интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Вопрос №3 Термопара. Принцип работы термопары. Принцип работы термопары


Термопара — принцип работы | Уголок радиолюбителя

Температура является главной и одной из основных физических величин в автоматике. Для ее измерения в промышленных условиях используется, как правило, термопары и резистивные датчики температуры.

Измерительный диапазон, точность и эксплуатация этих датчиков температуры существенно отличаются, поэтому при выборе следует руководствоваться, главным образом, областью применения и диапазоном измеряемых температур.

В данной статье описан принцип работы термопары и детали, касающиеся измерения температуры с их помощью.

Термопара — описание

Термопара

Термопара — это наиболее часто используемый датчики для измерения температуры. Ее используют в промышленности, лабораториях, на транспорте. Термопара используется в очень многих системах сбора данных, в многоканальных устройствах, в системах мониторинга данных и управления промышленными процессами.

Несмотря на ее широкое распространение, принцип работы термопары, на первый взгляд кажется менее понятным, чем работа иных датчиков температуры. Существует множество различных видов термопар и для получения с их помощью точных результатов измерения необходим правильный подбор пар металлов, устранения существующих ограничений и соответствующая обработка измерительных данных.

Преимущества термопары

Термопары имеют много преимуществ по сравнению с другими типами температурных датчиков. Основное преимущество — термопара не дорогая, хотя защитное покрытие, соединительные провода и разъемы могут существенно повлиять на общую стоимость измерительной системы, особенно, когда измеряемая среда является экстремальной.

Термопары являются также устройствами, механически простыми, прочными и надежными. Свойства типичных металлов, используемых в термопарах, дают предсказуемое выходное напряжения. Это позволяет использовать термопары во многих устройствах, в том числе в химически агрессивных средах.

Физическая конструкция термопары проста – все, что нужно для ее изготовления, — это скрученные вместе и спаянные провода соответствующих сплавов.

Промышленные термопары изготавливаются с помощью сварки, скручивания или пайки. Термопары покрывают широкий диапазон измеряемых температур: от -100°C и до 2500°C. Типичная точность измерения составляет ±1-2°C, что превышает требуемую точность в большинстве промышленных процессов.

Недостатки термопар

фото термопарыНесмотря на то, что термопары имеют относительно мало недостатков, но они значительно влияют на их применение и на оборудование, которое необходимо для их работы. К недостаткам следует отнести то, что выходное напряжение термопары составляет порядка нескольких микровольт на градус Цельсия, и что эти элементы, как правило, размещены вдали от устройств сбора и обработки данных.

Чтобы компенсировать влияние этих негативных факторов используют дифференциальный режим измерений, схемы с высоким коэффициентом усиления, фильтрацию и другие методы улучшения качества сигнала, призванные получить максимальный сигнал и минимальный шум.

И все это приводит к тому, что получается низкая скорость измерений, как правило, нескольких сотен замеров в секунду. Кроме того, выход с термопары является нелинейным, поэтому в оборудование или программное обеспечение, должна быть использована функция линеаризации, применяемая для преобразования напряжения термопары в значения температуры. Это касается в основном бытовых программ, так как коммерческая программа обычно включает в себя процедуры линеаризации.

Принцип действия термопары

В начале XIX века немецкий физик Томас Иоганн Зее

бек, обнаружил, что контакт между двумя металлами генерирует напряжение, являющееся функцией температуры.

Термопара — это практическое применение явления Зеебека. Это датчик температуры, состоящий из двух проволок разных металлов, соединенных вместе с одного конца. Эти металлы на рисунке 1 обозначены как „линия 1” и „линия 2” образуют контакты J1 и J4.

Термопара - принцип работы

Рис. 1. Принцип действия термопары

Исторически сложилось так, что результат измерения температуры сопоставлялось с температурой второй термопары, предназначенной для измерения известной эталонной температуры. Самым простым и наиболее точным способом получения эталонной температуры было погружение стыка термопары в ледяную ванну, что стало причиной присвоения ему имени „холодный спай”.

Величина генерируемого таким образом, напряжения теперь зависит от разницы температур между контактами J1 и J4, а также от типов металлов, используемых в линии 1 и линии 2.

Этот результат можно описать следующим уравнением:

V=α(Tнеизвестная — Tэталонная),  где α-коэффициент Зеебека.

Различные термопары имеют разные коэффициенты, значения которых указывается на каждой термопаре. При такой конфигурации достаточно только измерить напряжение, затем найти соответствующую ему температуру, в таблице для данного сплава 1/сплава 2 термопары в зависимости от температуры 0°C.

Обратите внимание, что подключение термопары к вольтметру создает дополнительные потенциально нежелательные контакты J2 и J3. В результате эти контакты также являются термопарой, но они имеют похожий состав и противоположную полярность.

Если температура контактов J2 и J3 одинакова (условие, которое может быть достигнуто довольно легко с помощью соответствующей проектировки оборудования), то эти контакты не будут влиять на измерение.

Таким образом, мы получили базовую модель, которая может быть использована для разработки более сложной системы работы термопары.

fornk.ru

что это такое, принцип действия термопары, подключение преобразователя

В повседневной жизни каждого человека встречались приборы и устройства, одним из определяющих факторов работы которых была температура. Начиная от температуры в системах отопления и заканчивая промышленными предприятиями, процесс выпуска продукции которых связан со строгим соблюдением температуры, процедура контроля данного параметра очень важна как для жизнедеятельности, так и для энергосбережения. Одним из устройств по контролю температуры является термопара, или термоэлектрический преобразователь. Термопара – что это такое?

 

Термопара газового котла

Назначение

Термоэлектрический преобразователь, или термопара, является приспособлением, используемым для контроля температуры на промышленных предприятиях, в процессе научных исследований, при эксплуатации автоматики и в медицинских учреждениях.

Физическая величина, численно определяющая размер энергии тела, получаемой за счет движения молекул веществ, в зависимости от теплоты, называется температурой. Поскольку непосредственно температуру вещества измерить невозможно, то ее величину определяют, благодаря трансформации иных физических параметров вещества. В качестве таких физических параметров могут выступать давление, электрическое сопротивление, объем, интенсивность излучения, температурная электродвижущая сила, коэффициент расширения вещества и ряд других.

Существует два способа контроля температуры:

  • При непосредственном контакте с объектом с помощью термопар;
  • При отсутствии непосредственного контакта с объектом – пирометрия либо термометрия излучения используется при необходимости измерения очень больших температур.

Принцип действия термопары

Особенностью работы термопары является наличие термоэлектрического эффекта, или эффекта Зеебека, названного в честь ученого, открывшего данное явление в 19 веке. Сущностью такого эффекта является наличие контактной разности потенциалов между разнородными проводниками. Соответственно, принцип работы термопары заключается в следующем.

При скрутке двух концов разнородных проводников или сплавов таким способом, чтобы они представляли собой закольцованную электрическую цепь, и если далее поддерживать противоположные окончания проводов при разной температуре, то в данной цепи сформируется термоэлектродвижущая сила, величина которой будет пропорциональна разности температур между скрутками проводников. Соответственно, цепь, состоящая из двух разнородных проводников либо сплавов, является термопарой, или термоэлементом.

Эффект термоэлектричества

Величина тока работающих термопар зависит от:

  1. Материала проводников;
  2. Разности температур на противоположных спайках.

Проводник термоэлектрического преобразователя, по которому электрический ток направлен от горячей спайки к холодной, является положительным, при обратном направлении электрического тока термоэлектрод является отрицательным. Маркировка термопары осуществляется в следующем порядке:

  1. Принадлежность самого устройства;
  2. Материал положительного проводника;
  3. Материал отрицательного проводника.

Разновидности и конструктивные особенности

Виды термопар

Термопары ввиду своих структурных особенностей подразделяются на такие виды:

  1. По специфике применения:
  • Наружное;
  • Погружаемое.
  1. По особенностям предохраняющего кожуха:
  • без кожуха;
  • со стальным кожухом – устройство эксплуатируется для контроля температур до 600оС;
  • со стальным кожухом из специфического сплава – устройство необходимо для измерения температур до 1100оС;
  • с кожухом из фарфора – устройство применяется для контроля температур до 1300оС;
  • со стальным кожухом из тугоплавких сплавов – устройство эксплуатируется при температурах более 2000оС.
  1. По методу фиксации термопреобразователей:
  • С неподвижным чувствительным элементом;
  • С подвижным чувствительным элементом;
  • С подвижным креплением.
  1. По герметичности клемм:
  • С простой верхушкой;
  • С водонепроницаемой верхушкой;
  • Без колпачка, со специфической герметизацией выводных клемм.
  1. По изолированности:
  • Изолированные от влияния активных или неагрессивных сред;
  • Не изолированные.
  1. По герметизации от большого давления:
  • Не герметичные;
  • Герметичные.
  1. По стойкости к механическому влиянию:
  • Устойчивые к вибрации;
  • Ударостойкие;
  • Простые.
  1. По количеству контролируемых зон:
  • Рассчитанные на одну зону;
  • Рассчитанные на несколько зон.
  1. По скорости реакции на изменение температуры:
  • С высокой инерционностью. Скорость реагирования составляет до 210 секунд;
  • С посредственной собственной инерцией. Скорость реакции составляет до 60 секунд;
  • С малой инерционностью. Скорость реакции составляет до 40 секунд;
  • С ненормированной скоростью реакции.
  1. По длине функционирующей части:
  • Длиной от 120 мм до 1580 мм. Находят свое применение в однозонных термопарах;
  • Длиной до 20000 мм. Используются в многозонных термопарах.

К конструктивным особенностям термопар относятся:

  1. Рабочий спай двух проводников в основном образовывается путем электродуговой сварки предварительно скрученных термоэлектродов. Одним из способов соединения является пайка, однако подключение термопары вольфрам-рениевой или вольфрам-молибденовой обходится обычным скручиванием без дополнительной сварки;
  2. Проводники соединяются только в активной части. Остальная часть проводов строго изолируется;
  3. Изоляционным материалом может быть любой источник, вплоть до воздуха, однако температура измеряемой среды должна быть ниже 120оС. При температурах вещества до 1300оС применяются фарфоровые изоляторы. Поскольку при t> 2000оС фарфор теряет свои физические свойства и размягчается, то применяются трубки из окиси алюминия, магния, бериллия, тория, циркония;
  4. Для предотвращения механического влияния на термопару ее помещают в предохранительную трубку-кожух с герметизированным концом. Этот кожух должен обеспечивать изоляцию от внешней среды, предотвращать механические натяжения и обеспечивать хорошую теплопроводность. Выдерживание предельной температуры термопары в течение длительного времени и стойкость к активной среде контролируемого вещества являются основополагающими требованиями к трубке-кожуху.

Типы термопар и их характеристики

Термопара хромель-алюмель (ТХА)

Термопара хромель-алюмель ТП6

Термоэлектрический преобразователь хромель-алюмель предназначен для эксплуатации в агрессивных и благородных средах, а также допускается использовать в сухом водороде и вакууме, однако на короткое время. Отличительной особенностью ТХА является максимальная устойчивость к облучению внутри ядерного реактора. К недостаткам устройства относятся сравнительно высокая восприимчивость к механическим воздействиям и непостоянство температурной электродвижущей силы. Такие типы термопар применимы для измерения температуры вещества от -200оС до 1100оС и эксплуатируются  в основном в сталеварных печах, энергосиловой аппаратуре, отопительных приборах и научной работе.

В качестве положительного электрода выступает проводник никелевого сплава хромель НХ9,5, а роль отрицательного электрода занимает проволока никелевого сплава алюмель НМцАК2-2-1.

Термопара хромель-копель (ТХК)

Термопара хромель-копель ТХК 1199

Основными областями по применению термопар хромель-копель являются промышленные, производственные предприятия и сфера научных исследований. Наряду с остальными термопарами, устройство работает в основном для длительных измерений температуры до 600оС, хотя граничные пределы по температуре составляют от -253оС до 1100оС. Имеется максимальная восприимчивость из всех выпускаемых термопар, также присутствует паразитная большая восприимчивость к механическому воздействию на термодатчик. В качестве проводника для позитивного щупа используется никелевый сплав хромель НХ9,5, проволокой же для негативного щупа является медно-никелевый сплав копель МНМц43-0,5.

Термопара железо-константан (ТЖК)

Термопара железо-константан

Термоэлемент ЖК нашел применение в научных испытаниях и производственных предприятиях в агрессивных, благородных, восстановительных веществах и вакууме при -203оС<t<1100оС. Кроме высокой восприимчивости, к достоинствам ТЖК относится низкая себестоимость. Большая восприимчивость к механическому воздействию на электроды и маленькая коррозийная устойчивость металлического щупа являются негативными сторонами ТЖК. Сырьем для позитивного электрода термопары является малоуглеродистая сталь, отрицательный электрод состоит из медно-никелевого сплава константан МНМц40-1,5.

Термопара вольфрам-рений (ТВР)

Термопара вольфрам-рений

В производстве керамики, тугоплавких металлов, твердых сплавов, разливке стали, контроле температуры газовых потоков, низкотемпературной плазмы применяется термопара вольфрам-рений. Эти типы термопар считаются наилучшими термопарами в промышленности с рабочей t>1800оС. Веществами, с которыми эксплуатируется термопара, являются  сухой водород, азот, гелий, аргон и вакуум при температуре 1300оС<t<3000оС.

К достоинствам прибора ВР относятся:

  • Наилучшая механическая устойчивость при высоких температурах;
  • Стабильная работа при знакочередующихся нагрузках;
  • Устойчивость к многократным и стремительным теплосменам.
  • Простота в производстве и не восприимчивость к загрязнениям.

Отрицательными свойствами являются недостаточная воспроизводимость температурной электродвижущей силы, нестабильность работы при облучении.

Материалами позитивного и негативного проводников, соответственно, являются:

  1. ВР5 и ВР20;
  2. ВАР5 и ВР20;
  3. ВР10 и ВР20.

Термопара вольфрам-молибден (ТВМ)

Будучи очень дешевыми термопарами, эти типы термопар массово эксплуатируются для

измерения температуры в благородных средах, водороде, вакууме, при 1400оС<t<1800оС. К дополнительным преимуществам относятся большая механическая устойчивость и отсутствие суровых правил к химической чистоте от момента производства до установки и работы. Недостатками являются хрупкость элемента при больших температурах, низкое значение электродвижущей силы и восприимчивости, смена полюсов при t>1400оС.

Позитивные и негативные электроды изготавливаются из вольфрамовой и молибденовой проволоки, которые являются металлами технической чистоты.

Термопара платинородий-платина (ТПП)

Термопара платинородий-платина

Функциональность ТПП характеризуется максимальной достоверностью и устойчивостью, потому широко применяется в научных опытах и технике. Также за счет своих физических особенностей ТПП стала эталоном температурной шкалы МПТШ-68. Комфортный температурный диапазон – до 1600оС. Слабой стороной ТПП является повышенная восприимчивость к загрязнениям, очень высокая цена, нестабильная работа при облучении. В качестве материалов щупов выступают сплавы платинородия ПР10 или ПР13 для позитивного щупа и платина для негативного щупа.

Термопара платинородий-платинородий (ТПР)

Эти типы термопар, прежде всего, эксплуатируются при производстве цемента, стали и стекла, огнеупоров, ввиду возможности длительное время контролировать температуру более 1400оС. Помимо возможности применения в вакуумной среде, к дополнительным преимуществам ТПР относятся сравнительно большая устойчивость при очень больших температурах, лучшая механическая прочность, практически отсутствие хрупкости и минимальная восприимчивость к загрязнению. Проводник электропозитивного щупа изготовлен из платинородия ПР30, негативный щуп выполнен на платинородия ПР6.

Изложенный материал объясняет, что такое термопара, их разнообразие, специфические особенности и сферы использования. Становится понятен физический смысл и порядок определения температуры в той или иной среде.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

Принцип работы термопары

На сегодняшний день практически во всех отопительных приборах используют специальные контроллеры. Они позволяют предохранить технику от перегрева. Термопары – это и есть специальные устройства для защиты отопительного оборудования от перегрева.

Особенности конструкции

Термопара – это специальное устройство, которое предназначается для измерения температуры. Конструкция будет состоять из двух разнородных проводников, которые в дальнейшем будут между собою контактировать в одной или нескольких точках. Когда на одном участков этих проводников измениться температура, тогда будет создаваться напряжение. Многие специалисты достаточно часто используют термопары для контроля температуры в разнообразной среде и для конвертации температуры в энергию.

Коммерческий преобразователь будет иметь доступную стоимость. Он будет иметь стандартные разъемы и позволяет измерять разнообразный спектр температуры. Основным отличием от других устройств для измерения температуры считается то, что они имеют автономное питание и не требуют внешнего фактора возбуждения. Основным ограничением во время работы с этим устройством считается его точность.

Существуют также и разные типы термопары. Многие приспособления считаются полностью стандартизированными. Многие производственные компании на сегодняшний день используют электронные методы холодного спая для корректировки изменения температуры на клеммах устройства. Благодаря этому им удалось значительно повысить точность.

Применение термопары считается достаточно широким. Их могут использовать в следующих областях:

  • Науке.
  • Промышленности.
  • Для измерения температуры в печах или котлах.
  • Частных домах или офисах.
  • Также эти приборы способны заменить термостаты АОГВ в газовых отопительных приборах.

Принцип действия термопары

Эти устройства работают согласно правилу Зеебека. Если определенный проводник будет подвергаться воздействию, тогда его сопротивление и напряжение будет изменяться. Чтобы измерить это напряжение необходимо подключить гибкий провод к «горячему» концу термопары. Этот гибкий провод может стать настоящим градиентом температуры и разработать собственное напряжение, которое в дальнейшем будет противостоять текущему напряжению.

Во время использования разнородных сплавов для замыкания цепи, создается новая цепь, в которой два конца смогут генерировать напряжение. В дальнейшем его можно будет измерить. Узнайте, как работает тензодатчик.

Напряжение будет генерироваться не на стыке двух металлов, а вдоль длины двух разнородных металлов. Обе длины термопары будут испытывать одинаковый температурный режим. Конечный результат можно считать результатом разности температур между термопарой и спаем. Если соединение будет выполнено некачественно, тогда соответственно в этом случае может образоваться погрешность. Особенно в высокой точности будет нуждаться мультиметр с термопарой и разнообразные производственные датчики.

Типы термопары

При определенных условиях создается термопара своими руками. Но перед изготовлением, потребуется изучить все виды термопары. Также вам необходимо знать, чем отличаются модели: ТХА, ТХК, ТПП, ТВР, ТЖК, ТПР, ТСП. Они могут распределяться как:

  • Тип E. Здесь вы встретите сплав хромель-константан. Это соединение будет иметь достаточно высокую проводимость. Это делает его подходящим для криогенного использования. Диапазон температур будет составлять от -50 до +740 градусов.
  • Тип J. Это железо-константан. Здесь область работы будет составлять от -40 до +740 градусов.
  • Тип K. Это термопары, которые будут составляться из сплава хромель алюминий. На сегодняшний день эти устройства являются достаточно распространенными и диапазон их измерений составляет от -200 до +1350 градусов. В окислительной среде проволока из хромеля может быстро разъедаться. Это явление также имеет название «зелена гниль».
  • Тип M. Чаще всего эта продукция используется в вакуумных печах. Максимальная температура может составлять до 1400 градусов.
  • Тип N. Никросил-нисиловые термопары. Они предназначаются для работы в диапазоне температур от -270 до +1300 градусов.
  • Сплавы родия и платины. Это одни из наиболее стабильных термопар. Обычно их используют для измерения высоких температур.
  • Тип B, S, C. Эти термопары подойдут для использования в среде с температурой до 1800 градусов.
  • Сплавы рения и вольфрама. Эта продукция отлично справляется с очень высокими температурами. Чаче всего их могут использовать в вакуумных печах или промышленной автоматике.

У нас вы также можете прочесть про правильное заземление.

Монтаж термопары

Импортные термопары необходимо устанавливать также, как и отечественные. Их установка и замена практически ничем не отличается. Для установки необходимо выполнить следующие этапы:

  1. Открутить гайку подключения внутри резьбового соединения к газовой линии.
  2. Отвинтить компенсационный винт, который держит трубку на месте.
  3. Вставить новую термопару в отверстие кронштейна. Также убедитесь, что система будет подключена к газовому или электрическому снабжению.
  4. Следует нажать на гайку для резьбового соединения, где медный провод будет подключаться к газовой линии. Убедитесь в том, что соединение будет чистым, а также сухим.
  5. Плотно закрепите соединение и не перетягивайте его. При необходимости также можете установить керамический уплотнитель.

Контроллер плиты необходимо вмонтировать не слишком сильно.

Во время установки медная и стальная труба подачи и отвода топлива должна быть направлена вниз. В конструкции концевой выключатель будет располагаться под автоматом контроля безопасности на печи. Это устройство также способно отключать вентилятор, если температура понизится до определенного уровня. Если вентилятор работает постоянно, тогда выключатель нуждается в корректировке. Сначала вам необходимо проверить термостат. Если он будет включен, тогда его следует поставить в автоматический режим.

На сегодняшний день любая система контроля требуется корректировки. Если вы не можете выполнить корректировку самостоятельно, тогда лучше обратиться к специалистам. Изготовление термопары осуществляется на специализированных заводах. Именно поэтому выполнить ремонт можно будет только в специализированных дилерских центрах. Стоимость термопары в среднем составляет от 3 до 6 долларов. Конечно, цена будет зависеть от типа продукции, которую вы желаете приобрести.

Теперь вы точно знаете устройство и принцип работы термопары. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

омические датчики.

dekormyhome.ru

Вопрос №3 Термопара. Принцип работы термопары.

Термопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в

измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) дает следующее определение термопары:

Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих

часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь

(измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары,

соединенных навстречу друг другу. Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим

спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключёнными к клеммам вторичного

преобразователя, но вторичный преобразователь измеряет разность. их сигналов, таким образом, две

термопары вместе измеряют перепад температур между своими рабочими спаями.

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Когда концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов, пропорциональная разности температур. Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом термоэдс. У разных металлов коэффициент термоэдс разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термоэдс в среду с температурой Т1 , мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур T1 и Т2.

Вопрос №4 Виды термометров сопротивления.

Термометр сопротивления — датчик для измерения температуры, сопротивление чувствительного элемента которого зависит от температуры. Может быть выполнен из металлического или полупроводникового материала. 6 последнем случае называется термистором.

Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры Наиболее распространённый тип термометров сопротивления — платиновые термометры Это объясняется тем, что платина имеет высокий температурный коэффициент сопротивления и высокую стойкость к окислению. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом не менее 0,003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. В стандарте приведены диапазоны, классы допуска, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте впервые отказались от нормирования конкретных номинальных сопротивлений. Сопротивление изготовленного термометра может быть любым. Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает погрешность не лучше 0,1 °С (класс АА при 0 °С). Термометры сопротивления на основе запыленной на подложку плёнки отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов составляет 660 °С (класс С), для пленочных 600 °С (класс С).

Преимущества термометров сопротивления

Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °С), может доходить до 0,01 °С.

Возможность исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений

Практически линейная характеристика

Недостатки термометров сопротивления

Малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами)

Не могут измерять высокую температуру

studfiles.net

Термопары для газовой плиты: принцип действия, характеристики

Существует множество устройств, позволяющих определить температуру окружающей среды или конкретного вещества, механизма. Предлагаем обсудить, что такое термопары для газовой плиты и котла, их принцип действия, какие бывают виды этих устройств, а также как подключить прибор своими руками.

Что такое термопары

Термопара ГОСТ Р 8.585-2001– это устройство, которое используется для измерения температуры, данное определение часто путают с термостатом или датчиком тока, но это совершенно разные понятия. Этот датчик может заменить метод естественного измерения температуры в широком использовании.

Формула работы по эффекту Зеебека:

E = α12 (T2 – T1),

Где α – это термоЭДС;

а разность T2 – T1 это, соответственно, температуры горячего и холодного проводников.

Эффект ЗеебекаФото – Эффект Зеебека

Приборы используются во многих промышленных, научных и бытовых приборах. Их можно найти почти во всех сферах деятельность: энергетическая промышленность, добыча газа и нефти фармацевтической, биотехнологической, и т.д. Термопары также применимы в повседневной бытовой технике, они необходимы для корректной работы колонки, газового котла (АОГВ), газовой плиты, муфельной печи, для блок-автоматики Арбат-1.

ТермопараФото – Термопара

Конструкция

Такие термодатчики состоят из двух проволок, изготовленных из разных металлов с различными температурными диапазонами. Эти гибкие проводки сваривают между собой, создавая неразрывное соединение. Именно этот узел отвечает за измерение температуры. Во время того, как концы спая испытывают изменение температуры, меняется сопротивление металлов. Этот показатель может фиксироваться при помощи специальных приборов или просто выводиться на табло, градуировочные таблицы, цифровой экран.

Конечно, есть более точные статические устройства с аналогичным принципом действия, но термопары выбирают из-за широкого применения, долговечности и относительно низкой стоимости (многие приборы можно купить за несколько сотен).

Термопара и мультиметрФото – Термопара и мультиметр

Видео: измерение температуры с  помощью термопары

Типы термопар и их обозначение

Есть много типов термопар, каждые датчики имеют определенные характеристики в плане температурного диапазона, долговечности, ЭДС, устойчивости к вибрациям, химическим вещества и совместимости приборов. Например, их можно разделить по виду металлов: бывают благородные и неблагородные соединения.

Очень важен правильный расчет приборов. Обязательно покупайте устройства, у которых нужные Вам термические диапазоны, независимо от того, какая цена у термопары. Иначе в скором времени понадобится либо ремонт датчика из-за неисправности, либо его полная замена.

Виды термопар, их параметры и состав:

  1. Термопара K типа, ТХА либо ХА (никель-хром / никель-алюмель): этот вид является самым распространенным. Он недорогой, точный (погрешность +/- 1.1C или 0,4%), имеет большой диапазон температур (-270 к 1260C) и достаточно долговечный. Термопара никель алюминьФото – Термопара никель алюминь
  2. Термопары L, ТХК (хромель / копель), хорошая и долговечная термопара, часто завод предоставляет этот датчик с wire-выходом 1. Термопара ТХКФото -Термопара ТХК
  3. Термопара A-1, A-2, A-, ТВР – вольфраморениевые приборы.
  4. Термопара типа J (железо / константан): второй тип по популярности. Она имеет меньший температурный диапазон и более короткую продолжительность работы, но зато используется при более высоких температурах (-210 до 760C), чем K, имеет больший показатель термосопротивления. Термопара с цифровым экраномФото – Термопара с цифровым экраном
  5. T термопары (медь / константан): это узкоспециализированное устройство, оно часто применяется в чрезвычайно низких температурах (-270 до 370C), например, измерения холодного криогенного воздуха или сверхнизких морозильниках имеют хороший термоЭДС.
  6. E термопары (никель-хром / константан): вид E имеет более сильный сигнал и высокую точность, K или типа J, но работает при умеренных температурных интервалах. Диапазон рабочих температур -270 до 870C;
  7. Вид N (никросил / нисиловые): очень точные устройства, но их стоимость гораздо выше, чем у термопары K. Работают в пределах от-270 до 392C.

Менее популярные, но их продажа довольно успешна: медные ТСМ, ХК, ПП, термопары в которых встроен усилитель (преобразователь) и прочие.

Чертеж термопарыФото – Чертеж термопары

Термоэлектрические промышленные датчики из благородных металлов (тип S, R, и Б) из-за их способности работать в широких температурных диапазонах, отличной долговечности и точности. Но они стоят гораздо дороже, чем термометры, перечисленные выше.

  1. Платиновые S ТП-датчики (платинородий – 10% / платина): этот вид используется в очень высоких температурах (от -50 до 1480C). Обычно его используют в биотехнологических и фармацевтических сферах.
  2. R термопара ТПП (платинородиевые -13% / платина): применяется в еще больших температурах, чем вид S. Датчик имеет более высокий процент родия, что делает его более дорогим. Его принято считать боле стабильным и точным.
  3. B термопара ТПР (платинородий – 30% / платинородий – 6%): необходим для измерения чрезвычайно высоких температур (от 0 до 1700C). Очень дорогой и точный датчик работает в нефтяной и газовой промышленности, на атомных станциях.

Терморегуляторы также можно разделить по типу узла, которым соединены металлические проволоки. От этого фактора напрямую зависит точность прибора, чувствительность и прочие технические характеристики.

Устройство термопарыФото – Устройство термопары

Заземленные температурные датчики (ТХА-0309, ТХК-079-1): Это наиболее распространенный вид соединения. Такой вид термопары производится при сварке двух концов проволоки в один узел, который завершает специальный зонд. Заземленные термопары имеют очень хорошее время отклика, потому что гильза имеет прямой контакт с внешней оболочкой, что позволяет очень быстро передавать тепло. Главным недостатком является чувствительность к электрическим помехам.

Незаземленные термопары (ТЖК) – это те, у которых провода сварены вместе, но не соединены, например это мультиметр с термопарой. Чувствительные элементы часто разделены минеральной изоляцией, иногда используется так называемый чехол.

Часто также используются открытые датчики, скажем, ТСП. У них очень быстрое время отклика, но они подвержены коррозии и недолговечны. Их редко используется производство, зато часто мы их видим в бытовых приборах.

Помимо этого, бывают даже многозонные термопары. Эти датчики могут измерять и фиксировать температуру по всей рабочей части, иногда их длина доходит до 10 метров. Принцип действия прибора прост: по всей протяженности расположены несколько точек, которые фиксируют изменения сопротивления, давления и температуры.

Длина термопарФото – Длина термопар

Виды изоляции термопар

В зависимости от того, кто производитель, области применения и вида металла термопар, у них бывает разные защитные покрытия. Рассмотрим самые распространенные:

  • 316SS (нержавеющая сталь): сравнительно устойчива к коррозии и долговечна, но такой кабель не выдержит высоких градусов;
  • 304SS: также нержавейка, но с меньшим гидро-сопротивлением;
  • Инконель 600: материал рекомендуется для высоко коррозионных сред. Им покрываются многие импортные приборы.

Часто также можно встретить минеральный кожух (скажем, керамический материал), в основном им покрывают термопары для высоких температур.

Установка термопары

В зависимости от типа прибора, где Вам нужна термопара, будет значительно разниться её принцип установки. Монтаж датчика в духовку осуществляется очень легко, например у Indesit такое описание: нужно снять дно плиты и в него встроить в нужное отверстие провода термопары, после остается только градуировка. Если Вас интересует установка старого датчика, то перед подключением такого регулятора, нужно прочистить его головку наждачной бумагой средней зернистости.

Установка термопарыФото – Установка термопары

Замена термопары и калибровка производится только специалистом, чтобы не подвергать опасности Вас и Вашу семью. Крепление должно быть герметичным, иначе при поломке прибора он может дать искру, которая станет причиной взрыва или пожара.

Помните, для соединения этого приспособления к определенным приборам Вам понадобится компенсационный провод для термопар. Для каждого вида он имеет свои собственные характеристики включения. Также с целью контроля работы прибора часто присоединяется к цепочке градуировочная таблица, её можно купить в любом электротехническом магазине. Она поможет составить график перемены температур, напряжение и их зависимость от внешних факторов.

Нужно отметить, что изготовление такого датчика – это задача не из легких, часто самодельная термопара сильно грешит при работе или просто не включается. Мы рекомендуем всегда пользоваться только проверенными марками. Каждые полгода нужна проверка корректности данных (при постоянной работе проверить нужно прибор каждые три месяца), для поверки также вызывайте мастера.

Каждый производитель предоставляет свою стоимость этих приборов. Также, возможно, будет разная цена на термопары для газовых плит в разных городах и странах: России (Москве, Санкт-Петербург –СПб), Украине, Беларуси и т.д.

www.asutpp.ru

Принцип действия термопары

Рассмотрим, что называется термоэлектричеством и в чем заключается принцип работы термопары. Если взять два разнородных металла, спаять их концы, а два других конца присоединить к гальванометру, то при нагреве места спая металлов гальванометр может показать наличие тока в цепи. Совокупность пары металлов, используемая в этом случае, называется термопарой или термоэлементом. Появившийся в цепи ток называется термоэлектрическим, а электродвижущая сила (ЭДС), порождающая этот ток, называется термоэлектродвижущей силой.

Термоэлектродвижущая сила

Термоэлектродвижущая сила по величине довольно мала и приблизительно пропорциональна разности температур спая окружающей среды. Приводим таблицу термо- ЭДС в вольтах некоторых пар металлов при разности температур спая и окружающей среды 100 °С (таблица 1).

Таблица 1

Термоэлектродвижущая сила термопар

Металлы спай Величина ЭДС в В
Сурьма – висмутМедь – железо Медь – константанСеребро – константан Серебро – никельПлатина – платинародий (сплав 90 % платины и 10 % родия –0,011+0,001 –0,0047–0,0041 –0,0024

–0,001

Знак + обозначает, что ток идет через нагретый спай от первого металла ко второму. Важнейшим применением термоэлементов является использование их для измерения температуры. Термометр, действие которого основано на применении термопар, устроен следующим образом. В фарфоровой трубке помещают две проволочки (например, из платины и платинородия). Место спая проволок помещают в зону высокой температуры. Свободные концы проволок присоединяют к зажимам гальванометра, шкала которого имеет деления в градусах Цельсия. Термопары дают возможность измерять высокие (до 2000 °С и выше) и низкие температуры. Точность термопар выше точности термометров другого типа.

Источник: Кузнецов М. И., "Основы электротехники" - 9-е издание, исправленное - Москва: Высшая школа, 1964 - 560с.

www.electromechanics.ru

Термопара: принцип действия, устройство

Существует огромное количество различных устройств и устройств, позволяющих определять температуру. Некие из их используются в ежедневной жизни, какие-то — для разных физических исследовательских работ, в производственных процессах и других отраслях.

Одним из таких устройств является термопара. Принцип деяния и схему данного устройства мы разглядим в следующих разделах.

Физическая база работы термопары

Механизм работы термопары основан на обыденных физических процессах. В первый раз эффект, на базе которого работает данное устройство, был изучен германским ученым Томасом Зеебеком.

Термопара: принцип действия, устройство

Сущность явления, на котором держится принцип деяния термопары, в последующем. В замкнутом электронном контуре, состоящем из 2-ух проводников различного вида, при воздействии определенной температуры среды появляется электричество.

Получаемый электронный поток и температура среды, воздействующая на проводники, находятся в линейной зависимости. Другими словами чем выше температура, тем больший электронный ток вырабатывается термопарой. На этом и основан принцип деяния термопары и указателя температуры сопротивления.

При всем этом один контакт термопары находится в точке, где нужно определять температуру, он называется «жарким». 2-ой контакт, другими словами — «прохладный», — в обратном направлении. Применение для измерения термопар допускается только в этом случае, когда температура воздуха в помещении меньше, чем в месте измерения.

Такая короткая схема работы термопары, принцип деяния. Виды термопар мы разглядим в последующем разделе.

Виды термопар

В каждой отрасли индустрии, где нужны измерения температуры, в главном применяется термопара. Устройство и механизм работы разных видов данного агрегата приведены ниже.

Хромель-алюминиевые термопары

Данные схемы термопар используются почти всегда для производства разных датчиков и щупов, позволяющих держать под контролем температуру в промышленном производстве.

Термопара: принцип действия, устройство

Их различительными особенностями можно именовать достаточно малую стоимость и большой спектр измеряемой температуры. Они позволяют зафиксировать температуру от -200 до +13000 градусов Цельсия.

Нецелесообразно использовать термопары с схожими сплавами в цехах и на объектах с высочайшим содержанием серы в воздухе, потому что этот хим элемент плохо оказывает влияние как на хром, так и на алюминий, вызывая нарушения в функционировании устройства.

Хромель-копелевые термопары

Принцип деяния термопары, контактная группа которой состоит из этих сплавов, таковой же. Но эти устройства работают в главном в воды или газообразной среде, обладающей нейтральными, неагрессивными качествами. Верхний температурный показатель не превосходит +8000 градусов Цельсия.

Применяется схожая термопара, принцип деяния которой позволяет использовать ее для установления степени нагрева каких-то поверхностей, к примеру, для определения температуры мартеновских печей или других схожих конструкций.

Железо-константановые термопары

Данное сочетание контактов в термопаре не так всераспространено, как 1-ая из рассматриваемых разновидностей. Механизм работы термопары таковой же, но схожая композиция отлично показала себя в разреженной атмосфере. Наибольший уровень замеряемой температуры не должен превосходить +12500 градусов Цельсия.

Термопара: принцип действия, устройство

Но, если температура начинает подниматься выше +7000 градусов, существует опасность нарушения точности измерений в связи с конфигурацией физико-химических параметров железа. Имеют место даже случаи коррозии стального контакта термопары при наличии в окружающем воздухе аква паров.

Платинородий-платиновые термопары

Более дорогая в изготовлении термопара. Принцип деяния таковой же, но отличается она от собственных братьев очень размеренными и достоверными показаниями температуры. Имеет пониженную чувствительность.

Основная область внедрения данных устройств — измерение больших температур.

Вольфрам-рениевые термопары

Также используются для измерения сверхвысоких температур. Наибольший предел, который можно зафиксировать при помощи данной схемы, добивается 25 тыщ градусов по шкале Цельсия.

Их применение просит соблюдения неких критерий. Так, в процессе измерения температуры необходимо вполне убрать окружающую атмосферу, которая оказывает негативное воздействие на контакты в итоге процесса окисления.

Для этого вольфрам-рениевые термопары обычно помещают в защитные кожухи, заполненные инертным газом, защищающим их элементы.

Выше подверглась рассмотрению любая существующая термопара, устройство, механизм работы ее зависимо от используемых сплавов. Сейчас разглядим некие конструктивные особенности.

Термопара: принцип действия, устройство

Конструкции термопар

Существует две главные разновидности конструкций термопар.

  • С применением изоляционного слоя. Данная конструкция термопары предугадывает изолирование рабочего слоя устройства от электронного тока. Схожая схема позволяет использовать термопару в технологическом процессе без изоляции входа от земли.

  • Без внедрения изоляционного слоя. Такие термопары могут подключаться только к измерительным схемам, входы которых не имеют контакта с землей. Если данное условие не соблюдается, в устройстве возникнет две независящих замкнутых схемы, в итоге чего показания, приобретенные при помощи термопары, не будут соответствовать реальности.

Термопара: принцип действия, устройство

Бегущая термопара и ее применение

Существует отдельная разновидность данного устройства, называемая «бегущей». Принцип деяния бегущей термопары мы на данный момент разглядим более тщательно.

Эта конструкция применяется в главном для определения температуры металлической заготовки при ее обработке на токарных, фрезерных и других схожих станках.

Термопара: принцип действия, устройство

Необходимо подчеркнуть, что в этом случае может быть внедрение и обыкновенной термопары, но, если процесс производства просит высочайшей точности температурного режима, бегущую термопару тяжело переоценить.

При применении данного способа в заготовку заблаговременно запаивают ее контактные элементы. Потом, в процессе обработки болванки, данные контакты повсевременно подвергаются воздействию резца либо другого рабочего инструмента станка, в итоге чего спай (который является основным элементом при снятии температурных характеристик) вроде бы «бежит» по контактам.

Этот эффект везде применяется в металлообрабатывающей индустрии.

Технологические особенности конструкций термопар

При изготовлении рабочей схемы термопары делается спайка 2-ух железных контактов, которые, как понятно, сделаны из различных материалов. Место соединения носит заглавие «спай».

Необходимо подчеркнуть, что делать данное соединение при помощи спайки необязательно. Довольно легко скрутить совместно два контакта. Но таковой метод производства не будет владеть достаточным уровнем надежности, также может давать погрешности при снятии температурных характеристик.

Если нужно измерение больших температур, спайка металлов заменяется на их сварку. Это связано с тем, что почти всегда припой, используемый при соединении, имеет низкую температуру плавления и разрушается при превышении ее уровня.

Схемы, при изготовлении которых была использована сварка, выдерживают более широкий спектр температуры. Да и этот метод соединения имеет свои недочеты. Внутренняя структура металла при воздействии высочайшей температуры в процессе сваривания может поменяться, что воздействует на качество получаемых данных.

Не считая того, следует держать под контролем состояние контактов термопары в процессе ее эксплуатации. Так, может быть изменение черт металлов в схеме вследствие воздействия брутальной среды. Может произойти окисление или обоюдная диффузия материалов. В схожей ситуации следует поменять рабочую схему термопары.

Разновидности спаев термопар

Современная промышленность производит несколько конструкций, которые используются при изготовлении термопар:

  • с открытым спаем;

  • с изолированным спаем;

  • с заземленным спаем.

Особенностью термопар с открытым спаем является нехорошая сопротивляемость наружному воздействию.

Последующие два типа конструкции могут применяться при измерении температур в брутальных средах, оказывающих разрушительное воздействие на контактную пару.

Не считая того, в текущее время индустрия осваивает схемы производства термопар по полупроводниковым технологиям.

Термопара: принцип действия, устройство

Погрешность измерений

Корректность температурных характеристик, получаемых при помощи термопары, находится в зависимости от материала контактной группы, также наружных причин. К последним можно отнести давление, радиационный фон или другие предпосылки, способные воздействовать на физико-химические характеристики металлов, из которых сделаны контакты.

Погрешность измерений состоит из последующих составных частей:

  • случайная погрешность, вызванная особенностями производства термопары;

  • погрешность, вызванная нарушением температурного режима «прохладного» контакта;

  • погрешность, предпосылкой которой послужили наружные помехи;

  • погрешность контрольной аппаратуры.

Достоинства использования термопар

К преимуществам использования схожих устройств для контроля температуры, независимо от области внедрения, можно отнести:

  • большой просвет характеристик, которые способны быть зафиксированы при помощи термопары;

  • спайку термопары, которая конкретно участвует в снятии показаний, можно расположить в конкретном контакте с точкой измерения;

  • легкий процесс производства термопар, их крепкость и долговечность эксплуатации.

Недочеты измерения температуры при помощи термопары

К недочетам внедрения термопары следует отнести:

  • Необходимость в неизменном контроле температуры «прохладного» контакта термопары. Это отличительная особенность конструкции измерительных устройств, в базе которых лежит термопара. Принцип деяния данной схемы сузивает область ее внедрения. Они могут быть применены исключительно в том случае, если температура окружающего воздуха ниже температуры в точке измерения.

  • Нарушение внутренней структуры металлов, используемых при изготовлении термопары. Дело в том, что в итоге воздействия наружной среды контакты теряют свою однородность, что вызывает погрешности в получаемых температурных показателях.

  • В процессе измерения контактная группа термопары обычно подвержена нехорошему воздействию среды, что вызывает нарушения в процессе работы. Это снова же просит герметизации контактов, что вызывает дополнительные издержки на сервис схожих датчиков.

  • Существует опасность воздействия электрических волн на термопару, конструкция которой предугадывает длинноватую контактную группу. Это также может сказаться на результатах измерений.

  • В неких случаях встречается нарушение линейной зависимости меж электронным током, возникающим в термопаре, и температурой в месте измерения. Схожая ситуация просит калибровки контрольной аппаратуры.

Заключение

Невзирая на имеющиеся недочеты, способ измерения температуры при помощи термопар, который был в первый раз придуман и опробован еще в 19 веке, отыскал свое обширное применение во всех отраслях современной индустрии.

Не считая того, есть такие области внедрения, где внедрение термопар является единственным методом получения температурных данных. А ознакомившись с данным материалом, вы довольно много разобрались в главных принципах их работы.

tipsboard.ru


Каталог товаров