессивных средах или средах с высоким давлением, но лучше всего использовать незаземленный датчик, если есть необходимость в электронной изоляции термопары от оболочки и ее экранировании. Если более быстрое время отклика имеет приоритет в коррозионной среде, то лучше всего использовать заземленную термопару. - Учитывайте любые требования к установке
Может потребоваться совместимость термопары с существующим оборудованием. Например, существующие отверстия могут определять диаметр зонда .
Как выбрать тип термопары
Поскольку термопара измеряет широкий диапазон температур и может быть относительно прочной, термопары очень часто используются в промышленности. Перед выбором термопары необходимо ответить на следующие вопросы:- Определите приложение, в котором будет использоваться термопара
- Диапазон температур
- Химическая стойкость термопары или материала оболочки
- Стойкость к истиранию и вибрации
- Требования к установке (может потребоваться совместимость с существующим оборудованием; существующие отверстия могут определять диаметр зонда)
Как узнать, какой тип соединения выбрать? Зонды термопары
доступны с одним из трех типов соединения: заземленным, незаземленным или открытым. Посмотрите также наше видео о соединениях термопар:Термопары с заземленным спаем
На конце зонда с заземленным спаем провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей передаче тепла снаружи через стенку зонда к спаю термопары.Это означает, что заземленные термопары будут иметь меньшее время отклика, чем незаземленные термопары.
Заземленный переход рекомендуется для измерения статических или текущих температур агрессивных газов и жидкостей, а также для приложений с высоким давлением. Соединение заземленной термопары приварено к защитной оболочке, что дает более быстрый отклик, чем незаземленный тип соединения.
Однако заземленные термопары очень чувствительны к шуму, создаваемому контурами заземления, что приводит к менее точным показаниям.
Термопары с незаземленным спаем
В незаземленном зонде спай термопары отделен от стенки зонда. Время отклика меньше, чем у заземленного стиля.С другой стороны, соединение электрически изолировано от оболочки, что предотвращает влияние электрических помех на сигнал. Это обеспечивает гораздо большую точность измерения температуры, особенно при очень низкоуровневых сигналах.
Незаземленный переход рекомендуется для измерений в коррозионных средах, где желательно иметь электронную изоляцию термопары от оболочки и экранировать ее. Сварная проволочная термопара физически изолирована от оболочки термопары порошком MgO (мягким).
Термопары с открытым спаем
Термопара с открытым спаем выступает из наконечника оболочки и подвергается воздействию окружающей среды. Этот тип обеспечивает наилучшее время отклика, но его использование ограничено неагрессивными средами и средами без давления.Открытый спай рекомендуется для измерения статической или проточной температуры неагрессивного газа, где требуется быстрое время отклика. Соединение выходит за пределы защитной металлической оболочки, чтобы обеспечить точную быструю реакцию. Изоляция оболочки герметизируется в месте соединения, чтобы предотвратить проникновение влаги или газа, что может привести к ошибкам.
Подробное описание типов соединений см. на рисунках справа.
В этом PDF-файле вы можете найти дополнительную информацию об изоляции термопар.
Какая термопара мне нужна?
Различные диапазоны температур для различных
Измерение температуры
Термопара с бусистой проволокой представляет собой простейшую форму термопары. Он состоит из двух отрезков термопарной проволоки, соединенных сварным швом. Поскольку шарик термопары открыт, существует несколько ограничений по применению. Термопару с проволочной бусиной нельзя использовать с жидкостями, которые могут вызвать коррозию или окисление сплава термопары. Металлические поверхности также могут быть проблематичными. Часто для заземления электрических систем используются металлические поверхности, особенно трубы. Непрямое подключение к электрической системе может повлиять на показания термопары. Как правило, термопары с бусистой проволокой являются хорошим выбором для измерения температуры газа. Поскольку их можно сделать очень маленькими, они также обеспечивают очень быстрое время отклика.
Датчик термопары
Датчик термопары состоит из проволоки термопары, заключенной в металлическую трубку. Стенка трубки называется оболочкой зонда. Обычные материалы оболочки включают нержавеющую сталь и Inconel®. Инконель поддерживает более высокие диапазоны температур, чем нержавеющая сталь, однако нержавеющая сталь часто предпочтительнее из-за ее широкой химической совместимости. Для очень высоких температур также доступны другие экзотические материалы оболочки. Ознакомьтесь с нашей линейкой высокотемпературных экзотических термопарных зондов.
Наконечник зонда термопары доступен в трех различных вариантах. Заземленные, незаземленные и открытые. Заземленным наконечником термопара соприкасается со стенкой оболочки. Заземленный переход обеспечивает быстрое время отклика, но он наиболее чувствителен к электрическим контурам заземления. В незаземленных соединениях термопара отделена от стенки оболочки слоем изоляции. Наконечник термопары выступает за пределы стенки оболочки с открытым спаем. Термопары с открытым спаем лучше всего подходят для измерения воздуха.
Поверхностный зонд
Измерение температуры твердой поверхности затруднено для большинства типов датчиков температуры. Чтобы обеспечить точное измерение, вся измерительная площадь датчика должна соприкасаться с поверхностью. Это сложно при работе с жестким датчиком и жесткой поверхностью. Поскольку термопары сделаны из гибких металлов, соединение может быть плоским и тонким, чтобы обеспечить максимальный контакт с твердой твердой поверхностью. Эти термопары являются отличным выбором для измерения поверхности. Термопару можно даже встроить во вращающийся механизм, что делает ее пригодной для измерения температуры движущейся поверхности. Тип термопары K — ChrOMEGA™/AlOMEGA™.
Беспроводные термопары
Эти беспроводные преобразователи измеряют различные входные сигналы датчиков, включая, помимо прочего, pH, RTD, относительную влажность. Передача данных осуществляется по беспроводной связи на компьютер или в сеть.
Типы термопар | Узнайте и сравните типы термопар
текст.скиптоконтент text.skipToNavigationПоиск Омега
- Связаться с нами
- Все продукты
- Ресурсы
- О нас
- Дом
- См. Ресурсы
- Типы термопар
Различия в типах термопар
Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и окружающую среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра проволоки, используемой 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.Калибровка | Температура Диапазон | Стандартные пределы ошибки | Специальные пределы ошибки |
---|---|---|---|
Дж | от 0° до 750°С (от 32° до 1382°F) | Больше 2,2°C или 0,75% | Больше 1,1°C или 0,4% |
К | от -200° до 1250°С (от -328° до 2282°F) | Больше 2,2°C или 0,75% | Больше 1,1°C или 0,4% |
Е | от -200° до 900°С (от -328° до 1652°F) | Больше 1,7°C или 0,5% | Больше 1,0°C или 0,4% |
Т | от -250° до 350°С (от -418° до 662°F) | Больше 1,0°C или 0,75% | Больше 0,5°C или 0,4% |
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 (жидкость, в твердом или газообразном состоянии) и диаметр либо провода термопары (если он открыт), либо диаметр оболочки (если провод термопары не открыт, а защищен оболочкой).
Справочные таблицы термопар
Термопары производят выходное напряжение, которое можно соотнести с температурой, которую измеряет термопара. Документы в таблице ниже содержат термоэлектрическое напряжение и соответствующую температуру для данного типа термопары. В большинстве документов также указан диапазон температур термопары, пределы погрешности и условия окружающей среды.
Почему термопары имеют разные цвета?
Нажмите на эту ссылку, чтобы проверить таблицу цветовых кодов термопарПочему термопары типа K так популярны? Термопары
типа K настолько популярны из-за их широкого температурного диапазона и долговечности. Материалы проводников, используемые в термопарах типа K, более химически инертны, чем материалы типа T (медь) и типа J (железо). Хотя выходная мощность термопар типа K немного ниже, чем у термопар типов T, J и E, она выше, чем у ее ближайшего конкурента (типа N), и они используются дольше.Как выбрать между разными типами?
Каждый тип термопары имеет обозначенный цветовой код, определенный либо в ANSI/ASTM E230, либо в IEC60584. Тип можно определить по цвету следующим образом:Калибровка | АНСИ/АСТМ Е230 | МЭК 60584 |
---|---|---|
Тип К: | Желтый (+)/ Красный (-) | Зеленый (+)/ белый (-) |
Тип J: | Белый (+)/ красный (-) | Черный (+)/ белый (-) |
Тип Т: | Синий (+) / Красный (-) | Коричневый (+) / Белый (-) |
Тип Е: | Фиолетовый (+)/ Красный (-) | Фиолетовый (+) / Белый (-) |
Тип N: | Оранжевый (+)/ Красный (-) | Розовый (+) / Белый (-) |
Тип R: | Черный (+)/ красный (-) | Оранжевый (+) / Белый (-) |
Тип S: | Черный (+)/ красный (-) | Оранжевый (+) / Белый (-) |
Тип В: | Черный (+)/ красный (-) | Оранжевый (+) / Белый (-) |
Тип С: | Не установлено | Не установлено |
Положительный тип J (сильномагнитный), Положительный тип K (слабомагнитный).
Чтобы определить полярность, подсоедините термопару к вольтметру, способному измерять милливольты или микровольты и следить за увеличением выходного сигнала при небольшом нагреве наконечника.
Как выбрать между различными типами?
Выбор правильного типа термопары зависит от соответствия термопары вашим требованиям к измерению. Вот некоторые области, которые следует принять во внимание:- Диапазон температур: Различные типы термопар имеют разные диапазоны температур. Например, тип T с медной ножкой имеет максимальную температуру 370°C или 700°F. С другой стороны, тип K можно использовать до 1260°C или 2300°F.
- Размер проводника: Диаметр проводов термопары также необходимо учитывать, когда необходимы длительные измерения. Например, термопары типа T рассчитаны на 370°C/700F, однако, если ваша термопара имеет провода #14AWG (диаметр 0,064 дюйма), они рассчитаны на 370°C/700F. Если у вашей термопары провода #30AWG, температура упадет до 150C/300F.