Практически все отопительные приборы в нашем доме нуждаются в использовании специальных контроллеров, которые предохранят их от перегрева. Предлагаем рассмотреть, что это такое – термопары, их принцип работы простым языком, виды приспособлений, а также основные характеристики подключения. Термопара ГОСТ Р 8.585-2001 представляет собой устройство для измерения температуры, которое состоит из двух разнородных проводников, контактирующих друг с другом в нескольких или одной точке, которые иногда соединяют компенсационные провода. В тот момент, когда на одном из таких участков изменяется температура, создается определенное напряжение. Термопары часто используются для контроля температур разнообразных сред, а также для конвертации температуры в энергию, в частности, в электрический ток. Коммерческий преобразователь стоит доступно, является полностью взаимозаменяемым, оснащен стандартными разъемами и может измерять широкий диапазон температур. В отличие от большинства других методов измерения градусов, термопары с автономным питанием не требуют внешнего способа возбуждения. Основным ограничением при работе термопар является точность; вполне возможны ошибки вплоть до одного градуса по Цельсию, что достаточно много для стандартного измерителя или контроллера. Основные параметры прибора зависят от материала. Любой узел из разнородных металлов будет производить электрический потенциал, относящийся к определенной температуре и образующий сопротивление. Термопары для практического измерения температуры созданы из конкретных сплавов, имеющих предсказуемую и повторяемую зависимость между температурой и напряжением. Различные сплавы используются для различных температурных диапазонов, если Вы хотите купить термопару, то предварительно обязательно проконсультируйтесь с продавцом-консультантом выбранной компании. Существуют разные типы термопары, очень важно обращать внимание также на стойкость к коррозии. Если точка измерения находится далеко от измерительного прибора, промежуточное соединение может быть выполнено путем расширения проводов, которые являются менее дорогостоящими, чем материалы, используемые, чтобы сделать датчик. Приспособления обычно стандартизованы по отношению к эталонной температуре 0 градусов по Цельсию; производственные компании часто используют электронные методы компенсации холодного спая для корректировки изменения температуры на клеммах прибора. Электронные приборы могут также компенсировать прочие различные характеристики термопары, тем самым улучшить точность и достоверность измерений. Применение термопары достаточно широкое: их используют в науке и промышленности; приспособлениями можно осуществлять измерение температуры для печей, газовой колонки, спая, газовых турбин выхлопных газов, дизельных двигателей и других промышленных процессов. Данные устройства термосопротивления также используются в частных домах, офисах и предприятий. Также они могут заменить термостаты в АОГВ и прочих газовых отопительных приборах. Согласно правилу Зеебека, если проводник подвергается воздействию, его сопротивление и напряжение изменяется – это называется термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. Любая попытка измерить это напряжение обязательно включает подключение другого проводника к «горячему» концу термопары. Этот дополнительный гибкий провод, потом также может стать градиентом температуры, а также разработать собственное напряжение, которое будет противостоять текущему. Величина этой разности напрямую зависит от металла, который используется при работе. Использование разнородных сплавов для замыкания цепи создает новую цепь, в которой два конца могут генерировать различные напряжения, в результате чего образуется небольшое различие в напряжении, доступные для измерения. Это различие увеличивается с ростом температуры и составляет от 1 до 70 микровольт на градус Цельсия (мкВ / ° C) для стандартных сочетаний металлов. Напряжение не генерируется на стыке двух металлов термопары, а вдоль этой части длины двух разнородных металлов, подверженного градиента температуры. Поскольку обе длины разнородных металлов испытывают один и тот же температурный градиент, конечный результат является результатом измерения разности температур между термопарой и спаем. Пока контакт находится в постоянной температуре, это не имеет значения, каким образом узел изготовлен (это может быть пайка, точечная сварка, обжим и т.д.), однако это имеет решающее значение для точности. Если соединение выполнено недостаточно качественно, то получится более серьезная погрешность, чем градус. Особенно в высокой точности нуждается мультиметр с термопарой, разнообразные производственные датчики, контроллеры высоких температур для газовой печи и т.д. Видео: Измерение температуры с помощью термопары В определенных условиях, легко создается термопара своими руками, но необходимо знать, какие бывают виды данных устройств, в частности, чем отличаются модели ТХА, ТХК, ТПП, ТВР, ТЖК, ТПР, ТСП. Они распределятся как: Сплав хромель – константан. Данное соединение имеет высокую производительность (68 мкВ / ° C), что делает его подходящим для криогенного использования. Кроме того, он является немагнитным. Диапазон температур составляет от -50 ° С до +740 ° С. Это железо – константан. Здесь область работы немного уже от -40 ° C до +750 ° C, но выше чувствительность – около 50 мкВ / ° С. Это термопары, которые создан из сплав хромель алюминий. Они являются наиболее распространенными устройствами общего назначения с чувствительностью около 41 мкВ / ° C. Эти приборы могут работать в пределах -200 ° С до 1350 ° C / -330 ° F до +2460 ° F. Термопары тип K могут быть использованы включительно до 1260 ° С в неокисляющих или инертных атмосферах без появления быстрого старения. В незначительно окислительной среде (например, углекислом газе) между 800 ° C-1050 ° С, проволока из хромеля быстро разъедается и становится намагниченной, также это явление известное как «зелена гниль». Это вызывает большое и постоянное ухудшение работы регулятора. Класс термопар M (Ni / Mo 82% / 18% – Ni / Co 99,2% / 0,8%, по весу) используется в вакуумных печах. Максимальная температура составляет до 1400 ° С. Никросил-нисиловые термопары являются подходящими для использования между -270 ° C и 1300 ° C, вследствие его стабильности и стойкости к окислению. Чувствительность около 39 мкВ / °С. Платиновые термопары типа B, R, и S являются одними из самых стабильных термопар, но имеют более низкую термоЭДС, чем другие типы, всего около 10 мкВ / ° С. Класс B, R, и S обычно применяется только для измерения высоких температур из-за их высокой стоимости и низкой чувствительности. Обозначение B у термопары означает, что в её состав входят такие металлы, как Pt / Rh 70% / 30% – Pt / Rh 94% / 6%, подходят для использования в среде до 1800 ° C. Класс S применяются до 1600 градусов, в то время как C до 1500. Эти термопары хорошо подходят для измерения очень высоких температур. Типичная область их применения – то автоматика промышленных процессов, производство водорода, вакуумные печи (особенно перед выходом обрабатываемого материала). Но ими нельзя работать в кислотных средах. Импортные термопары устанавливаются точно также, как и отечественные, замена производится своими руками, рассмотрим самый простой метод. Нужно отметить, что контролер плиты должен быть вмонтирован не слишком сильно, но чтобы руками он не отсоединялся. При установке медная и стальная труба подачи и отвода топлива или прочих веществ, направлены вниз – это очень важная зависимость. Концевой выключатель расположен под автоматом контроля безопасности на печи, чуть ниже пленума. Если пленум становится слишком горячим, концевой выключатель отключает горелку. Он также отключает вентилятор, когда температура падает до определенного уровня, после того, как горелка выключается. Если вентилятор работает постоянно, либо контроль вентилятора на термостате был установлен в положение ВКЛ, то выключатель нуждается в корректировке. В первую очередь проверьте термостат. Если элемент был включен, то переведите его в автоматический режим, с предварительной установкой сигнала. Любая лабораторная система контроля требует настройки. Градуировка или калибровка термопары также может осуществляться самостоятельно. Для регулировки переключателя, снимите крышку элемента управления. Под ней находится зубчатый циферблат. Есть два указателя на стороне вентилятора. Указатели должны быть установлены около 25 градусов. Установите верхний указатель около 115 градусов по Фаренгейту, а нижний около 90 градусов. Если Вы почувствовали запах газа при выполнении этих работ или включения, нужно проверить утечку и уплотнители. Таким же способом можно заменить кабель и прочие детали системы. Изготовление осуществляется на специальных заводах. Часто ремонт устройств можно осуществить непосредственно в дилерских центрах. Средняя стоимость термопары pt100 или овен (гильза с хромелем алюминия) составляет от 3 долларов до 6 в Москве. Перед покупкой обязательно проконсультируйтесь со специалистом, какое приспособление Вам необходимо, при потребности Вам будет предоставлена таблица предлагаемой продукции. www.asutpp.ru Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно. Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры. Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах. В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай. Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях. Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой. Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах. Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору. В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае. Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры. Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно. Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше. Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре. Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными. Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный. Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше. Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары. Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре. Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения. kipiavp.ru Преобразователь температуры в электрический ток называется термопарой. Такой термоэлемент используется в преобразовательных и измерительных устройствах, а также во многих системах автоматики. Если рассматривать термопары по международным стандартам, то это два проводника из разных материалов. На одном конце эти проводники соединены между собой для создания термоэлектрического эффекта, позволяющего измерять температуру. Внешне такое устройство выглядит в виде двух тонких проволочек сваренных на одном конце между собой, образуя маленький шарик. Многие китайские мультиметры имеют в комплекте такие термопреобразователи, что дает возможность измерять температуру разных нагретых элементов устройств. Эти два проводника обычно помещены в стекловолоконную прозрачную трубку. С одной стороны находится аккуратный сварной шарик, а с другой специальные разъемы для подключения к измерительному прибору. Промышленное оборудование имеет более сложную конструкцию, по сравнению с китайскими термопарами. Рабочий элемент термодатчика заключают в металлический корпус в виде зонда, внутри которого он изолирован керамическими изоляторами, способными выдержать высокую температуру и воздействие агрессивной среды. На производстве таким термодатчиком измеряют температуру в технологических процессах. Термопара является наиболее популярным старым термоэлементом, который применяется в различных приборах для измерения температуры. Он обладает высокой надежностью, низкой инертностью, универсален и имеет низкую стоимость. Диапазон измерения различными видами термопар очень широк, и находится в пределах -250 +2500 градусов. Конструктивные особенности термодатчика не позволяют обеспечить высокую точность измерений, и погрешность может составлять до 2 градусов. В бытовых условиях термопары используются в паяльниках, газовых духовках и других бытовых устройствах. Работа рассматриваемого термодатчика заключается в использовании эффекта ученого физика Зеебека, который обнаружил, что при спайке двух разнородных проводов в них образуется термо ЭДС, величина которого возрастает с увеличением нагрева места спайки. Позже это явление назвали термоэлектрическим эффектом Зеебека. Напряжение, вырабатываемое термопарой, зависит от степени нагревания и вида применяемых металлов. Величина напряжения небольшая, и находится в интервале 1-70 микровольт на один градус. При подключении такого температурного датчика к измерительному устройству, возникает дополнительный термоэлектрический переход. Поэтому образуется два перехода в разных режимах температуры. Входящий электрический сигнал на измерительном приборе будет зависеть от разности температур двух переходов. Для измерения абсолютной температуры используют способ, называемый компенсацией холодного спая. Суть этого способа заключается в помещении второго перехода, не находящегося в зоне измерения, в среду образцовой температуры. Раньше для этого применяли обычный способ – размещали второй переход в тающий лед. Сегодня для этого используют вспомогательный температурный датчик, находящийся рядом со вторым переходом. По данным дополнительного термодатчика измерительное устройство корректирует итоги измерения. Это упрощает схему измерения, так как измерительный элемент и термопару совместно с дополнительным компенсатором можно соединить в одно устройство. Температурные датчики на основе термопары разделяются по типу применяемых металлов. electrosam.ru Термопары — маленькие, прочные и сравнительно недорогие устройства. Вдобавок из всех температурных датчиков они работают в самом широком диапазоне температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2300 °С) в агрессивных средах. Они вырабатывают на выходе термоЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки. К тому же необходимо применять компенсацию напряжения на холодном спае, которая вкратце будет обсуждена ниже. Они гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний день хорошо изучена и описана в специальной литературе. В табл. 2 приведены наиболее распространенные термопары. При их изготовлении обычно применяют такие металлы, как железо, платина, родий, рений, вольфрам, медь, алюмель (сплав никеля с алюминием), хромель (сплав никеля с хромом) и константан (сплав меди и никеля). Таблица 2 Хромель-алюмель -184...1260 39 К Платина (13%)/родий-платина 0...1593 11,7 R Платина (10%)/родий-платина 0...1538 10,4 S Медь-константан -184...400 45 Т На рис. 1 представлены зависимости ЭДС от температуры трех наиболее распространенных типов термопар, у которых температура опорного спая поддерживается равной 0 °С. Термопары типа J наиболее чувствительны и развивают наибольшее выходное напряжение при одном и том же изменении температуры. С другой стороны, термопары типа S являются наименее чувствительными. Как видно из приведенных характеристик, сигналы, развиваемые термопарами, очень малы и требуют малошумящих усилителей с большим коэффициентом усиления и малым дрейфом. Это необходимо учитывать при проектировании схем обработки сигналов с термопарных датчиков. Рис. 1 Чтобы понять поведение термопар, рассмотрим, как изменяется их выходной сигнал при изменении температуры чувствительной части термопары (горячего спая). Рисунок 1 показывает связь между температурой горячего спая и выходным сигналом, развиваемым разными типами термопар (во всех случаях температура холодного спая поддерживается равной 0 °С). Очевидно, что отдача термопар нелинейна, но природа этой нелинейности до сих пор не вполне ясна. Рисунок 2 показывает, как зависит от температуры горячего спая коэффициент линейности (Seebeck coefficient), то есть прирост выходного напряжения, соответствующий росту температуры горячего спая на 1 °С, иными словами, первая производная зависимости выходного сигнала от температуры. Отметим, что мы по-прежнему рассматриваем тот случай, когда температура холодного спая поддерживается равной 0 °С. Рис. 2 При выборе термопары для производства замеров температур в достаточно широком диапазоне следует выбирать ту термопару, коэффициент линейности которой изменяется менее других в рамках этого диапазона. Например, для термопары типа J в диапазоне от 200 до 500 °С коэффициент линейности изменяется менее чем на 1 мкВ/°С, что делает ее идеальной для использования в этом диапазоне. Приведенные на рис. 1 и 2 данные полезны вдвойне: во-первых, рис. 1 показывает диапазон и чувствительность трех типов термопар, так что разработчик может с одного взгляда определить, что термопара типа S имеет самый широкий диапазон измерений, но типа J — более чувствительная; во-вторых, знание коэффициента Сибека (рис. 2) позволяет быстро определить, какова линейность выбранной термопары. Используя рис. 2, разработчик для работы в диапазоне 400…800 °С выберет термопару типа К, коэффициент линейности которой в этой области минимальный, а для диапазона 900…1700 °С — типа S. Поведение коэффициента линейности термопары оказывается определяющим в тех случаях, когда некоторое отклонение от заданной температуры критичнее, чем само значение заданной температуры. Эти данные также показывают, какими характеристиками должны обладать устройства, работающие в схеме управления совместно с той или иной термопарой. Чтобы успешно использовать термопары, необходимо понимать основные принципы их работы. Рассмотрим схемы, изображенные на рис. 3. Рис. 3 Если мы соединим два разнородных металла при какой-либо температуре, превышающей абсолютный нуль (-273,16 °С), то между ними будет разность потенциалов (так называемая, термоЭДС — Thermoelectric EMF, или «контактная разность потенциалов»), которая является функцией температуры соединения (рис. 3, а). Если мы соединим два провода в двух местах, сформируются два спая (рис. 3, б) Если эти спаи имеют разную температуру, то в цепи образуется термоЭДС, по проводникам потечет ток, величина которого определяется значением термоЭДС и сопротивлением проводников. Разорвав один из проводников, мы увидим, что напряжение в точках разрыва будет равным термоЭДС, и если замерить это напряжение, то полученное значение можно использовать, чтобы определить разность температур между двумя спаями (рис. 3, в). Необходимо помнить, что термопара изменяет разницу температур между двумя спаями, а не абсолютную температуру в одном из них. Определить температуру в измеряемом спае мы можем лишь в том случае, если знаем температуру второго спая (часто называемого «опорным» или «холодным»). Но не так легко измерить напряжение, образуемое термопарой. Предположим, что мы подключили вольтметр в контур схемы (рис. 3, г). Провода, подключенные к вольтметру, также образуют термопары в месте их присоединения. Если обе эти дополнительные термопары находятся под одинаковой температурой (не имеет значения, какой), то они не окажут воздействия на общую термоЭДС системы. Если же их температуры различаются, то могут возникнуть ошибки. Поскольку каждая пара находящихся в контакте разнородных металлов вырабатывает термоЭДС (включая медь/припой, ковар/медь (ковар — сплав, используемый для формирования подложки микросхемы), алюминий/ковар [в соединении внутри микросхемы)), очевидно, что в реальных рабочих контурах возникают гораздо более серьезные проблемы, чем описано выше. Поэтому необходимо постараться обеспечить, чтобы все контакты разнородных металлов в контуре вокруг термопары (естественно, помимо спаев самой термопары) находились при одинаковой температуре. Термопары создают напряжение, хотя и очень маленькое, но не требующее токового возбуждения. Показанная на рис. 3, г термопара имеет два спая (T1 — температура измерительного спая, Т2 — опорного). Если Т2 = Т1, тогда V2 = V1 и выходное напряжение V = 0. Выходное напряжение термопары обычно определено как значение, полученное при поддержании температуры холодного спая, равной 0 °С. Отсюда и происхождение термина «холодный спай» или «спай при температуре тающего льда». Таким образом, если измерительный спай будет помещен в среду с нулевой температурой, на выходе термопары будет нулевое напряжение. Чтобы проводить высокоточные измерения, необходимо тщательно поддерживать температуру холодного спая, которая должна быть строго определена (хотя не обязательно равна 0°С). Простая реализация этого требования представлена на рис. 4. Ванна с тающим льдом может быть легко реализована в любых условиях, хотя на практике это не всегда удобно. Рис. 4 Сегодня «спай при температуре тающего льда» с требуемой для его реализации ванной со льдом и водой успешно вытесняется электроникой. Температурный датчик другого типа (чаще полупроводниковый, а иногда и термистор) измеряет температуру холодного спая, а полученный результат используется для формирования дополнительного напряжения в цепи термопары, компенсирующего разницу между фактической температурой холодного соединения и его идеальным значением (обычно 0 °С), как показано на рис. 5. В идеале напряжение компенсации должно подбираться строго в зависимости от разности напряжений. Корректирующее напряжение является функцией от температуры опорного спая Т2, причем более сложной, нежели простая линейная зависимость, описываемая произведением КхТ2, где К — простая константа. На практике, поскольку холодные спаи обычно находятся при температуре лишь на несколько десятков градусов выше 0 °С и ее значение колеблется в пределах ±10 °С, линейная аппроксимация компенсирующего напряжения оказывается допустимой. Другими словами, хотя реальное значение корректирующего напряжения и определяется многочленом в соответствии с формулой V=K1хT+K2хT2+K3хT3+…, но значения коэффициентов К2, К3и т. д. очень малы для всех известных типов термопар. Значения этих коэффициентов для всех термопар можно найти в справочной литературе. Рис. 5 Когда используется электронная компенсация напряжения на холодном спае, на практике соединение проводов с концами термопары заключают в изотермический блок, как показано на рис. 6. Когда соединения металл А — медь и металл В — медь находятся при одной температуре, это эквивалентно спаю металл А — металл В, как показано на рис. 5. Рис. 6 Схема, приведенная на рис. 7, обеспечивает измерение температуры от 0 °С до 250 °С при помощи термопары типа К с компенсацией напряжения холодного спая. Питание схемы осуществляется однополярным напряжением от 3,3 до 12 В. Причем схема была спроектирована таким образом, чтобы коэффициент преобразования составлял 10 мВ/°С. Рис. 7 Коэффициент передачи термопары типа К приблизительно равен 41 мкВ/°С. Следовательно, примененный для компенсации датчик напряжения с температурным коэффициентом 10 мВ/°С ТМР35 используется с делителем на R1 и R2, обеспечивающим требуемое значение 41 мкВ/°С. Ликвидация неизотермичности между дорожками печатной платы и проводами термопары предотвращает появление ошибок в процессе измерения при изменении температур. Такая компенсация подходит для схем, работающих при температуре окружающей среды от 20 до 50 °С. Если температура рабочего спая термопары достигла 250 °С, ее выходное напряжение будет составлять 10,151 мВ. Поскольку при этом выходной сигнал схемы должен быть равен 2,5 В, то усилитель должен иметь коэффициент усиления, равный 246,3. Выбор R4, равного 4,99 кОм, предопределяет для R5 значение 1,22 МОм. Наиболее близкое однопроцентное значение для R5 составляет 1,21 МОм, в связи с чем для точной настройки размаха выходного сигнала совместно с R5 используется потенциометр сопротивлением 50 кОм. Хотя ОР193 допускает питание от одного источника, его выходные каскады не предназначены для работы в режиме rail-to-rail и минимальное значение сигнала на его выходе не должно быть ниже +0,1 В. С этой целью резистор R3 добавляет ко входу ОУ небольшое напряжение, увеличивающее выходной сигнал на 0,1 В для питающего напряжения 5 В. Это смещение (соответствующее 10 °С) должно быть вычтено после обработки или считывания сигнала с выхода ОР193. R3 также обеспечивает определение обрыва термопары: если термопара отсутствует, выходной сигнал становится больше чем 3 В. Резистор R7 балансирует входное сопротивление ОР193 по постоянному току, а пленочный конденсатор емкостью 0,1 мкФ снижает помехи от термопары на его неинвертирующем входе. AD594/AD595 — инструментальный усилитель и компенсатор напряжения холодного спая, выполненный в одном чипе (рис. 9). Эта микросхема осуществляет привязку к «точке таяния льда» и содержит предварительно откалиброванный усилитель, который обеспечивает получение выходного напряжения высокого уровня (10 мВ/°С) непосредственно с выхода термопары. AD594/AD595 может быть использована как линейный усилитель-компенсатор либо в качестве переключаемого контроллера, используемого для постоянного или мобильного управления и регулирования. Схема может быть также использована для прямого усиления компенсируемого напряжения, выполняя при этом функции преобразователя температуры в напряжение с коэффициентом преобразования 10 мВ/°С. В ряде случаев очень важно, чтобы чип находился при той же температуре, что и холодный спай термопары. Обычно это достигается путем размещения обоих в непосредственной близости друг от друга и изоляции их от источников тепла. AD594/AD595 включает датчик повреждения термопары, который показывает, что либо один, либо оба конца термопары отсоединены от микросхемы. Аварийный выход достаточно гибкий и в состоянии формировать ТТL-сигнал. Прибор запитывается от одного положительного источника (напряжение на нем может быть всего 5 В), но подача отрицательного напряжения позволяет измерить температуру ниже 0 °С. Для уменьшения самонагрева собственное потребление AD594/AD595 (без нагрузки) снижено до 160 мкА, при этом микросхемы в состоянии отдать в нагрузку ток до ±5мА. Рис. 8 Благодаря лазерной подгонке сопротивлений внутри AD594 схема настроена на работу с термопарами типа J (железо/константан), а AD595 — с термопарами типа К (хромель/алюмель). Напряжения смещения и коэффициенты усиления микросхем могут изменяться при помощи внешних элементов, так что каждая из них может быть перекалибрована под термопару любого другого типа. Допустимо также с помощью внешних элементов осуществить более точную калибровку термопары для специальных применений. AD594/AD595 выпускаются в двух модификациях: «С» и «А», — калибрующихся с точностью ±1 °С и ±3 °С соответственно. Оба исполнения допускают поддержание температуры холодного спая в пределах от 0°С до 50 °С. Схема, представленная на рис.9, непосредственно работает с термопарой типа J (AD594) или типа K AD595) и позволяет измерять температуру от 0 °С до 300 °С. Рис. 9 AD596/AD597 — монолитные контроллеры, оптимизированные для использования в условиях любых температур в различных случаях. В них осуществляется компенсация напряжения холодного спая и усиление сигналов с J- или K-термопары таким образом, чтобы получить сигнал, пропорциональный температуре. Схемы могут быть подстроены так, чтобы обеспечить выходное напряжение 10 мВ/°С непосредственно от термопар типа J или K. Каждый из чипов размещен в металлическом корпусе с десятью выводами и настроен на работу при температуре окружающей среды от 25 °С до 100 °С. AD596 усиливает сигналы термопары, работающей в температурном диапазоне от -200 °С до +760 °С, рекомендованном для термопар типа J, в то время как AD597 работает в диапазоне от -200 °С до +1250 °С (диапазон термопар типа K). Усилители откалиброваны с точностью ±4 °С при температуре окружающей среды 60 °С и характеризуются температурной стабильностью 0,05°С/°С при изменении температуры окружающей среды в пределах от 25 °С до 100 °С. Все вышеописанные усилители не в состоянии компенсировать нелинейность термопары: они способны лишь корректировать и усиливать сигнал с термопарного выхода. АЦП с высокой разрешающей способностью, входящие в семейство AD77хx, могут использоваться для прямой оцифровки сигнала с выхода термопары, без предварительного усиления. Преобразование и линеаризацию осуществляет микроконтроллер, сопряженный с таким АЦП, как показано на рис.10. Два мультиплексируемых входа АЦП используются для прямой оцифровки сигнала с термопары и с теплового датчика, находящегося в контакте с ее холодным спаем. Вход PGA (программируемого усилителя) программируется на усиление от 1 до 128, и разрешающая способность АЦП лежит в пределах от 16 до 22 бит в зависимости от того, какая из микросхем выбрана пользователем. Микроконтроллер осуществляет как компенсацию напряжения холодного спая, так и линеаризацию характеристики studfiles.net Гордон Ли С начала XX века термопары (ТП) обеспечивали измерение критических температур, особенно – очень высоких. Для многих промышленных применений как ТП, так и РТД (резисторные температурные детекторы) стали «золотым стандартом» температурных измерений. Хотя РТД имеют лучшую точность и повторяемость, относительными преимуществами термопар являются: Проведение высокоточных измерений с термопарами может, однако, стать непростой задачей. Вы можете улучшить точность измерений путем схемного улучшения и калибровки, но перед разработкой схем или использованием термодатчиков необходимо понимание того как термопары работают. Когда к отрезку металлического провода приложено напряжение, ток протекает от положительного полюса к отрицательному, и часть энергии расходуется на нагрев провода. Эффект, открытый в 1821 году Томасом Джоханом Сибеком, имеет и обратное действие. Когда температурный градиент приложен к металлическому проводу, создается электрический потенциал. Это – физическая основа термопары. Рассмотрим несколько формул. Где ∇V – градиент напряжения, ∇T – градиент температуры, а S(T) – коэффициент Сибека. Этот коэффициент зависит от материала, и также изменяется как функция температуры. Напряжение между двумя точками на проводе равняется интегралу функции коэффициента Сибека по температурному диапазону. Например, Т1, Т2 и Т3 на рисунке 1 представляют температуры в разных точках металлического провода. Т1 (синий) представляет самую холодную точку, а Т3 (красный) – самую горячую точку. Напряжение между точками Т2 и Т1 равно: Подобным же образом напряжение между точками Т3 и Т1 равно: Используя аддитивное свойство интеграла, V31 также равняется: Имейте в виду это обстоятельство, когда мы будем обсуждать преобразование «напряжение-температура» в термопаре. Рис. 1. Напряжения, создаваемые на проводнике температурным градиентом и эффектом Сибека Термопары состоят из двух различных материалов, обычно металлических проводов, с разным коэффициентом Сибека, S(T). Почему два материала существенны, когда температурная разница в одном из них производит разницу напряжений? Предположим, что металлический провод на рисунке 2 сделан из материала «А». Если вольтметр подключен через пробники из того же материала, он теоретически не покажет никакого напряжения. Рис. 2. Отсутствие разницы потенциалов: пробники и провод сделаны из одного материала Причина в том, что пробники, присоединенные к концам провода, работают как продолжение металлического провода. Концы этого длинного провода, которые подключены к входам вольтметра, имеют одинаковую температуру (ТМ). Если концы провода имеют одинаковую температуру – напряжение на проводе создаваться не будет. Чтобы доказать это математически, мы посчитаем напряжение, создаваемое на целом контуре провода, начиная с положительного терминала вольтметра к отрицательному. Используя аддитивное свойство интеграла, предыдущее равенство будет выглядеть как: Когда нижний и верхний пределы интеграла равны, результат интеграла V = 0. Если материал пробников сделан из материала «В», как показано на рисунке 3, тогда: Упрощая интеграл, мы получим: Равенство 9 показывает, что измеренное напряжение равно интегралу разницы коэффициентов Сибека двух различных материалов. В этом причина того, что термопары делаются из двух различных металлов. Рис. 3. Эффект Сибека на вольтметре с пробниками и проводом, сделанными из различных материалов Из схемы на рисунке 3, подставив в равенстве 9 SA(T), SB(T) и известное измеренное напряжение, мы пока не можем вычислить температуру на горячем спае (TH). Во времена появления термопар в качестве опорной температуры (как температура холодного спая) использовалась ванная со льдом, соответствующая 0°C – этот способ очень дешев, легко реализуем, и температура саморегулируется. Эквивалентная схема показана на рисунке 4. Рис. 4. Для вычисления ТН термопары нуждаются в опорной температуре, показанной здесь как 0°C Хотя мы знаем опорную температуру для схемы на рисунке 4, непрактично решать интегральное уравнение для ТН. Стандартные референсные таблицы доступны для всех основных видов термопар, так вы можете определить температуру для соответствующего напряжения на выходе. Но важно иметь в виду, что все стандартные референсные таблицы для термопар были составлены для опорной температуры 0°C. Современные термопары состоят из двух различных металлических проводников, соединенных на одном конце (ТН). Напряжение измеряется на свободных концах пары проводов. Согласно эквивалентной схеме, показанной на рисунке 5, VC – то же, что и в равенстве 9, полученное ранее для схемы на рисунке 3. Рис. 5. Современная конфигурация термопары использует компенсацию холодного спая Температура холодного соединения, или холодного спая (ТС), может быть установлена в 0°C с помощью ледяной ванны, но на практике вы не будете использовать ведро холодной воды для получения опорной температуры. Метод CJC (компенсации холодного соединения) позволит вам посчитать температуру горячего спая. Температура холодного спая даже не должна быть постоянной. Этот метод просто использует отдельный датчик температуры для измерения в точке ТН. Становится возможным определить ТН, если ТС известна. Если у нас есть датчик температуры для измерения температуры холодного спая, почему мы не используем его сразу для измерения температуры горячего? Дело в том, что диапазон изменения температуры холодного спая гораздо уже, чем диапазон изменения температуры горячего спая, поэтому датчик температуры, в отличие от термопары, не должен выдерживать такие экстремальные температуры. Как было замечено ранее, все стандартные референсные таблицы термопар были выпущены для температуры холодного спая 0°C. В таком случае, как мы должны использовать эти таблицы для вычисления температуры горячего спая? Представим, что открытые концы термопары были продолжены и эти воображаемые концы подключены к спаю с температурой 0°C (рисунок 6). Если мы можем посчитать значение V0, то мы можем легко найти соответствующую температуру горячего спая, используя референсные таблицы. Рис. 6. Определение неизвестной температуры горячего спая ТН Определим V0: Переставим слагаемые: Первое слагаемое в формуле 13 точно такое же, как и в 10, которое получено из подключения, показанного на рисунке 5. Соответствующее напряжение выхода – VC, а оно известно, поскольку напряжение холодного спая измеряется вольтметром. Второе слагаемое эквивалентно выходу напряжения термопары, если температура его горячего спая равняется ТС, а температура холодного спая – 0°C. Поскольку ТС также измеряется отдельным датчиком температуры, мы можем использовать стандартные референсные таблицы для определения соответствующего напряжения Сибека (Vi) для второго слагаемого (13): С этим значением V0 соответствующая температура на ТН может быть определена с помощью стандартной референсной таблицы. Процедура определения температуры горячего спая с компенсацией холодного имеет следующие шаги: Стандартные референсные таблицы, а также набор стандартных формул для всех типов термопар можно найти в базе данных термопар NIST ITS-90. До этой главы дискуссия содержала только теорию работы термопар. Чтобы улучшить точность в реальной системе, вы должны соблюсти несколько условий. Каждое устройство в блок-схеме базовой сигнальной цепи термопар (рисунок 7) повлияет на точность преобразования и должно быть выбрано внимательно для минимизации ошибки. Рис. 7. Основные компоненты измерительной системы на основе термопары Рассмотрим рисунок 7 слева направо. Термопара соединяется с разъемом системной платы. Хотя термопара – это датчик, она и сама может быть источником ошибок. Длинная термопара легко «собирает» окружающий электромагнитный шум; экранирование провода может значительно снизить его. Важно, чтобы следующий компонент, – усилитель, – имел высокое входное сопротивление, потому что входное сопротивление усилителя и сопротивление термопары образуют резистивный делитель. Чем выше входное сопротивление усилителя – тем меньшую ошибку он создаст (формула 16). Далее, усилитель увеличивает значение выхода термопары, которое обычно находится в диапазоне единиц милливольт. В то время как высокий коэффициент усиления усилителя с замкнутой петлей ОС увеличивает и сигнал, и шум, добавление низкочастотного фильтра на входе АЦП обрежет большую часть шума. Фильтр НЧ эффективен, так как частота аналого-цифрового преобразования для этих приложений обычно очень низкая – на уровне нескольких выборок в секунду, поскольку температура не изменяется очень быстро. В заключение отметим, что температурный датчик на плате необходимо располагать очень близко к разъему холодного соединения (в идеале – касаясь концов выводов термопары, хотя это невозможно во многих случаях), чтобы получить наилучшее качество измерений температуры холодного спая. Любая ошибка в измерениях холодного спая отразится на вычислении температуры горячего спая. Каким бы ни был ваш проект –собственным или объединенным с типовой разработкой – вам необходимо проверить его точность. Вот описание, как мы проверяли точность в референсном проекте MAXREFDES67# (рисунок 8). Рис. 8. Типовая плата MAXREFDES67# для термопар и РТД, измеряющая температуру в диапазоне -40…150°C В качестве примера того, как снизить погрешность измерения, рассмотрим использование системы термопар в типовом проекте MAXREFDES67# производства Maxim Integrated. Для проверки точности этой или любой другой измерительной системы вам необходимо знать температуру и иметь поверенный измерительный прибор для сравнения. В данном примере использовались три референсных термометра: Omega Hh51 (сейчас заменен на Hh52), термометр ETI и температурный калибратор Fluke 724. Термопарный пробник К-типа, соединенный с MAXREFDES67#, был помещен в калибровочную ванну Fluke 7341 и откалиброван при температуре 20°C. Синие точки – это данные от Omega Hh51, использующиеся в качестве опорных, а зеленые точки – данные, отражающие показания прибора ETI. Красные точки – данные инструмента Fluke 724 с максимальной погрешностью менее 0,1°C, хотя Fluke 724 не использовался как референсный измеритель. Он симулирует выход идеальной термопары К-типа и соединяется с входом MAXREFDES67# с помощью проводов для термопары. На рисунке 9 показаны результаты испытаний. Рис. 9. Зависимость ошибки от температуры в MAXREFDES67#; результат показывает высокую полученную точность Использование термопар для промышленных измерений имеет много преимуществ, в числе которых – широкий температурный диапазон, достаточно быстрое время отклика, привлекательная цена цена и долговечность. Теория термопар достаточно сложна, но необходима для полного понимания того, как вы можете провести корректные измерения и точные преобразования напряжения в температуру. Оригинал статьи. ••• www.compel.ru Принцип действия и устройство термопары предельно просты. Это обусловило популярность данного прибора и широкое применение во всех отраслях науки и техники. Термопара предназначается для измерения температур в широком диапазоне – от -270 до 2500 градусов по Цельсию. Устройство вот уже не одно десятилетие является незаменимым помощником инженеров и ученых. Работает надежно и безотказно, а показания температуры всегда правдивые. Более совершенного и точного прибора просто не существует. Все современные устройства функционируют по принципу термопары. Работают в тяжелых условиях. Данное устройство преобразовывает тепловую энергию в электрический ток и позволяет измерять температуру. В отличие от традиционных ртутных градусников, способно работать в условиях как экстремально низких, так и экстремально высоких температур. Данная особенность обусловила широкое применение термопары в самых разнообразных установках: промышленные металлургические печи, газовые котлы, вакуумные камеры для химико-термической обработки, духовой шкаф бытовой газовой плиты. Принцип работы термопары всегда остается неизменным и не зависит от того, в каком устройстве она монтируется. От надежной и бесперебойной работы термопары зависит работа системы аварийного отключения приборов в случае превышения допустимых лимитов температур. Поэтому данное устройство должно быть надежным и давать точные показания, чтобы не подвергать риску жизнь людей. Термопара имеет три основных элемента. Это два проводника электричества из разных материалов, а также защитная трубка. Два конца проводников (их еще называют термоэлектродами) спаяны, а два других подключаются к потенциометру (прибор для измерения температуры). Если говорить простым языком, принцип работы термопары заключается в том, что спай термоэлектродов помещается в среду, температуру которой необходимо измерить. В соответствии с правилом Зеебека, возникает разность потенциалов на проводниках (иначе – термоэлектричество). Чем больше температура среды – тем более значимой является разница потенциалов. Соответственно, стрелка прибора отклоняется больше. В современных комплексах измерения на смену механическому устройству пришли цифровые индикаторы температуры. Однако далеко не всегда новый прибор превосходит по своим характеристикам старые аппараты еще советских времен. В технических вузах, да и в научно-исследовательских учреждениях, и по сей день пользуются потенциометрами 20-30-летней давности. И они демонстрируют поразительную точность и стабильность измерений. На данном физическом явлении основан принцип работы термопары. Суть заключается в следующем: если соединить между собой два проводника из разных материалов (иногда используются полупроводники), то по такому электрическому контуру будет циркулировать ток. Таким образом, если нагревать и охлаждать спай проводников, то стрелка потенциометра будет колебаться. Засечь ток также может позволить и гальванометр, подключенный в цепь. В том случае, если проводники выполнены из одного и того же материала, то электродвижущая сила не будет возникать, соответственно, нельзя будет измерить температуру. Наиболее распространенными способами подключения измерительных приборов к термопарам являются так называемый простой способ, а также дифференцированный. Суть первого метода заключается в следующем: прибор (потенциометр или гальванометр) напрямую соединяется с двумя проводниками. При дифференцированном методе спаивается не одни, а оба конца проводников, при этом один из электродов «разрывается» измерительным прибором. Нельзя не упомянуть и о так называемом дистанционном способе подключения термопары. Принцип работы остается неизменным. Разница лишь в том, что в цепь добавляются удлинительные провода. Для этих целей не подойдет обычный медный шнур, так как компенсационные провода в обязательном порядке должны выполняться из тех же материалов, что и проводники термопары. Принцип действия термопары основан на возникновении разности потенциалов в проводниках. Поэтому к подбору материалов электродов необходимо подходить очень ответственно. Различие в химических и физических свойствах металлов является основным фактором работы термопары, устройство и принцип действия которой основаны на возникновении ЭДС самоиндукции (разности потенциалов) в цепи. Технически чистые металлы для применения в качестве термопары не подходят (за исключением АРМКО-железа). Обычно используются различные сплавы цветных и благородных металлов. Такие материалы имеют стабильные физико-химические характеристики, благодаря чему показания температуры всегда будут точными и объективными. Стабильность и точность – ключевые качества при организации эксперимента и производственного процесса. В настоящее время наиболее распространены термопары следующих видов: E, J, K. В качестве материалов для проводников используются константан и хромель. Изделия данного типа хорошо зарекомендовали себя по части надежности и точности показаний. Свидетельств тому – многочисленные положительные отзывы специалистов. Однако данный состав демонстрирует точность измерений лишь в положительном диапазоне температур до 600 градусов по Цельсию включительно. По принципу работы термопара не отличается от предыдущей. Однако хромель уступил место технически чистому железу, что позволило существенно расширить диапазон рабочей температуры с сохранением стабильности показаний. Он составляет от -100 до 1200 градусов по Цельсию. Это, пожалуй, самый распространенный и применяемый повсюду тип термопары. Пара хромель - алюминий отлично работает при температурах от -200 до 1350 градусов по Цельсию. Данный тип термопары отличается большой чувствительностью и фиксирует даже незначительный скачок температуры. Благодаря такому набору параметров, термопара применяется и на производстве, и для научных исследований. Но есть у нее и существенный недостаток – влияние состава рабочей атмосферы. Так, если данный вид термопары будет работать в среде CO2, то термопара будет давать некорректные показания. Данная особенность ограничивает применение устройств такого типа. Схема и принцип работы термопары остаются неизменными. Разница лишь в химическом составе электродов. В случае выхода из строя термопары не подлежит ремонту. Теоретически можно, конечно, ее починить, но вот будет ли прибор после этого показывать точную температуру – это большой вопрос. Иногда неисправность термопары не является явной и очевидной. В частности, это касается газовых колонок. Принцип работы термопары все тот же. Однако она выполняет несколько иную роль и предназначается не для визуализации температурных показаний, а для работы клапанов. Поэтому, чтобы выявить неисправность такой термопары, необходимо подключить к ней измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) и нагреть спай термопары. Для этого не обязательно держать ее над открытым огнем. Достаточно лишь зажать его в кулак и посмотреть, будет ли отклоняться стрелка прибора. Причины выхода из строя термопар могут быть разными. Так, если не надеть специальное экранирующее устройство на термопару, помещенную в вакуумную камеру установки ионно-плазменного азотирования, то с течением времени она будет становиться все более хрупкой до тех пор, пока не переломается один из проводников. Кроме того, не исключается и вероятность неправильной работы термопары из-за изменения химического состава электродов. Ведь нарушаются основополагающие принципы работы термопары. Газовая аппаратура (котлы, колонки) также оснащается термопарами. Основной причиной выхода из строя электродов являются окислительные процессы, которые развиваются при высоких температурах. В том случае, когда показания прибора являются заведомо ложными, а при внешнем осмотре не были обнаружены слабые зажимы, то причина, скорее всего, кроется в выходе из строя контрольно-измерительного прибора. В этом случае его необходимо отдать в ремонт. Если имеется соответствующая квалификация, то можно попытаться устранить неполадки самостоятельно. Да и вообще, если стрелка потенциометра или цифровой индикатор показывают хоть какие-то «признаки жизни», то термопара является исправной. В таком случае проблема, совершенно очевидно, кроется в чем-то другом. И соответственно, если прибор никак не реагирует на явные изменения температурного режима, то можно смело менять термопару. Однако прежде чем демонтировать термопару и ставить новую, нужно полностью убедиться в ее неисправности. Для этого достаточно прозвонить термопару обычным тестером, а еще лучше – померить напряжение на выходе. Только обычный вольтметр здесь вряд ли поможет. Понадобится милливольтметр или тестер с возможностью подбора шкалы измерения. Ведь разность потенциалов является очень маленькой величиной. И стандартный прибор ее даже не почувствует и не зафиксирует. Почему за столь долгую историю эксплуатации термопары не были вытеснены более совершенными и современными датчиками измерения температуры? Да по той простой причине, что до сих пор ей не может составить конкуренцию ни один другой прибор. Во-первых, термопары стоят относительно дешево. Хотя цены могут колебаться в широком диапазоне в результате применения тех или иных защитных элементов и поверхностей, соединителей и разъемов. Во-вторых, термопары отличаются неприхотливостью и надежностью, что позволяет успешно эксплуатировать их в агрессивных температурных и химических средах. Такие устройства устанавливаются даже в газовые котлы. Принцип работы термопары всегда остается неизменным, вне зависимости от условий эксплуатации. Далеко не каждый датчик другого типа сможет выдержать подобное воздействие. Технология изготовления и производства термопар является простой и легко реализуется на практике. Грубо говоря – достаточно лишь скрутить или сварить концы проволок из разных металлических материалов. Еще одна положительная характеристика – точность проводимых измерений и мизерная погрешность (всего 1 градус). Данной точности более чем достаточно для нужд промышленного производства, да и для научных исследований. Недостатков у термопары не так много, в особенности если сравнивать с ближайшими конкурентами (температурными датчиками других типов), но все же они есть, и было бы несправедливо о них умолчать. Так, разность потенциала измеряется в милливольтах. Поэтому необходимо применять весьма чувствительные потенциометры. А если учесть, что не всегда приборы учета можно разместить в непосредственной близости от места сбора экспериментальных данных, то приходится применять некие усилители. Это доставляет ряд неудобств и приводит к лишним затратам при организации и подготовке производства. www.nastroy.net Термопара широко используется в различных устройствах измерения температуры и системах сбора данных. Термопара является наиболее популярным типом датчика температуры, поскольку он надежный, универсальный, обладает низкой инертностью, относительно недорогой и позволяет измерять температуру в широком диапазоне. Использование различных термопар, позволяет измерять температуру в очень широком диапазоне: от -250C и до 2500C. Правда из-за своей конструктивной особенности, термопара не может обеспечить повышенную точность измеренной температуры. Погрешность измерения, как правило, находится в пределах 0,5…2С. Зачастую, термопары используются для контроля температурного режима в производственных процессах. В быту термопара применяется во многих устройствах, например, в некоторых типах паяльников, в духовках газовых плит и так далее. Так же следует отметить, что большинство мультиметров имеют функцию измерения температуры. Для этого в комплекте с мультиметром идет термопара, которая подключается к соответствующему разъему: Принцип действия термопары основан на эффекте, который обнаружил в 1821 году немецкий - эстонский физик Томас Иоганн Зеебек. Он заметил, что при соединении двух проводников из разнородных металлов в них возникает напряжение (термоЭДС), величина которого зависит от степени нагрева места соединения. Позднее это явление стали называть термоэлектрическим эффектом или эффект Зеебека. Фактическое напряжение, генерируемое термопарой зависит от температуры нагрева и от типа используемых металлов. Напряжение это не велико и, как правило, составляет от 1 до 70 мкВ на 1 градус Цельсия. При подключении термопары к измерительному прибору получается еще один термоэлектрический переход. Таким образом, фактически получается два перехода находящихся в разных температурных режимах, поэтому входной сигнал на измерителе будет пропорционален разности температур между этими двумя переходами. Для того, чтобы измерить абсолютную температуру, применяют метод известный как «компенсация холодного спая». Его суть заключается в том, что второй переход (который вне зоны измеряемой температуры) помещают при постоянной (образцовой) температуре. Ранее для этого использовали стандартный метод – помещая данный переход в ледяную воду. На сегодняшний день применяют дополнительный датчик температуры расположенный в непосредственной близости от второго перехода, и по показаниям дополнительного температурного датчика измерительный прибор вносит коррекцию в результат измерения. Это значительно упрощает общую схему измерения, поскольку термопару и измерительный элемент, с элементом температурной компенсацией, можно объединить в единое целое. Термопары изготавливаются в различных формах. Они бывают бескорпусными, то есть спай двух металлов не закрыт защитным кожухом. Это обеспечивает очень быстрое время измерения и низкую инертность: Так же термопары могут быть доступны и в качестве зонда. Этот тип широко используется как в измерительных приборах бытового назначения, так и в производстве, где необходимо защитить термопару от агрессивной среды технологического процесса. Термопары различаются между собой в основном по типу используемых металлов. Существует несколько стандартов: . www.joyta.ruТермопары: базовые принципы и основы проектирования. Напряжение термопары
принцип работы простым языком, типы
Общие понятия и конструкция
Виды термопар
Фото – Вид термопары
Фото – Термопара для котлаПринцип действия термопары
Фото – Принцип работы термопары
Фото – Термопара арбатТипы термопары
Фото – термопары хромель-алюмельМонтаж термопары
Фото – Термопара для печипринцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.
Стандартная термопараРекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры. Принцип работы термопары
Термопара в электрической цепиСпай термопары
Цепь термопары
Воздействие нагрева одного спая термопарыХолодный спай термопары
Цепь термопары с компенсирующим резисторомРабочий спай термопары (горячий)
Рабочий спай и холодный спайТипы термопары
Типы термопар и диапазон их температур
Цвет изоляции проводов термопарНеисправности термопары
ПотенциометрТермопары. Виды и состав. Устройство и принцип действия
Устройство
Принцип действия
Разновидности
Термопары из неблагородных металлов
Железо-константановые
Хромель-константановые
Медно-константановые
Хромель-алюмелевые
Нихросил-нисиловые
Термодатчики из благородных металлов
Платинородий-платиновые
Платинородий-платинородиевые
Преимущества
Недостатки
Рекомендации по эксплуатации
Точность и целостность системы измерений на основе термопарного датчика может быть увеличена, если соблюдать определенные условия:
Похожие темы:Принцип работы термопары и компенсация напряжения на холодном спае
базовые принципы и основы проектирования
Как работают термопары
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
Системы термопар и основы проектирования
Системы термопар
(10)
Компенсация холодного соединения
Вычисление температуры горячего спая методом CJC
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)Основы проектирования системы
(16)Пример схемы термопары и результаты испытаний
Заключение
Материалы
Наши информационные каналы
Принцип работы термопары: описание, устройство, схема
Назначение термопары
Принцип действия термопары
Эффект Зеебека
Схема подключения термопары
Материалы проводников
Термопара типа E
Термопара типа J
Термопара типа K
Проверка работы термопары
Преимущества термопары
Недостатки термопары
Термопара. Принцип действия | joyta.ru
Принцип действия термопары
Конструктивное исполнение
Типы термопар
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: