Термопара — принцип работы | Сиб Контролс

Принцип работы термопар

Если два провода из разнородных металлов соединены друг с другом на одном конце, на другом конце данной конструкции, за счет контактной разницы потенциалов, появляется напряжение (ЭДС), которое зависит от температуры. Иными словами, соединение двух разных металлов ведет себя как гальванический элемент, чувствительный к изменению температуры. Такой вид температурного сенсора называется термопарой:

 

Данное явление предоставляет нам простой путь для нахождения электрического эквивалента температуры: необходимо просто измерить напряжение и Вы можете определить температуру этого места соединения двух металлов. И это было бы просто, если бы не следующее условие: когда Вы присоедините любой вид измерительного прибора к проводам термопары, то неизбежно сделаете второе место соединения разнородных металлов.

Следующая схема показывает, что железо — медное соединение J1 обязательно дополняется вторым железо — медным соединением J2 противоположной полярности:

Соединение J1 железа и меди (двух разнородных металлов) будет генерировать напряжение, зависящее от измеряемой температуры. Соединение J2, которое фактически необходимо , что мы каким-то образом подключили наши медные входные провода вольтметра к железной проволоке термопары, также соединение разнородных металлов, которое тоже будет генерировать напряжение, зависящее от температуры. Далее необходимо отметить, что полярность соединения J2 противоположна полярности соединения J1 (железный провод положительный; медный — отрицательный). В данное схеме имеется так же третье соединение (J3), но оно не оказавает влияние, потому что это соединение двух идентичных металлов, которое не создает ЭДС. Генерация второго напряжения соединением J2 помогает объяснить, почему вольтметр регистрирует 0 вольт, когда вся система будет при комнатной температуре: любые напряжения созданные точками соединения разнородных металлов будут равны по величине и противоположны по полярности, что и приведет к нулевым показаниям. Только тогда, когда два соединения J1 и J2 находятся при разных температурах, вольтметр зарегистрирует какое-то напряжение.

Мы можем выразить эту связь математически следующим образом:

Vmeter = V_J1 − V_J2

Понятно, что вольтметр «видит» только разницу между этими двумя напряжениями, генерируемыми в точках соединения.

Таким образом, термопары – это исключительно дифференциальные температурные сенсоры. Они формируют электрический сигнал, пропорциональный разнице температур между двумя различными точками. Поэтому, место соединения (спай), которое мы используем,чтобы измерить необходимую температуру, называют «горячим» спаем, в то время как другое место соединения (от которого мы никак не можем избежать) называется «холодным» спаем. Такое название произошло от того, что обычно, измеряемая температура выше температуры, в которой находится измерительный прибор. Большая часть сложностей применения термопар связана с именно напряжением «холодного» спая и необходимости иметь дело с этим (нежелательным) потенциалом. Для большинства применений необходимо измерять температуру в одной определённой точке, а не разницу температур между двумя точками, что делает термопара по определению.

Существует несколько методов, чтобы заставить датчик температуры на базе термопары измерять температуру в нужной точке, и они будут рассмотрены ниже.

Студенты и профессионалы очень часто находят общий принцип влияния «холодного» спая и его эффектов невероятно запутанным. Чтобы разобраться в данном вопросе, необходимо вернуться к простому контуру с железо — медными проводами, показанному ранее как «отправная точка», а затем вывести поведение данного контура, применяя первый закон Кирхгоффа: алгебраическая сумма напряжений в любом контуре должна быть равна нулю. Мы знаем, что соединение разнородных металлов создает напряжение, если его температура выше абсолютного нуля. Мы также знаем, что с тем, чтобы сделать полный контур из железного и медного провода, мы должны сформировать второе соединение железа и меди, полярность напряжения этого второго соединения будет обязательно противоположной полярности первого. Если мы обозначим первое соединение железа и меди как J1, а J2 второе, мы абсолютно уверенны в том, что напряжение, измеренное вольтметром в этой схеме, будет V

J1 − V_J2.

Все контуры термопары – независимо от того, простые они или сложные – демонстрируют эту фундаментальную особенность. Необходимо мысленно представить простой контур из двух разнородных металлических проводов и затем, выполняя «мысленный эксперимент», определить, как этот контур будет вести себя в местах соединения при одинаковой температуре и при различных температурах. Это — лучший способ для любого человека понять, как работают термопары.

Принцип работы термопары. Статья компании Технонагрев

Термопара — это обычный элемент измерения температуры, который очень часто сейчас используется в различном оборудовании. Термопара имеет четкое соответствие сигнала температуры и возникающего электрического потенциала, тем самым делая возможным преобразование электрических параметров в значение температуры.

Принцип работы термопары заключается в том, что когда два разных проводника или полупроводника A и B образуют цепь и два их конца соединены друг с другом, пока температура в двух узлах разная, температура на одном конце равна t ( что называется рабочим концом или горячим концом), а температура на другом конце равна t0 (известном как свободный конец, который также известен как контрольный конец или холодный конец), петля будет генерировать электродвижущую силу, направление и размер которой связаны с материалом проводника и температурой двух контактов.

 

Это явление называется термоэлектрическим эффектом, а схема, состоящая из двух проводников, называется термопарой. Эти два проводника называются термоэлектрическим полюсом, а генерируемая электродвижущая сила называется термоэлектрической электродвижущей силой

.

Термоэлектрическая ЭДС состоит из двух частей. Одна — это контактная ЭДС двух проводников, а другая — ЭДС разности температур одного проводника. Величина термоэлектрической ЭДС в контуре термопары напрямую связана с материалом проводника и температурой двух контактов, но не с формой и размером датчика термопары. Когда два электродных материала термопары зафиксированы, термоэлектрическая ЭДС будет иметь температуру двух контактов t и t0.

Это соотношение широко используется при практическом измерении температуры. Поскольку холодный конец t0 постоянен, термоэлектрическая ЭДС, создаваемая датчиком термопары, изменяется только с температурой горячего конца (измерительного конца), то есть определенная термоэлектрическая ЭДС соответствует определенной температуре.

Достичь цели измерения температуры можно только путем измерения термоэлектрической ЭДС.

Основной принцип измерения температуры термопарой заключается в том, что два разных компонента проводников из материала образуют замкнутую цепь.

Когда на обоих концах есть температурный градиент, через цепь будет проходить ток, а затем возникнет электродвижущая сила — термоэлектрическая электродвижущая сила между двумя концами, что является так называемым

эффектом Зеебека. Два типа однородных проводников с разными компонентами — это термоэлектрические полюса, один с более высокой температурой — рабочий конец, другой с более низкой температурой — свободный конец, а свободный конец обычно имеет постоянную температуру. В соответствии с функциональным соотношением между термоэлектрической ЭДС и температурой составляется градуированная таблица термопары. Градуировочная таблица получается, когда температура свободного конца составляет 0 ℃, и разные термопары имеют разные градуированные таблицы.

Когда третий металлический материал подключен к цепи термопары, пока температура двух контактов материала одинакова, термоэлектрический потенциал, создаваемый датчиком термопары, останется неизменным, то есть на него не повлияет третий металл в цепи. Следовательно, когда термопара используется для измерения температуры, ее можно подключить к измерительному прибору, и температура измеряемой среды может быть известна после измерения термоэлектрической ЭДС. При измерении температуры термопары необходимо, чтобы температура ее холодного конца (измерительный конец — это горячий конец, а конец, соединенный с измерительной схемой через подводящий провод, называется холодным концом), должна оставаться неизменной, а ее тепловой потенциал пропорционален измеренной температуре. Если температура холодного конца (окружающей среды) изменится во время измерения, это серьезно повлияет на точность измерения. Принятие некоторых мер для компенсации влияния, вызванного изменением температуры холодного конца, называется нормальной компенсацией холодного конца термопары.

Специальный компенсационный провод используется для соединения с измерительным прибором.

В компании ТЕХНОНАГРЕВ вы можете заказать изготовление термопар типов К или J с необходимой вам формой и параметрами. Подробнее о наших термопарах смотрите на странице здесь.

принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.

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.

Стандартная термопара

Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термопары

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.

Термопара в электрической цепи

Спай термопары

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 термопары

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.

Воздействие нагрева одного спая термопары

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 термопары

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.

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

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.

Рабочий спай и холодный спай

Типы термопары

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.

Типы термопар и диапазон их температур

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.

Цвет изоляции проводов термопар

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.

Неисправности термопары

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.

Потенциометр

Термопары. Виды и состав. Устройство и принцип действия

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.

Устройство термопары

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.

Термопары являются 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°С. 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.

Принцип действия

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.

Разновидности

Температурные датчики на основе термопары разделяются по типу применяемых металлов.

Термопары из неблагородных металлов

Железо-константановые:

• Достоинством стала низкая стоимость.
• Нельзя применять при температуре менее ноля градусов, так как на металлическом выводе влага создает коррозию.
• После термического старения показатели измерений возрастают.
• Наибольшая допустимая температура использования +500°С, при более высокой температуре выводы очень быстро окисляются и разрушаются.
• Железо-константановый вид является наиболее подходящим для вакуумной среды.

Хромель-константановые:

• Способны работать при пониженных температурах.
• Материалы электродов обладают термоэлектрической однородностью.
• Их достоинство – повышенная чувствительность.

Медно-константановые термопары:

• Оба электрода отожжены для создания термоэлектрической однородности.
• Не восприимчивы к высокой влажности.
• Нецелесообразно применять при температурах, превышающих 400°С.
• Допускается применение в среде с недостатком или избытком кислорода.
• Допускается применение при температуре ниже 0°С.

Хромель-алюмелевые термопары:

• Серная среда вредно влияет на оба электрода термодатчика.
• Нецелесообразно применять в среде вакуума, так как из электрода Ni-Cr может выделяться хром. Это явление называют миграцией. При этом термодатчик изменяет ЭДС и выдает температуру ниже истинной.
• Снижение показаний после термического старения.
• Применяется в насыщенной кислородом атмосфере или в нейтральной среде.
• В интервале 200-500°С появляется эффект гистерезиса. Это означает, что при охлаждении и нагревании показания отличаются. Разница может достигать 5°С.
• Широко применяются в разных сферах в интервале от -100 до +1000 градусов. Этот диапазон зависит от диаметра электродов.

Нихросил-нисиловые:

• Наиболее высокая точность работы из всех термопар, изготовленных из неблагородных металлов.
• Повышенная стабильность функционирования при температурах 200-500°С. Гистерезис у таких термодатчиков значительно меньше, чем у хромель-алюмелевых датчиков.
• Допускается работа в течение короткого времени при температуре 1250°С.
• Рекомендуемая температура эксплуатации не превышает 1200°С, и зависит от диаметра электродов.
• Этот тип термопары разработан недавно, на основе хромель-алюмелевых термодатчиков, которые могут быстро загрязняться различными примесями при повышенных температурах. Если спаять два электрода с кремнием, то можно заранее искусственно загрязнить датчик. Это позволит уменьшить риск будущего загрязнения при работе.

Термодатчики из благородных металлов

Платинородий-платиновые:

• Наибольшая рекомендуемая температура эксплуатации 1350°С.
• Допускается кратковременное использование при 1600°С.
• Нецелесообразно использовать при температуре менее 400°С, так как ЭДС будет нелинейной и незначительной.
• При температуре более 1000°С термопара склонна к загрязнению кремнием, содержащимся в керамических изоляторах. Поэтому рекомендуется применять керамические трубки из чистого оксида алюминия.
• Способны работать в окислительной внешней среде.
• Если температура работы более 900°С, то такие термодатчики загрязняются железом, медью, углеродом и водородом, поэтому их запрещается армировать стальными трубками, либо необходимо изолировать электроды керамикой с газонепроницаемыми свойствами.

Платинородий-платинородиевые:

• Оптимальная наибольшая рабочая температура 1500°С.
• Нецелесообразно использование при температуре менее 600°С, где ЭДС нелинейная и незначительная.
• Допускается кратковременное использование при 1750°С.
• Может применяться в окислительной внешней среде.
• При температуре 1000 и более градусов термопара загрязняется кремнием, поэтому рекомендуется применять керамические трубки из чистого оксида алюминия.
• Загрязнение железом, медью и кремнием ниже, по сравнению с предыдущими видами.

Преимущества

1. Прочность и надежность конструкции.
2. Простой процесс изготовления.
3. Спай датчика можно заземлять или соединять с объектом измерения.
4. Широкий интервал эксплуатационных температур, что позволяет считать термоэлектрические датчики наиболее высокотемпературными из контактных видов.

Недостатки

• Материал электродов реагирует на химические вещества, и при плохой герметичности корпуса датчика, его работа зависит от атмосферы и агрессивных сред.
• Градуировочная характеристика изменяется из-за коррозии и появления термоэлектрической неоднородности.
• Требуется проверять температуру холодных спаев. В новых устройствах измерительных приборов на базе термодатчиков применяется измерение холодных спаев полупроводниковым сенсором или термистором.
• На большой длине удлинительных и термопарных проводников может появляться эффект «антенны» для имеющихся электромагнитных полей.
• ЭДС зависит от температуры по нелинейному графику, что затрудняет проектирование вторичных преобразователей сигнала.
• Если серьезные требования предъявляются к времени термической инерции термодатчика, и требуется заземлять спай, то необходимо изолировать преобразователь сигнала, чтобы не было утечки тока в землю.

Рекомендации по эксплуатации

Точность и целостность системы измерений на основе термопарного датчика может быть увеличена, если соблюдать определенные условия:

• Не допускать вибраций и механических натяжений термопарных проводников.
• При применении миниатюрной термопары из тонкой проволоки. Необходимо применять ее только в контролируемом месте, а за этим местом следует применять удлинительные проводники.
• Рекомендуется применять проволоку большого диаметра, не изменяющую температуру измеряемого объекта.
• Использовать термодатчик только в интервале рабочих температур.
• Избегать резких перепадов температуры по длине термодатчика.
• При работе с длинными термодатчиками и удлинительными проводниками, необходимо соединить экран вольтметра с экраном провода.
• Для вспомогательного контроля и температурной диагностики используют специальные температурные датчики с 4-мя термоэлектродами, позволяющими выполнять вспомогательные температурные измерения, сопротивления, напряжения, помех для проверки надежности и целостности термопар.
• Проводить электронную запись событий и постоянно контролировать величину сопротивления термоэлектродов.
• Применять удлиняющие проводники в рабочем интервале и при наименьших перепадах температур.
• Применять качественный защитный чехол для защиты термопарных проводников от вредных условий.

Похожие темы:

Термопара – устройство и принцип работы простым языком

Практически каждое отопительное оборудование требует применения дополнительных элементов, предостерегающих систему от перегрева. Одним из таких контролеров считается термопара. Принцип ее работы заключается в регулярном измерении температурного режима для поддержания заданного значения.

Общие характеристики

Согласно Номинальных статических характеристик преобразования ГОСТ Р8.585-2001 термопара – устройство, состоящее из 2-х разнородных контактирующих друг с другом проводников, предназначенное для измерения температуры. При изменении температурного режима на одном участке создается напряжение, вследствие чего происходит конвертация температуры в электроток.

Термопары

Конструкция элемента устроена из двух разнотипных проводников, которые соединяются друг с другом в одном узле. Существует три типа соединений:

• спайка;
• ручная скрутка;
• сварка.

Зачастую в виде проводящих электроэнергию элементов применяется металлический проводник, однако встречаются случаи, когда вместо него используют полупроводниковые устройства. 

Параметры устройства определяет материал, из которого изготовлены проводники. Понятно, что любой металл образует сопротивление, значит будет производить электроток. Но для корректной работы термопары используются определенные сплавы, которые выдают прогнозируемые вводные и точно с минимальной погрешностью определяют зависимость между температурой и сопротивлением. Для определенного диапазона должен использовать определенный материл.

Говоря простым языком, термопара, в зависимости от материалов, из которых состоят проводники, позволяет определять температурный режим в разнообразных диапазонах значений. В целом, термопара определяет температуру ориентировочно от -250°С до +2 000°С.

ВИДЕО: Измерение температуры с помощью термопары

Принцип действия термопары

Вне зависимости от имени производителя, работа всех термопар основывается на термоэлектрической схеме, разработанной в 1821 году известным физиком Т.И. Зеебеком. Принцип действия термопары заключается в поочередном соединении двух разновидных переходника в одно замкнутое кольцо. Первый узел предназначен для нагрева, в результате чего, по кольцу образовывается электрический движущий заряд, который называется – термо-ЭДС. Под влиянием ЭДС-силы, по цепочке протекает электрически ток.

Схематическая работа устройства

Сама область нагрева называется узлом нагревательного предназначения, второй конец обозначается как холодный спай.

Чтобы измерить значение микро или милливольт электрической движущей силы, следует разъединить кольцо и соединить его при помощи микровольтметра. Количество милливольт полностью зависит от интенсивности нагрева соединений и температурного режима холодного узла. Принцип работы простым языком базируется на разности значений температуры двух соединительных спаев, между холодным и горячим обозначением.

Получается, что если область спая двух разных проводов нагреть, то в зоне несоединенных концов образуется разносторонний потенциал, измеряемый специальным инструментом. Преобразователи, разработанные по инновационным технологиям, возникшую разность электрической силы переводят в цифровые символы, обозначающие температурный режим нагрева соединенных узлами частей.

Конструкция устройства

Устройство производится разных форм и размеров. Подразделяется по конструктивному производству на два основных типа:

• термопары, не имеющие корпуса;
• с кожухом, служащим в качестве защиты.

В первом случае устройство в месте соединения не имеет закрытого корпуса, выполняющего защитную функцию от разнообразных воздействий внешней окружающей среды. Данный вид обеспечивает быстрое определение инертности и температурного режима, не затрачивая на процесс много времени.

Термопара для котельного оборудования

Второй тип производится подобно зонду, который выполнен из металлической трубы с хорошей внутренней изоляцией, способной противостоять высоким температурным показателям. Изнутри термопар оснащен термоэлектрической системой. Конструкция с защитным корпусом не поддается воздействиям агрессивной среды.

Разновидности термопары

Принцип работы термопара достаточно прост и понятен, однако, прежде чем создать устройство своими руками, следует знать, чем отличаются такие модификации как ТХА,TKX, ТПП, ТСП, ТПР и ТВР, а также, по каким критериям и группам они распределяются.

• Группа Е – состоит из комбинированного материала — хромель-константан. Соединительный спай обладает повышенной производительностью – более 69 мкВ/^оС, подходящей для криогенного применения. Помимо всего, система не имеет магнитные свойства, а температурный режим варьируется от – 50°С до + 740°С.
• Группа J – термоэлектроны производятся из положительного железа и отрицательного типа константаны. Разбег функционирования данной серии термопара меньше, чем в прошлой группе -40°С — + 750°С, однако показатель чувствительности более высокий – 50 мкВ/°С.
• Группа К – самый распространенный тип устройств, состоящий из комбинации материалов – алюминий и хромель. Производительность системы равняется 40 мкВ/°С, функционирование происходит в пределах температурных показателей от – 200°С до 1 350°С. Следует помнить, что даже при низком уровне окисления в диапазоне температуры 800-1050°С, элемент из хромеля отсоединяется и приобретает намагниченное состояние, что называется «зеленая гниль». Данный фактор отрицательно сказывается на функционировании регулятора.
• Группа М – применяется в комплектациях печей вакуумного вида. Рабочие силы варьируются от -260 до + 1400°С с максимальной погрешностью в 2 градуса.

Принцип работы термопары

• Группа N – устройство выпускается для использования в устройствах обладающих температурными обозначениями – 270 и 1300°С, что является гарантией хорошей работоспособности и устойчивости перед окислительными процессами. Чувствительность не превышает 40 мкВ/°С.
• Группы В, S, R отличаются стабильной работой с более пониженным ЭДС – 10мкВ/°С. Из-за плохой чувствительности, используется исключительно для определения повышенных температур.
• Группы В, С, S – первый символ обозначает модификацию, подходящую для измерения температуры до 1 800^оС, S – 1 600°С, С – до 1 500.
• Рениево-вольфрамовые термопары применяются для измерения высоких температур 25 000°С и менее. Также устройство предназначено для устранения окислительной атмосферы, разрушающей материал.

Термопары хромель-алюмель

Монтаж

Принципиальной разницы между установкой российского или европейского оборудования нет – схема везде одинакова. Мы опишем самый простой способ.

1. Откручиваете гайку внутри резьбового соединения к газопроводу.
2. На самой термопаре откручиваете компенсационный винт.
3. В отверстие монтажного кронштейна вставляете термопару.
4. Протрите место соединения ветошью резьбовое соединение и гайку.
5. Закрутите соединение до упора, но не затягивайте слишком сильно. Если есть необходимость, можно использовать прокладку.

Контролер газовой плиты должен быть соединен максимально плотно, но чтобы его можно было снять по мере надобности.

Термопара для печи

Обратите внимание на то, чтобы обе трубы были направлены строго вниз.

Теперь разбираемся, как работает. Концевой выключатель всегда расположен на несколько сантиметров ниже пленума под автоматом контроля безопасности плиты. Когда пленум нагревается до предела, выключатель дает сигнал на отключение горелки и сразу же срабатывает вентилятор. В этот момент происходит резкое снижение температуры.

На некоторых устройствах вентилятор не останавливается. Причиной этого может быть выключенный контроль вентилятора (посмотрите на рычаг, он должен быть на отметке «вкл») либо выход из строя термостата. Как вариант, может быть установлен ручной режим вместо автоматического.

После установки устройства необходимо проверить правильность работы. И если настройка происходит в лабораторных условиях, то калибровать термопару можно и собственноручно.

Для этого снимаете крышку блока управления и смотрите на циферблат. Со стороны вентилятора есть 2 датчика, которые изначально настроены на 25°F. Вам нужно выставить верхний на 115°F, нижний – не меньше 90°F.

Если во время градуировки или калибровки отчетливо слышен запах газа, необходимо проверить уплотнители или вызвать службы газа на предмет выявления утечки.

Преимущества и недостатки применения измерителя

Температурный датчик, невзирая на простоту в устройстве, обладает как преимуществами, так и недостатками.

Плюсы:

• Широкий диапазон температурных режимов, делающих устройство самым устойчивым контактным датчиком перед высокими показателями.
• В результате нарушения целостности спая можно полностью заменить узел или создать прямой контакт непосредственно через измеряемые системы.
• Простота устройства, прочность и большой эксплуатационный срок.

Термопара «Арбат»

Минусы:

• При установке температурного датчика необходимо регулярно контролировать изменения напряжения холодных спаев. Для облегчения задачи требуется приобрести дополнительный термистор. Также можно заменить устаревший прибор полупроводниковым сенсором, способным автоматически вносить изменения в ТЭДС.
• Подверженность к поражению коррозией, в результате чего происходит термоэлектрическая недостаточность и нарушение градуировочных характеристик.
• Электроды состоят из материалов, которые не считаются химически инертным, поэтому при нарушении герметичности корпуса система становится подверженной агрессивным процессам окружающей среды.
• Длинные термопарные провода образовывают электромагнитное поле.
• Возникают сложности в процессе создания вторичного преобразователя сигналов из-за несущественного взаимодействия ТЭДС и температурных режимов.
• Для стабильной работы с термической инерцией, обязательным условием термопара считается обеспечение качественной электроизоляцией, заземление функционирующих спаев, предостерегающих от возникновения утечки в землю.

ВИДЕО: Сравнение термосопротивления и термопары. Основы измерения температуры от Emerson

Термопара. Принцип работы

Полное название устройства – термоэлектрический преобразователь. Упрощенно его называют термопарой. Прибор используется для температурных замеров в тех или иных отраслях промышленности и производства, медицины, автоматизированных системах.

Для чего нужны термопары

Назначением всех термопар является измерение температур. Во внимание принимаются такие параметры измеряемого объекта, как его объем и давление внутри, электросопротивление, показатели термоэлектродвижущих сил, интенсивность излучений и пр.

Исходя из того, в каком диапазоне необходимо проводить замеры температуры, прибегают к двум разновидностям замеров:

• контактный – так называемая термометрия;
• бесконтактный – на основе анализа теплового излучения.

Что касается второго вида измерения, к нему прибегают при необходимости замерить очень горячие среды, либо если нет возможности получить прямой доступ к объекту. Измерения посредством термопар проводятся методом прямого контакта.

Плюсы данного способа именно по отношению к термопарам заключаются в:

• повышенной степени точности проводимых замеров;
• существенных температурных разбросах, доступных для измерения;
• простоте использования и надежности прибора.

Принцип функционирования термопары

Любая термопара состоит из двух проводов, которые спаяны между собой и при этом произведены из различающихся по своим физическим параметрам металлов. Провода скрепляются посредством так называемого спая. При воздействии на спай измененных температур термопара начинает реагировать на это и генерировать электрическое напряжение, которое всегда находится в прямо пропорциональной зависимости от величины колебания температуры.

При присоединении термопары к электроцепи величина сгенерированного напряжения отображается на специальной шкале прибора. Затем эти показания преобразуются в температурные – либо непосредственно внутри самого прибора, либо согласно откалиброванной выносной шкале.

Спаи на термопарах и требования к ним

Как правило, конструкция термопары подразумевает наличие лишь одного спая. Иногда предусматривается и еще один – если термопару необходимо подсоединить к электроцепи (непосредственно в точках присоединения).

На схеме цепь включает в себя три проводка – A, B, C. Скрученные провода имеют обозначения D и E. Спай же представлен в виде дополнительного, образующегося при соединении термопары к электроцепи. В приведенном случае спай носит название холодного (свободного), а спай, обозначенный литерой Е – горячего (рабочего).

Поскольку имеет место прямо пропорциональная зависимость между температурными показателями и напряжением, которое генерирует термопара, оба спая генерируют одну и ту же величину напряжения – если температурные показатели на них будут одинаковыми.

Если же спай на термопаре подвергнуть нагреву, то значение напряжения начинает возрастать в прямой соразмерной зависимости. Соответственно, поток отрицательно заряженных частиц от разогретого спая перетекает сквозь второй спай, проходит сквозь измерительное устройство и переходит назад на горячий спай. Соответственно, прибором начинает фиксироваться и демонстрироваться разница напряжений на этих спаях. Эту разницу может преобразовать как оператор через специальные таблицы в соответствующие температурные значения, так и сам прибор – смотря какой модели термопарный измеритель был задействован.

Требования к материалам для изготовления термопар и спаев для них являются строгими, поскольку эксплуатация данных приборов предполагается в жестких средах:

1. Показатели термоэлектродвижущей силы для сплавов в термопарах обязаны быть большими с целью обеспечения необходимой точности проводимых замеров. Производители подбирают материалы таким образом, чтобы величины термоэлектродвижущих сил находились в линейной зависимости от температурных величин.
2. Температурные показатели плавления веществ должны быть значительно выше замеряемых температурных значений. Разница составляет при этом как минимум 50 градусов Цельсия.
3. Сплавы должны быть устойчивыми к коррозии. Если данное требование невозможно выполнить по тем или иным причинам, то прибегают к защите при помощи чехлов.
4. Материалы не должны изменять свои физические параметры.
5. Они должны иметь хорошие показатели пластичности и прочности.
6. Наконец, материалы должны иметь низкую цену для возможности изготовления термопар в промышленных масштабах.

Холодные спаи для термопар

Холодные спаи – точки, в которые свободные концы провода термопары присоединяются к прибору для измерения. Так как прибор проводит замеры разности напряжений на спаях, то и напряжение на холодном спае должно быть поддержано на постоянном уровне. Таким образом, гарантирована максимальная точность замеров в разных эксплуатационных условиях.

Горячие (рабочие) спаи в термопарах

Имеется также так называемый рабочий (он же горячий) спай, подвергаемый влиянию технологического процесса. Его температура будет изменяться. Так как напряжение, которое генерирует термопара, прямо пропорционально ее температурным показателям, то во время нагрева горячего спая будет сгенерировано больше напряжения и, наоборот – во время охлаждения меньше.

Разновидности термопар

Производители предлагают потребителям разные виды термопар, которые различаются по диапазонам замеряемых температур, их колебаниям. Изготавливают термопары из самых разных металлов и их вариаций. От того, в какой комбинации были использованы те или иные металлы, будет зависеть и измеряемый температурный диапазон.

Соответственно, производителями была введена специальная маркировка, которая обозначает типы термопар:

Когда термопару подключают к электроцепи, она не будет функционировать в нормальном режиме до тех пор, пока не будут соблюдены правила полярностей.

Так, провода положительного полюса нужно соединить вместе и подсоединить к плюсовым выводам в электроцепи, а минусовые – к минусовым. Если не соблюсти данное правило, то горячий спай и холодный не окажутся в необходимой противофазе, следовательно, температурные показания окажутся неточными.

В термопарах могут использоваться удлинительные провода. Цвет на внешней изоляции проводов соединительного типа может быть произвольным – в зависимости от того или иного изготовителя устройства, но первичная изоляция должна соответствовать кодам из таблицы:

Возможные неисправности в термопарах

Несмотря на то, что термопары относятся к достаточно надежным устройствам, и они могут выходить из строя и выдавать погрешности в замерах. Прежде всего, в этом случае нужно проверить устройство на предмет наличия ослабленного соединения. Если все плотно соединено, то, возможно, проблема кроется в приборе регистрации, либо непосредственно в термопаре.

Примечательно, что в случае неправильных показаний причина почти всегда в приборе регистрации. Ведь, если неисправна сама термопара, то прибор не будет демонстрировать вообще никаких показаний.

Если есть подозрения на выход из строя термопары, то нужно для начала проверить ее сигналы на выходе при помощи потенциометра.

Возможные погрешности в замерах при помощи термопар

Если термопара начала выдавать погрешности при измерениях, которые находятся далеко за пределами допустимых, то следует выявить их причину.

Точность замеров может пострадать из-за влияния сопротивления изоляционных материалов на термоэлектродах. При воздействии на них высоких температур сопротивление может снизиться, что, соответственно, отразится и на точности результатов замеров.

Еще одна причина появления погрешности при замерах – изменения температурных показателей на свободных концах термопары. Во время проведения замеров температура может колебаться и отличаться от температурных показателей на свободных концах устройства во время его градуирования.

Погрешности возможны и в силу того, что термопарные электроды обладают различными значениями в плане термо ЭДС по своей длине. Этот эффект хорошо изучен и даже получил название «термоэлектрическая неоднородность термоэлектродных сплавов». Причина его возникновения – неоднородные физические свойства металла или металлического сплава, из которых изготовлены элементы термопары. В разных участках элементов могут наблюдаться разные параметры плотности металлов и сплавов, неоднородность структуры. Соответственно, производители стараются изготавливать термопары с максимально однородными характеристиками металлов.

Для повышения точности проводимых замеров желательно исключать внешние воздействия – электромагнитные и радиационные поля, химические посторонние реакции и т.д

Если прибор был проградуирован с нарушениями процедуры, то это также будет служить причиной проявления погрешностей.

Все, что нужно знать о термопарах

НОВИНКА!

Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики для измерения температуры. Термопара (термоэлектрический преобразователь) — это два проводника из разных материалов, спаянных с одной стороны (горячий спай) и свободных с другой стороны (холодный спай- условный спай). Приспособление несложное, и принцип действия тоже – когда термопара нагревается или охлаждается, разные металлы меняют температуру с разной скоростью, и разница позволяет возникнуть термоэлектродвижущей силе (ЭДС), или, говоря другими словами, происходит эффект Зеебека. Благодаря этому удается измерить температуру. Непосредственное участие в измерении ложится на горячий спай, а свободные концы подключаются к измерительному прибору. Главной характеристикой термопар, является их Тип, который определяется разновидностью спаянных металлов. На прибор от термопары поступает напряжение в милливольтах, которое он сопоставляет с таблицей напряжений (согласно типу термопары), таблица заложена в памяти прибора и отражает текущее значение измерения. Таблица для Тип K (NiCr-Ni) Typ K Temp. oC 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -200.00 -5,891 -6,035 -6,158 -6,262 -6,344 -6,404 -6,441 -6,458     -100.00 -3,553 -3,852 -4,138 -4,410 -4,669 -4,912 -5,141 -5,354 -5,550 -5,730 0   -0,392 -0,777 -1,156 -1,527 -1,889 -2,243 -2,586 -2,920 -3,242   0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0   0,397 0,796 1,203 1,611 2,022 2,436 2,850 3,266 3,681 100 4,095 5,549 4,919 5,327 5,733 6,137 6,539 6,939 7,338 7,737 200 8,137 8,537 8,938 9,341 9,745 10,151 10,560 10,969 11,381 11,793 300 12,207 12,623 13,039 13,456 13,874 14,292 14,712 15,132 15,552 15,974 400 16,395 16,818 17,241 17,664 18,088 18,513 18,938 19,363 19,788 20,214 500 20,640 21,066 21,493 21,911 22,346 22,772 23,198 23,624 24,050 24,476 600 24,902 25,327 25,751 26,176 26,599 27,022 27,445 27,867 28,288 28,709 700 29,128 29,547 29,965 30,383 30,799 31,214 31,629 32,042 32,455 32,866 800 33,277 33,686 34,095 34,502 34,909 35,314 35,718 36,121 36,524 36,925 900 37,325 37,724 38,122 38,519 38,915 39,310 39,703 40,096 40,488 40,879 1000 41,269 41,657 42,045 42,432 42,817 43,202 43,585 43,968 44,349 44,729 1100 45,108 45,486 45,863 46,238 46,612 46,985 47,356 47,726 48,095 48,462 1200 48,828 49,192 49,555 49,916 50,276 50,633 50,990 51,344 51,697 52,049 1300 52,398 52,747 53,093 53,439 53,782 54,125 54,466 54,807     Таблица для Тип J (Fe-CuNi) Typ J Temp. oC 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -200,00 -7,890 -8,096                 -100,00 -4,632 -5,016 -5,426 -5,801 -6,159 -6,499 -6,821 -7,122 -7,402 -7,659 0 0,000 -0,501 -0,995 -1,481 -1,960 -2,431 -2,892 -3,344 -3,785 -4,215   0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 0 0,507 1,190 1,536 2,058 2,585 3,115 3,649 4,186 4,725 100 5,269 5,812 6,590 6,907 7,457 8,008 8,560 9,113 9,667 10,222 200 10,777 11,332 11,887 12,442 12,998 13,553 14,108 14,663 15,217 15,771 300 16,325 16,879 17,432 17,984 18,537 19,089 19,640 20,192 20,743 21,295 400 21,846 22,397 22,949 23,501 24,054 24,607 25,161 25,716 26,272 26,829 500 27,388 27,949 28,511 29,075 29,642 30,210 30,782 31,356 31,933 32,513 600 33,096 33,683 34,273 34,867 35,464 36,066 36,671 37,280 37,893 38,510 700 39,130 39,754 40,382 41,013 41,647 42,283 42,922 43,563 44,207 44,852 800 45,498 46,144 46,790 47,434 48,076 48,716 49,354 49,989 50,621 51,249 900 51,875 52,496 53,115 53,729 54,341 54,948 55,553 50,155 56,753 57,349 1000 57,942 58,533 59,121 59,708 60,293 60,876 61,459 62,039 62,619 63,199 1100 63,777 64,355 64,933 65,510 66,087 66,664 67,240 67,815 68,390 68,964 1200 69,536                   Таблица для Тип L (Fe-CuNi) Typ L Temp. oC 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -200,00 -8,15                   -100,00 -4,75 -5,15 -5,53 -5,9 -6,26 -6,6 -6,93 -7,25 -7,56 -7,86 0 0 -0,51 -1,02 -1,53 -2,03 -2,51 -2,98 -3,44 -3,89 -4,33   0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 0 -0,52 -1,05 -1,58 -2,11 -2,65 -3,19 -3,73 -4,27 -4,82 100 5,37 5,92 6,47 7,03 7,59 8,15 8,71 9,27 9,83 10,39 200 10,95 11,51 12,07 12,63 13,19 13,75 14,31 14,88 15,44 16 300 16,56 17,12 17,68 18,24 18,8 19,36 19,92 20,48 21,04 21,6 400 22,16 22,72 23,29 23,86 24,43 25 25,57 26,14 26,71 27,28 500 27,85 28,43 29,01 29,59 30,17 30,75 31,33 31,91 32,49 33,08 600 33,67 34,26 34,85 35,44 36,04 36,64 37,25 37,85 38,47 39,09 700 39,72 40,35 40,98 41,62 42,27 42,92 43,57 44,23 44,89 45,55 800 46,22 46,89 47,57 48,25 48,94 49,63 50,32 51,02 51,72 52,43 Периодически у многих клиентов возникают проблемы с определением типа термопары, когда нет описательных характеристик и необходимо подобрать замену или аналог. Решить ее довольно просто, главное знать принципы классификации термопар. В системе классификации термоэлементов есть цветовая маркировка изоляции проводников. Например, европейская классификация по сплавам для термопар Тип L (Fe-CuNi) и Тип J (Fe-CuNi) одинаковая, очень важно понимать что они не взаимозаменяемые и напряжение на выходе при одной и той же температуре у этих термопар будет разное. Таблица стандартов по цветовой маркировке изоляции проводов будет очень полезна в определении типа термопары, если нет никакой маркировки. Также необходимо отметить разновидность исполнения сенсорной части (горячего спая) термопар. Они бывают с изолированным и неизолированным рабочим спаем. Показатель быстродействия при измерении температуры у неизолированной термопары выше, чем у изолированной. Но при этом усложняется схема подключения и требуются изолированные модули ввода. Поскольку разница в быстродействии не столь существенна, в основном используются термопары с изолированным спаем. Как и все измерители температуры, термопары имеют классификацию по точности. Для примера классы точности Тип K и Тип J, самых распространенных в использовании термопар Класс 1: ±1.5 °C или ±0.004 x T (Тип K: -40 до +1000 °C), (Тип J :-40 до +750 °C) Класс 2: ±2.5 °C или ±0.0075 x T (Тип K: -40 до +1200 °C), (Тип J :-40 до +750 °C) Технические характеристики наиболее популярных термоэлектрических преобразователей (термопар) в соответствии с ГОСТ 3044 приведены в таблице: Тип термопары НСХ термопары Материал положительного термоэлектрода Материал отрицательного термоэлектрода Диапазон измеряемых температур, °C Рабочий диапазон температур, °C ТХК Тип L XK (L) Сплав хромель НХ9,5 (90,5% Ni + 9,5% Cr) Сплав копель МНМц 43-0,5 (56% Cu + 44% Ni) -200…800 -200…600 ТХA Тип K ХА (K) Сплав хромель НХ9,5(90,5% Ni + 9,5% Cr) Сплав алюмель НМц АК 2-2-1 (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co) -200…1300 -200…1000 ТЖК Тип J ЖК (J) Железо (Fe) Сплав константан (55% Cu + 45% Ni, Mn, Fe) -200…900 -200…700 ТПП Тип S ПП (S) Сплав платинородий ПР-10 (90% Pt + 10% Rh) Платина (Pt) 0…1600 0…1300 ТПР Тип B ПР (B) Сплав платинородий ПР-30 (70% Pt + 30% Rh) Сплав платинородий ПР-6 (94% Pt + 4% Rh) 300…1800 300…1600 Многие клиенты заблуждаются в том, что если типу термопары соответствует рабочий диапазон, например, 1200оС, то все модели термопары с этим типом будут работать в данном диапазоне. Незащищенный спай термопары быстро выгорит, и термопара выйдет из строя. Именно поэтому, сообразно задачам в измерении и рабочим диапазонам, есть разные по конструктиву и степени защиты модели термопар. Самой распространенной защитой для спая/термопары является металлический чехол или гильза из сплава Инконель 600 (2.4816, жаропрочный сплав на никелевой основе). Изоляцией для спая служит окись магния (MgO), сжатая под давлением. Такая защита делает термопару устойчивой к самым экстремальным условиям эксплуатации (повышенное давление, вибрация, сотрясения), позволяет выдерживать высокие механические нагрузки и обеспечивает долгий срок службы термопары, а также в зависимости от диаметра позволяет термопаре быть гибкой. Ярким примером такой термопары, которая достаточно универсальна в своем прикладном характере, является термопара в жаропрочной оболочке MKG/E: Поскольку сферы применения термопар очень многогранны, то и модификации термопар имеют достаточное многообразие. Например, для измерения температуры вязких веществ в экструдерах или измерении температуры подшипников, часто используются байонетные термопары. Такие, как BF1/T или BF2/T. В пищевой промышленности часто используются прокалывающие термопары, для измерения температуры продукта. Это может быть просто необходимым условием, чтобы соблюдать технологический процесс. Обращаем ваше внимание на то, что очень часто для сохранения точности в измерении температуры посредством термопар, требуются особые компоненты для их подключения, это коннекторы и компенсационный кабель. Коннектор для термопар Тип K, J Модель: ST/E TE-разъем папа/мама размер Мини/Стандарт Предназначены для быстрого и надежного подсоединения термопар к измерительным приборам большинства производителей измерительной техники. Подсоединение имеет полярность.читать подробнее… Компенсационный кабель для термопар Модель: ALK/E для термопар Тип К, J, L силиконовая изоляция (-50…+200°C) стекловолоконная изоляция (-50…+400°C) ПВХ изоляция (-30…+105°C) Подключение термопар (термоэлектрических преобразователей) к функциональным и вторичным приборам происходит посредством компенсационных проводов.читать подробнее… Термопары самых различных модификаций Вы сможете найти в нашем каталоге, это позволит решить вам задачи по измерению температуры с уверенностью в надежности и качестве. Важно отметить, что немецкая компания FuehlerSysteme может изготовить для вас термопары по вашим чертежам и с учетом ваших пожеланий, в том числе в минимальных количествах, небольшими партиями, ведь ни для кого не секрет, что термопары очень часто требуется подобрать под индивидуальные нужды клиента. Нам по силам: изменить диаметр и длину измерительной части, увеличить до необходимого длину кабеля и подобрать его изоляцию. Возможно изготовление индивидуальных модификаций по вашим чертежам.   Область применения термопар очень широка, и, как правило, заменить их нельзя никаким другим прибором. Вот лишь некоторые из способов использования термопар: промышленность и наука: с помощью термопар измеряется температура печи, выхлопных газов, дизельных двигателей, газотурбинных и паротурбинных установках и прочих промышленных процессов, в том числе автоматизированных; многие термопары подходят даже для работы в агрессивных средах, а также для использования при очень высоких температурах, например, с их помощью можно измерить температуру расплавленного металла; быт: температура газовых котлов, водонагревателей, других отопительных приборов, паяльников, электроутюгов, электрокаминов; наука и медицина: измерение температуры органов и тканей человека или животного. Почти каждый и нас в той или иной степени сталкивается с применением термопар, поэтому полезно иметь о них хотя бы общее представление. Надеемся , что данная статья была полезна для вас, но если у вас остались вопросы, то мы с радостью ответим на них по телефонам по телефонам 8 (800) 500-09-67 и 8 (812) 340-00-57.

Ступица для термопар

Термопара — это датчик, измеряющий температуру. Он состоит из двух разных типов металлов, соединенных одним концом. Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно соотнесено с температурой. Термопара — это простой, надежный и экономичный датчик температуры, используемый в широком диапазоне процессов измерения температуры.

Термопары производятся в различных стилях, например, зонды термопар, зонды термопар с соединителями, зонды термопар с переходным соединением, инфракрасные термопары, термопары с неизолированным проводом или даже просто термопары.

Термопары обычно используются в широком диапазоне приложений. Из-за широкого диапазона моделей и технических характеристик, но чрезвычайно важно понимать его основную структуру, функции и диапазоны, чтобы лучше определить правильный тип термопары и материал термопары для применения.

Как работает термопара?

Когда два провода, состоящие из разнородных металлов, соединяются на обоих концах и один из концов нагревается, в термоэлектрической цепи протекает постоянный ток.

Если эта цепь разорвана в центре, чистое напряжение холостого хода (напряжение Зеебека) является функцией температуры перехода и состава двух металлов. Это означает, что когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно соотнесено с температурой.

Узнать больше

Зонды термопары против провода термопары?

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

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

Хотя калибровка термопары определяет диапазон температур, максимальный диапазон также ограничен диаметром провода термопары.То есть очень тонкая термопара может не достичь полного диапазона температур.

Термопары типа

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

Узнать больше

Как выбрать термопару? Поскольку термопара может принимать разные формы и формы, важно понимать, как правильно выбрать правильный датчик.
Наиболее распространенными критериями, используемыми для выбора, являются температурный диапазон, химическая стойкость, стойкость к истиранию и вибрации, а также требования к установке.Требования к установке также будут определять ваш выбор датчика термопары.

Существуют разные типы термопар, и их применение может отличаться. Открытая термопара будет работать лучше всего, когда требуется большое время отклика, но незаземленная термопара лучше в агрессивных средах.

Узнать больше

Как мне узнать, какой тип соединения выбрать?

Доступны зонды с термопарами в оболочке с одним из трех типов спая: заземленный, незаземленный или открытый.На конце зонда с заземленным переходом провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей передаче тепла снаружи через стенку зонда к спайу термопары. В незаземленном зонде спай термопары отделен от стенки зонда. Время отклика ниже, чем у заземленного типа, но незаземленный обеспечивает гальваническую развязку.

Продукты OMEGA, используемые в этом приложении

Какова точность и температурный диапазон различных термопар?

Важно помнить, что как точность, так и диапазон зависят от таких факторов, как сплавы термопары, измеряемая температура, конструкция датчика, материал оболочки, измеряемая среда, состояние среды (жидкая, твердая , или газ) и диаметр либо провода термопары (если он оголен), либо диаметр оболочки (если провод термопары не оголен, но в оболочке).

Узнать больше

Зонды термопары против провода термопары?

Важно помнить, что датчик температуры измеряет только его собственную температуру. Тем не менее, выбор датчика типа зонда по сравнению с датчиком проводного типа — это вопрос того, как лучше всего довести температуру спая термопары до температуры процесса, которую вы пытаетесь измерить.

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

Все сводится к тому, как лучше всего довести соединение термопары до той же температуры, что и технологический процесс или материал, температуру которого вы пытаетесь измерить, чтобы получить необходимую информацию.

Узнать больше

Статьи по теме

Как работают термопары? Принципы работы термопар

Когда два провода, состоящие из разнородных металлов, соединяются на обоих концах и один из концов нагревается, в термоэлектрической цепи протекает постоянный ток.Если эта цепь разорвана в центре, чистое напряжение холостого хода (напряжение Зеебека) является функцией температуры перехода и состава двух металлов. Это означает, что когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может обратно соотноситься с температурой.

Работа со временем отклика

Постоянная времени была определена как время, необходимое датчику для достижения 63,2% ступенчатого изменения температуры при заданном наборе условий.Чтобы датчик приблизился к 100% значения ступенчатого изменения, требуется пять постоянных времени. Термопара с открытым спаем обеспечивает самый быстрый отклик. Кроме того, чем меньше диаметр оболочки зонда, тем быстрее отклик, но максимальная температура может быть ниже. Однако имейте в виду, что иногда оболочка зонда не может выдерживать полный температурный диапазон типа термопары. Узнайте больше о времени отклика термопар.

В чем разница: термопары, RTD, термисторы и инфракрасные устройства?

Чтобы выбирать между датчиками, указанными выше, вы должны учитывать характеристики и стоимость различных датчиков, а также доступное оборудование.Кроме того, термопары, как правило, могут измерять температуру в широком диапазоне температур, недорого и очень надежны, но они не так точны и стабильны, как термометры сопротивления и термисторы. RTD стабильны и имеют довольно широкий диапазон температур, но не так прочны и недороги, как термопары. Поскольку для проведения измерений требуется использование электрического тока, RTD могут иметь неточности из-за самонагрева. Термисторы имеют тенденцию быть более точными, чем RTD или термопары, но они имеют гораздо более ограниченный диапазон температур.Также они подвержены самонагреву. Инфракрасные датчики можно использовать для измерения температур выше, чем у других устройств, и делать это без прямого контакта с измеряемыми поверхностями. Однако они, как правило, не так точны и чувствительны к эффективности излучения поверхности (или, точнее, коэффициенту излучения поверхности). Используя оптоволоконные кабели, они могут измерять поверхности, которые находятся вне прямой видимости.

Техническое обучение Техническое обучение

Типы термопар | Узнайте о типах термопар

и сравните их

Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок.Наиболее распространены термопары из «основного металла», известные как типы J, K, T, E и N. Существуют также высокотемпературные калибровки — также известные как термопары из благородных металлов — типов R, S, C и GB.

Различия в типах термопар

Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре. Хотя калибровка термопары определяет диапазон температур, максимальный диапазон также ограничен диаметром провода термопары.То есть очень тонкая термопара может не достичь полного диапазона температур. Общие температурные диапазоны термопар

Калибровка	Температура Диапазон	Стандартные пределы ошибки	Специальные пределы ошибки
Дж	от 0 ° до 750 ° C (от 32 ° до 1382 ° F)	Больше 2.2 ° C или 0,75%	Более 1,1 ° C или 0,4%
К	от -200 ° до 1250 ° C (от -328 ° до 2282 ° F)	Более 2,2 ° C или 0,75%	Более 1,1 ° C или 0,4%
E	от -200 ° до 900 ° C (от -328 ° до 1652 ° F)	Больше 1.7 ° C или 0,5%	Более 1,0 ° C или 0,4%
т	от -250 до 350 ° C (от -418 ° до 662 ° F)	Более 1,0 ° C или 0,75%	Более 0,5 ° C или 0,4%

Какова точность и температурный диапазон различных термопар?

Важно помнить, что точность и диапазон зависят от таких факторов, как сплавы термопары, измеряемая температура, конструкция датчика, материал оболочки, измеряемая среда, состояние среды (жидкость, сплошной или газовой) и диаметром либо провода термопары (если он оголен), либо диаметром оболочки (если провод термопары не обнажен, но в оболочке).

Справочные таблицы для термопар

Термопары вырабатывают выходное напряжение, которое может быть коррелировано с температурой, которую измеряет термопара. В документах в таблице ниже указаны термоэлектрическое напряжение и соответствующая температура для данного типа термопары. В большинстве документов также указаны температурный диапазон термопары, пределы погрешности и условия окружающей среды.

Почему термопары типа K так популярны? Термопары

типа K так популярны из-за их широкого диапазона температур и долговечности.Материалы проводников, используемые в термопарах типа K, более химически инертны, чем тип T (медь) и тип J (железо). Хотя выходная мощность термопар типа K немного ниже, чем у термопар типов T, J и E, она выше, чем у их ближайшего конкурента (тип N), и они используются дольше.

Как выбирать между разными типами?

Каждый тип термопары имеет обозначенный цветовой код, определенный в ANSI / ASTM E230 или IEC60584. Тип можно определить по цвету следующим образом:

Калибровка	ANSI / ASTM E230	МЭК 60584
Тип K:	Желтый (+) / Красный (-)	Зеленый (+) / Белый (-)
Тип J:	Белый (+) / Красный (-)	Черный (+) / Белый (-)
Тип T:	Синий (+) / Красный (-)	Коричневый (+) / Белый (-)
Тип E:	Фиолетовый (+) / Красный (-)	Пурпурный (+) / Белый (-)
Тип N:	Оранжевый (+) / Красный (-)	Роза (+) / Белый (-)
Тип R:	Черный (+) / Красный (-)	Оранжевый (+) / Белый (-)
Тип S:	Черный (+) / Красный (-)	Оранжевый (+) / Белый (-)
Тип B:	Черный (+) / Красный (-)	Оранжевый (+) / Белый (-)
Тип C:	Не установлено	Не установлено

Кроме того, некоторые материалы обладают сильным или слабым магнитным действием:

Положительный тип J (сильно магнитный), положительный тип K (слабый магнитный).

Для определения полярности подключите термопару к вольтметру, способному измерять милливольты или микровольты и наблюдая за увеличением выходного сигнала при небольшом нагревании наконечника.

Как выбирать между разными типами?

Выбор правильного типа термопары зависит от ее соответствия вашим требованиям к измерениям. Вот несколько моментов, которые следует учитывать:

• Диапазон температур: Различные типы термопар имеют разные диапазоны температур.Например, тип T с медной опорой имеет максимальную температуру 370 ° C или 700 ° F. Тип K, с другой стороны, может использоваться до 1260 ° C или 2300F.
• Размер проводника: Диаметр проводов термопары также необходимо учитывать, когда требуются длительные измерения. Например, термопары типа T рассчитаны на 370C / 700F, однако, если ваша термопара имеет провода # 14AWG (диаметр 0,064 дюйма), они рассчитаны на 370C / 700F. Если ваша термопара имеет провода # 30AWG, температура падает до 150C / 300F.Более подробную информацию можно найти здесь (см. Таблицу внизу страницы H-7).
• Точность: Термопары типа T имеют самую высокую точность среди всех термопар из недрагоценных металлов: ± 1 ° C или ± 0,75%, в зависимости от того, что больше. Далее следуют тип E (± 1,7 ° C или 0,5%) и типы J, K и N (± 2,2 ° C или 0,75%) для стандартных пределов погрешности (согласно ANSI / ASTM E230).

Другими важными факторами являются материалы оболочки (для погружного зонда), изоляционный материал (для проводного или поверхностного сенсора) и геометрия сенсора.Информация о продукте Информация о продукте

Как выбрать термопару

Поскольку термопара может принимать разные формы и формы, важно понимать, как правильно выбрать правильный датчик.

Наиболее часто используемые критерии для выбора — это диапазон температур, химическая стойкость, стойкость к истиранию и вибрации, а также требования к установке. Требования к установке также будут определять ваш выбор датчика термопары.

Существуют разные типы термопар, и их применение может отличаться. Открытая термопара будет работать лучше всего, когда требуется большое время отклика, но незаземленная термопара лучше в агрессивных средах.Вот пять рекомендаций, которые помогут вам определить лучшую термопару для ваших целей:

1. Определите область применения, в которой вы будете использовать датчик термопары Термопары
   могут использоваться в различных отраслях и сферах применения, поэтому выбор подходящего для ваших целей начинается с точного знания того, как и где вы хотите его использовать.
2. Определите диапазоны температур, в которых будет находиться зонд
   Когда вы узнаете необходимый диапазон температур термопары, вы можете обратиться к нашей таблице диапазонов термопар, чтобы определить, какая термопара лучше всего подходит для нужных вам диапазонов температур.

   Термопара типа K обеспечивает широкий диапазон температур и является одной из наиболее часто используемых термопар. Однако, если зонд термопары будет подвергаться воздействию экстремальных температур, термопара типа N более устойчива при высоких температурах, а термопара типа T лучше всего подходит для чрезвычайно низких температур.

3. Определите, насколько важно быстрое время отклика
   Существует три типа спаев термопар: открытые, заземленные и незаземленные.Открытый переход обеспечит самое быстрое время отклика. Однако, если зонд будет подвергаться воздействию агрессивного газа или высокого давления, не следует использовать открытый переход. Незаземленная термопара обеспечивает самое низкое время отклика, но все же может быть лучшим выбором, если также желательно, чтобы термопара была электрически изолирована от оболочки и экранирована ею.
4. Учитывать любую химическую стойкость, стойкость к истиранию или вибрации
   Открытая термопара может использоваться только в некоррозионных приложениях.Как заземленную, так и незаземленную термопару можно использовать в коррозионных средах или средах с высоким давлением, но лучше всего использовать незаземленный зонд, если есть необходимость в том, чтобы термопара была электрически изолирована от оболочки и экранирована ею. Если более быстрое время отклика имеет приоритет в агрессивной среде, то лучше всего использовать заземленную термопару.
5. Учитывать любые требования по установке
   Может потребоваться, чтобы термопара была совместима с существующим оборудованием.Например, существующие отверстия могут определять диаметр зонда 90–260.

Как выбрать тип термопары

Поскольку термопара измеряет в широком диапазоне температур и может быть относительно прочной, термопары очень часто используются в промышленности. Перед выбором термопары необходимо ответить на следующие вопросы:

• Определите область применения, в которой будет использоваться термопара
• Диапазон температур
• Химическая стойкость материала термопары или оболочки
• Устойчивость к истиранию и вибрации
• Требования к установке (может потребоваться совместимость с существующим оборудованием; существующие отверстия могут определять диаметр зонда)

Как мне узнать, какой тип перехода выбрать?

Доступны зонды с термопарами в оболочке с одним из трех типов спая: заземленным, незаземленным или незащищенным.Посмотрите также наше видео о спаях термопар:

Термопары с заземленным спаем

На конце зонда с заземленным спаем провода термопары физически прикреплены к внутренней стороне стенки зонда. Это приводит к хорошей передаче тепла снаружи через стенку зонда к спайу термопары.

Это означает, что заземленные термопары будут иметь более быстрое время отклика, чем незаземленные термопары.

Заземленный переход рекомендуется для измерения статических или текущих температур агрессивных газов и жидкостей, а также для приложений с высоким давлением.Спай заземленной термопары приварен к защитной оболочке, обеспечивая более быстрый отклик, чем спай незаземленного типа.

Однако заземленные термопары очень чувствительны к шуму, создаваемому контурами заземления, что приводит к менее точным показаниям.

Термопары с незаземленным спаем

В незаземленном зонде спай термопары отсоединен от стенки зонда. Время отклика ниже, чем у заземленного стиля.

С другой стороны, переход электрически изолирован от оболочки, что предотвращает влияние электрических помех на сигнал.Это дает гораздо большую точность измерения температуры, особенно с сигналами очень низкого уровня.

Незаземленный спай рекомендуется для измерений в агрессивных средах, где желательно, чтобы термопара была электрически изолирована от оболочки и экранирована ею. Термопара из сварной проволоки физически изолирована от оболочки термопары порошком MgO (мягкий).

Термопары с открытым спаем

Термопара с открытым спаем выступает из конца оболочки и подвергается воздействию окружающей среды.Этот тип обеспечивает лучшее время отклика, но его использование ограничено некоррозийными и негерметичными приложениями.

Открытый переход рекомендуется для измерения статических или текущих температур некоррозионных газов, когда требуется быстрое время отклика. Соединение выходит за пределы защитной металлической оболочки, обеспечивая точный и быстрый отклик. Изоляция оболочки герметизирована там, где простирается переход, чтобы предотвратить проникновение влаги или газа, которое может вызвать ошибки.

Полное описание типов соединений см. На рисунках справа.

В этом PDF-файле вы можете найти дополнительную информацию о термоизоляции.

Какая термопара мне нужна?

Различные диапазоны температур для различных Измерения температуры
Термопара из бисерной проволоки — это простейшая форма термопары. Он состоит из двух отрезков проволоки термопары, соединенных между собой сварным валиком.Поскольку выступ термопары обнажен, существует несколько ограничений применения. Термопара из проволоки с бусами не должна использоваться с жидкостями, которые могут вызвать коррозию или окисление сплава термопары. Металлические поверхности также могут быть проблематичными. Часто металлические поверхности, особенно трубы, используются для заземления электрических систем. Непрямое подключение к электрической системе может повлиять на измерения термопары. Как правило, термопары из бисерной проволоки являются хорошим выбором для измерения температуры газа.Поскольку они могут быть очень маленькими, они также обеспечивают очень быстрое время отклика.

Учить больше

Датчик термопары
Зонд термопары состоит из провода термопары, помещенного внутри металлической трубки. Стенка трубки называется оболочкой зонда.Обычные материалы оболочки включают нержавеющую сталь и Inconel®. Инконель поддерживает более высокие температурные диапазоны, чем нержавеющая сталь, однако нержавеющая сталь часто предпочтительнее из-за ее широкой химической совместимости. Для очень высоких температур также доступны другие экзотические материалы для оболочки. Ознакомьтесь с нашей линейкой экзотических термопар для высоких температур.

Наконечник зонда термопары доступен в трех различных стилях. Заземленный, незаземленный и незащищенный.С заземленным наконечником термопара контактирует со стенкой оболочки. Заземленный переход обеспечивает быстрое время отклика, но он наиболее чувствителен к контурам электрического заземления. В незаземленных спаях термопара отделена от стенки оболочки слоем изоляции. Наконечник термопары выступает за пределы стенки оболочки с открытым спаем. Термопары с открытым спаем лучше всего подходят для измерения воздуха.

Учить больше

Поверхностный зонд
Измерение температуры твердой поверхности для большинства типов датчиков температуры затруднено.Чтобы обеспечить точное измерение, вся измерительная область датчика должна соприкасаться с поверхностью. Это сложно при работе с жестким датчиком и жесткой поверхностью. Поскольку термопары изготовлены из гибких металлов, спай может быть плоским и тонким, чтобы обеспечить максимальный контакт с жесткой твердой поверхностью. Эти термопары — отличный выбор для измерения поверхности. Термопара может быть даже встроена в механизм, который вращается, что делает ее пригодной для измерения температуры движущейся поверхности.Термопара типа K — ChrOMEGA ™ / AlOMEGA ™.

Учить больше

Беспроводные термопары
Эти беспроводные преобразователи измеряют различные входные сигналы датчиков, включая, но не ограничиваясь, pH, RTD, относительную влажность. Передача данных осуществляется по беспроводной сети на компьютер или в сеть.

Учить больше Информация о продукте Техническое обучение

Как работают термопары? Краткое руководство

Термопары — это надежные датчики температуры, которые используются во многих промышленных приложениях.Узнайте, что такое термопары, как они работают и почему они так популярны.

Термопары — это электрические устройства, используемые для измерения температуры. Их точность, быстрое время реакции и способность выдерживать сильные вибрации, высокое давление и экстремальные температуры делают их идеальными для широкого спектра применений. Но как работает термопара?

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары основан на эффекте Зеебека или термоэлектрическом эффекте, который относится к процессу преобразования тепловой энергии в электрическую.Эффект описывает электрическое напряжение, возникающее при соединении двух разных проводников, и то, как создаваемое напряжение изменяется в зависимости от температуры.

Базовая конструкция термопары состоит из двух разнородных металлических проводов, каждая из которых имеет разные электрические свойства при разных температурах. Два металла соприкасаются — касаются друг друга, скручиваются или свариваются — на одном конце; это точка измерения . На другом конце находится точка подключения , названная так потому, что она подключается к считывателю напряжения.Когда температура изменяется в точке измерения, изменяется и электронная плотность каждой металлической проволоки. Эта изменяющаяся электронная плотность составляет , напряжение , которое измеряется в точке подключения.

Обратите внимание, что термопары фактически не измеряют абсолютную температуру. Вместо этого они измеряют разность температур между точкой измерения и точкой подключения. Вот почему термопарам также необходима компенсация холодного спая , которая гарантирует, что температура окружающей среды на соединительных выводах холодного спая не влияет на результат измерения, что позволяет получать более точные показания.

Металлические пары в термопарах

Для того, чтобы термопара работала хорошо, два ее провода должны обеспечивать как можно больший контраст в индивидуальных электроотрицательностях. Это сделано для того, чтобы устройство считывания напряжения могло обнаружить наибольшую разницу термоэлектрических напряжений.

Термопары из недрагоценных металлов , известные как типы J, T, K, E и N, производят более высокие термоэлектрические напряжения, чем более дорогие благородные металлы, известные как типы R, S и B. выдерживает температуру до 3092 ° F (1700 ° C) или даже выше.Некоторые из обычных пар металлов — это железо и медь-никель (тип J), медь и медь-никель (тип T), а также никель-хром и никель-алюминий (тип K). Термопары из благородных металлов обычно изготавливаются из платины и родия (типы S, R и B).

WIKA USA производит широкий спектр высококачественных термопар с различными температурными диапазонами, конфигурациями и материалами. Для получения дополнительной информации о том, как работает термопара, посмотрите это короткое видео или свяжитесь с нашими специалистами по измерению температуры.

Как работает термопара и какие типы термопар?

Для многих из нас, кто работает в области автоматизации, особенно в области автоматизации процессов, такие вопросы, как что такое термопара, как работает термопара или какие типы термопар могут показаться очень простыми вопросами. Большинство из них просто скажут, что это градусник, и оставят все как есть.

Когда мы спрашиваем о термодинамике, лежащей в основе этого, люди на самом деле не говорят об этом. В статье вы узнаете, что такое термопара, и все остальное, что вам нужно знать о термопарах.

Чтобы узнать больше о разнице между RTD, термопарами и термисторами, вы можете прочитать нашу статью о RTD, термопаре и термисторе

Что такое термопара?

Термопары — это электрические устройства, состоящие из двух разнородных электрических проводников, образующих разные электрические соединения при различных температурах.

Основываясь на термоэлектрическом эффекте, термопара вырабатывает зависящее от температуры напряжение, которое можно использовать для измерения температуры.

Помимо термопар, на рынке представлен широкий спектр датчиков температуры — резистивные датчики температуры (RTD), инфракрасные датчики, термисторы, кремниевые диоды — и это лишь некоторые из них. Плюсы и минусы каждого из них делают их более подходящими для одних приложений и менее идеальными для других.

Чтобы узнать больше о датчиках температуры, вы можете ознакомиться с нашей статьей о типах и применении датчиков температуры

Но прежде чем мы начнем говорить о различных типах термопар, давайте разберемся, как именно они работают.

Как работает термопара?

Принцип работы термопары основан на законе физики. Мы называем это эффектом Зеебека в честь Томаса Иоганна Зеебека. Этот французский ученый обнаружил, что если мы соединим два разных металла и нагреем их на одном конце, разница температур между двумя концами создаст электродвижущую силу (ЭДС). Давайте посмотрим на картинку ниже, чтобы лучше понять это:

Предоставлено termopares.com.br

Эта ЭДС зависит от типа используемых металлов и температуры.Следовательно, если мы знаем характеристики обоих металлов, мы можем рассчитать изменение температуры, измерив создаваемое милливольтное напряжение. Чтобы связать напряжение с изменением температуры, нам понадобится таблица термопар.

Чтобы узнать больше о таблице термопар, вы можете прочитать нашу статью о чтении таблицы термопар

Для каждого типа термопары будет своя справочная таблица, которая подводит нас к следующей теме. В следующем разделе обсуждаются типы термопар, доступных на рынке.

Типы термопар

Термопара состоит из двух металлов, которые создают ЭДС при изменении температуры на одном конце. Однако одна термопара не может работать во всех диапазонах температур, поэтому мы используем разные металлы для измерения всех необходимых диапазонов. Типы термопар можно отличить по цветам кабелей.

Но нужно быть осторожным, потому что эти цвета меняются в зависимости от страны и стандарта. Эта таблица даст вам представление о наиболее распространенных типах термопар, их диапазонах температур в некоторых из наиболее распространенных стандартов.

Схема подключения термопары

Любезно предоставлено температурными датчиками

Замена термопары

Термопары

имеют очень широкий диапазон температур, поэтому их часто используют в экстремальных условиях. Это делает замену термопары ключевым аспектом технического обслуживания. К счастью, интеллектуальные передатчики могут отслеживать состояние вашего основного элемента, а также его собственное здоровье. Эти устройства могут предоставить вам достаточно данных о вашем процессе для планирования профилактического обслуживания на основе прогнозного анализа.

Кроме того, они также могут предоставить вам данные о производительности различных датчиков, чтобы вы могли выбрать датчики с лучшими характеристиками и сроком службы для вашего процесса.

Если вам нужна помощь в выборе подходящего датчика температуры для вашего приложения, обратите внимание на наш новый интеллектуальный помощник по температуре.

Найдите и купите термопару, подходящую для вашего применения

Чтобы узнать больше о термопарах и измерении температуры, вы можете посмотреть наше видео по Измерение температуры или , свяжитесь с нашими инженерами!

Как работают термопары — инженерное мышление

Изучите основы термопары, чтобы понять, как она работает, а также о различных типах.Эта статья спонсируется Данфосс.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть обучающее видео на YouTube.

Что такое термопара?

Типичная термопара выглядит примерно так.

Термопара

Обычно поставляется с переносным датчиком температуры или даже мультиметром. Они также встроены в эти прочные корпуса, что обеспечивает более прочную конструкцию. Термопары очень удобны и просты в использовании. Просто вставив зонд в измерительное устройство; в данном случае дешевый мультиметр — и выбор настройки температуры.Мы можем получить точные показания температуры в кратчайшие сроки.

Мультиметр и термопара

Это будет работать для многих приложений. С помощью термопары мы соединяем два разных металла одним концом. А другие концы подключаются к клеммной колодке. Затем мы используем вольтметр, чтобы измерить разницу напряжений между ними. Напряжение здесь будет очень и очень маленьким. Когда мы подключаем термопару к мультиметру, а затем подаем тепло на спай. Мы видим, что он будет генерировать напряжение. Как вы можете видеть в этом примере, мы можем генерировать очень небольшое напряжение с помощью пламени, и как только мы убираем тепло, напряжение уменьшается.

Пример

Термопары доступны в различных диапазонах температур. Они обозначаются буквой, обозначающей их номинальный диапазон температур. Самый распространенный тип — K. Это версия очень общего назначения. В каждой букве используется разная комбинация материалов. Это даст нам другое показание температуры и позволит использовать разные диапазоны температур.

Различные диапазоны температур

Как работает термопара?

Если мы держим в руке металлический стержень, а другой конец помещаем в огонь.Мы знаем, что стержень нагревается, и это тепло распространяется по длине стержня до нашей руки. Мы можем убедиться в этом, используя тепловизионную камеру. Обратите внимание, что тепловая энергия проходит по медному проводу от источника тепла.

Тепло перемещается вдоль стержня

Что здесь происходит, так это то, что тепло возбуждает атомы и молекулы, которые влияют на структуру материалов. Тепло заставляет молекулы и атомы вибрировать. Эта вибрация настолько крошечная, что вы не сможете почувствовать ее рукой.Возбужденные атомы позволят своим свободным электронам двигаться более легко, и они будут двигаться к более холодному концу стержня. Это происходит только потому, что существует температурный градиент. Разница в температуре от одного конца до другого. Так что в более прохладном конце; у нас будет немного больше электронов, чем на более горячем конце. Поскольку электроны заряжены отрицательно; поэтому мы получаем слегка отрицательный и слегка положительный заряд на концах стержня.

Напряжение похоже на давление. При измерении разности или разности потенциалов; между двумя точками.Представьте себе напорную водопроводную трубу. Мы можем увидеть давление с помощью манометра. Показания давления также сравнивают две разные точки. Давление внутри трубы по сравнению с атмосферным давлением снаружи трубы. Когда резервуар пуст, манометр покажет ноль, потому что ему не с чем сравнивать. Оба сейчас одинаковы по давлению. То же и с напряжением. Мы сравниваем разницу от одного пункта к другому. Если мы читаем через батарею 1,5 В, мы можем получить 1,5 В. Но мы стараемся измерить одну и ту же сторону; мы бы не считали напряжение, потому что нет разницы.Мы можем измерить только разницу между двумя разными точками

Между прочим, мы ранее уже рассказывали, «как работает аккумулятор». Убедитесь, что ЗДЕСЬ .

Возвращаясь к термопаре. Если мы соединили два провода из одного материала; предположим, что они оба были медными, и затем мы применили тепло в конце, чтобы создать разницу температур. Тогда электроны рассеялись бы и накапливались на холодных концах. Тем не мение; они будут накапливаться в равных количествах в каждом проводе, потому что они из одного и того же материала.Таким образом, оба провода будут проводить тепло одинаково, и температурный градиент будет одинаковым. Поэтому наш вольтметр не сможет измерить разницу. Однако, если мы соединили два провода, которые были сделаны из разных материалов, например, один был сделан из меди, а другой из железа, то два металла будут проводить тепло по-разному, поэтому градиент температуры будет другим. Это означает, что накопление электронов на холодных концах будет другим, и поэтому мы можем подключить к нему вольтметр и измерить разницу напряжений.

Различные материалы

Чтобы сделать из него полезный инструмент, мы просто откалибруем его, проверив устройство при известных температурах и отметив генерируемое напряжение. Затем мы просто используем формулу для вычисления температуры по измеренному напряжению. Чтобы это работало наилучшим образом, мы должны погрузить холодный спай в ледяную ванну, чтобы получить эталонное напряжение относительно 0 градусов Цельсия. Помните, я говорил о давлении в трубе и о том, как мы сравниваем его с атмосферным давлением снаружи.Это потому, что мы знаем давление за пределами трубы — это атмосферное давление. Итак, чтобы показания напряжения были точными; нам нужно сравнивать то, что мы знаем, поэтому мы используем ледяную воду, потому что мы знаем, что эта вода имеет постоянный ноль градусов Цельсия. Этот метод используется во многих научных лабораториях, однако, как вы, наверное, заметили, он не очень практичен для большинства инженерных приложений. Поэтому вместо этого для повышения точности мы оставляем холодные соединения при одинаковых температурах окружающей среды, а затем мы компенсируем разницу, измеряя температуру соединения и применяя формулу для компенсации погрешности.Для измерения температуры соединения мы часто используем датчик температуры RTD, который мы рассмотрим далее.

Датчик температуры сопротивления

RTD штатив для резистивного датчика температуры. Это тоже довольно простая конструкция. Это, наверное, легче понять, чем термопару. Обычно они бывают разных конструкций для инженерных приложений с прочным корпусом.

RTD

Как они работают? Мы знаем, что электричество — это поток электронов в цепи.Когда мы пропускаем электричество через материал, допустим, через медный провод. Материал будет иметь некоторое сопротивление потоку электронов. Мы можем измерить это сопротивление с помощью мультиметра. Разные материалы будут иметь разные уровни сопротивления. Например, этот медный провод длиной 1 м показывает очень низкое сопротивление, всего 0,2 Ом.

Длина медного провода 1 м

Но эта длина 1 м хромоникелевого провода показывает очень высокое сопротивление 22,1 Ом.

Никель-хромовая проволока

Температура материала влияет на сопротивление материала.Сопротивление большинства проводников тем выше, чем больше они нагреваются, что типично для металлов. Например, этот медный провод показывает сопротивление 0,1 Ом при температуре окружающей среды, но при нагревании пламенем оно увеличивается до 0,9 Ом.

Медный провод, пример

. Это происходит потому, что когда атомы и молекулы будут возбуждены, они будут сильно перемещаться, поэтому свободным электронам становится труднее пройти сквозь них без столкновения. Используя формулу, известную как закон Ома, напряжение равно току, умноженному на сопротивление, что означает, что пока мы сохраняем ток неизменным, изменение сопротивления вызовет изменение напряжения.Поскольку температура изменяет сопротивление материала, мы можем измерить напряжение, чтобы определить температуру. Мы используем такой материал, как платина, потому что он имеет почти линейное сопротивление в зависимости от температурного градиента. Мы тестируем материал при известных температурах, чтобы получить график. Например, при 0 градусах Цельсия материал будет иметь сопротивление 100 Ом. А при 100 градусах Цельсия он имеет сопротивление 138,5 Ом. Есть много различных конструкций для этого типа, но обычно они либо пленочного типа, где платина нанесена на керамическую пластину в виде рисунка и запечатана в стекле.Или это будет платиновая проволока, намотанная на керамический сердечник, снова запечатанный в стекле для защиты.

---

---

.