Термопара характеристики: Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство. Статья

Содержание

принцип работы, устройство, типы и виды, проверка работы

Термопара – это устройство для измерения температур во всех отраслях науки и техники. Данная статья представляет общий обзор термопар с разбором конструкции и принципом действия устройства. Описаны разновидности термопар с их краткой характеристикой, а также дана оценка термопары как измерительного прибора.

Устройство термопары

Принцип работы термопары. Эффект Зеебека

Работа термопары обусловлена возникновением термоэлектрического эффекта, открытым немецким физиком Томасом Зеебеком (Tomas Seebeck) в 1821 г.

Явление основано на возникновении электричества в замкнутом электрическом контуре при воздействии определенной температуры окружающей среды. Электрический ток возникает при наличии разницы температур между двумя проводниками (термоэлектродами) различного состава (разнородных металлов или сплавов) и поддерживается сохранением места их контактов (спаев). Устройство выводит на экран подсоединенного вторичного прибора значение измеряемой температуры.

Что такое термопара, принцип действия, основные виды и типы

Выдаваемое напряжение и температура находятся в линейной зависимости. Это означает, что увеличение измеряемой температуры приводит к большему значению милливольт на свободных концах термопары.

Находящийся в точке измерения температуры спай называется «горячим», а место подключения проводов к преобразователю — «холодным».

Компенсация температуры холодного спая (КХС)

Компенсация холодного спая (КХС) – это компенсация, вносимая в виде поправки в итоговые показания при измерении температуры в точке подсоединения свободных концов термопары. Это связано с расхождениями между реальной температурой холодных концов с вычисленными показаниями градуировочной таблицы для температуры холодного спая при 0°С.

КХС является дифференциальным способом, при котором показания абсолютной температуры находятся из известного значения температуры холодного спая (другое название эталонный спай).

Конструкция термопары

При конструировании термопары учитывают влияние таких факторов, как «агрессивность» внешний среды, агрегатное состояние вещества, диапазон измеряемых температур и другие.

Особенности конструкции термопар:

1) Спаи проводников соединяются между собой скруткой или скруткой с дальнейшей электродуговой сваркой (редко пайкой).

ВАЖНО: Не рекомендуется использовать способ скручивания из-за быстрой потери свойств спая.

2) Термоэлектроды должны быть электрически изолированы по всей длине, кроме точки соприкосновения.

3) Способ изоляции подбирается с учетом верхнего температурного предела.

До 100-120°С – любая изоляция;
До 1300°С – фарфоровые трубки или бусы;
До 1950°С – трубки из Al₂O₃;
Свыше 2000°С – трубки из MgO, BeO, ThO₂, ZrO₂.

4) Защитный чехол.

Материал должен быть термически и химически стойким, с хорошей теплопроводностью (металл, керамика). Использование чехла предотвращает коррозию в определенных средах.

Удлиняющие (компенсационные) провода

Данный вид проводов необходим для удлинения концов термопары до вторичного прибора или барьера. Провода не используются в случае наличия у термопары встроенного преобразователя с унифицированным выходным сигналом. Наиболее широкое применение получил нормирующий преобразователь, размещенный в стандартной клеммной головке датчика с унифицированным сигналом 4-20мА, так называемая «таблетка».

Материал проводов может совпадать с материалом термоэлектродов, но чаще всего заменяется на более дешевый с учетом условий, предотвращающих образования паразитных (наведенных) термо-ЭДС. Применение удлиняющих проводов также позволяет оптимизировать производство.

Типы и виды термопар

Многообразие термопар объясняется различными сочетаниями используемых сплавов металлов. Подбор термопары осуществляется в зависимости от отрасли производства и необходимого температурного диапазона.

Термопара хромель-алюмель (ТХА)

Положительный электрод: сплав хромель (90% Ni, 10% Cr).
Отрицательный электрод: сплав алюмель (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).

Изоляционный материал: фарфор, кварц, окиси металлов и т.д.

Диапазон температур от -200°С до 1300°С кратковременного и 1100°С длительного нагрева.

Рабочая среда: инертная, окислительная (O₂=2-3% или полностью исключено), сухой водород, кратковременный вакуум. В восстановительной или окислительно-восстановительной атмосфере в присутствии защитного чехла.

Недостатки: легкость в деформировании, обратимая нестабильность термо-ЭДС.

Возможны случаи коррозии и охрупчивания алюмеля в присутствии следов серы в атмосфере и хромеля в слабоокислительной атмосфере («зеленая глинь»).

Термопара хромель-копель (ТХК)

Положительный электрод: сплав хромель (90% Ni, 10% Cr).
Отрицательный электрод: сплав копель (54,5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0,5% Mn).

Диапазон температур от -253°С до 800°С длительного и 1100°С кратковременного нагрева.

Рабочая среда: инертная и окислительная, кратковременный вакуум.

Недостатки: деформирование термоэлектрода.

Возможно испарение хрома при длительном вакууме; реагирование с атмосферой, содержащей серу, хром, фтор.

Термопара железо-константан (ТЖК)

Положительный электрод: технически чистое железо (малоуглеродистая сталь).
Отрицательный электрод: сплав константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).

Используется для проведения измерений в восстановительных, инертных средах и вакууме. Температура от -203°С до 750°С длительного и 1100°С кратковременного нагрева.

Применение складывается на совместном измерении положительных и отрицательных температур. Невыгодно использовать только для отрицательных температур.

Недостатки: деформирование термоэлектрода, низкая коррозийная стойкость.

Изменение физико-химических свойств железа около 700°С и 900 °С. Взаимодействует с серой и водными парами с образованием коррозии.

Термопара вольфрам-рений (ТВР)

Положительный электрод: сплавы ВР5 (95% W, 5% Rh)/ВАР5 (BP5 с кремнещелочной и алюминиевой присадкой)/ВР10 (90% W, 10% Rh).
Отрицательный электрод: сплавы ВР20 (80% W, 20% Rh).

Изоляция: керамика из химически чистых окислов металлов.

Отмечается механическая прочность, термостойкость, малая чувствительность к загрязнениям, легкость изготовления.

Измерение температур от 1800°С до 3000°С, нижний предел – 1300°С. Измерения проводятся в среде инертного газа, сухого водорода или вакуума. В окислительных средах только для измерения в быстротекущих процессах.

Недостатки: плохая воспроизводимость термо-ЭДС, ее нестабильность при облучении, непостоянная чувствительность в температурном диапазоне.

Термопара вольфрам-молибден (ВМ)

Положительный электрод: вольфрам (технически чистый).
Отрицательный электрод: молибден (технически чистый).

Изоляция: глиноземистая керамика, защита кварцевыми наконечниками.

Инертная, водородная или вакуумная среда. Возможно проведение кратковременных измерений в окислительных средах в присутствии изоляции. Диапазон измеряемых температур составляет 1400-1800°С, предельная рабочая температура порядка 2400°С.

Недостатки: плохая воспроизводимость и чувствительность термо-ЭДС, инверсия полярности, охрупчивание при высоких температурах.

Термопары платинородий-платина (ТПП)

Положительный электрод: платинородий (Pt c 10% или 13% Rh).
Отрицательный электрод: платина.

Изоляция: кварц, фарфор (обычный и огнеупорный). До 1400°С — керамика с повышенным содержанием Al₂O₃, свыше 1400°С — керамику из химически чистого Al₂O₃.

Предельная рабочая температура 1400°С длительно, 1600°С кратковременно. Измерение низких температур обычно не производят.

Рабочая среда: окислительная и инертная, восстановительная в присутствии защиты.

Недостатки: высокая стоимость, нестабильность при облучении, высокая чувствительность к загрязнениям (особенно платиновый электрод), рост зерен металла при высоких температурах.

Термопары платинородий-платинородий (ТПР)

Положительный электрод: сплав Pt c 30% Rh.
Отрицательный электрод: сплав Pt c 6% Rh.

Среда: окислительная, нейтральная и вакуум. Использование в восстановительных и содержащих пары металлов или неметаллов средах в присутствии защиты.

Максимальная рабочая температура 1600°С длительно, 1800°С кратковременно.

Изоляция: керамика из Al₂O₃высокой чистоты.

Менее подвержены химическим загрязнениям и росту зерна, чем термопара платинородий-платина.

Схема подключения термопары

Подключение потенциометра или гальванометра непосредственно к проводникам.
Подключение с помощью компенсационных проводов;
Подключение обычными медными проводами к термопаре, имеющей унифицированный выход.

Стандарты на цвета проводников термопар

Цветная изоляция проводников помогает отличить термоэлектроды друг от друга для правильного подключения к клеммам. Стандарты отличаются по странам, нет конкретных цветовых обозначений для проводников.

ВАЖНО: Необходимо узнать используемый стандарт на предприятии для предотвращения ошибок.

Точность измерения

Точность зависит от вида термопары, диапазона измеряемых температур, чистоты материала, электрических шумов, коррозии, свойств спая и процесса изготовления.

Термопарам присуждается класс допуска (стандартный или специальный), устанавливающий доверительный интервал измерений.

ВАЖНО: Характеристики на момент изготовления меняются в период эксплуатации.

Быстродействие измерения

Быстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора.

Факторы, увеличивающие быстродействие:

Правильная установка и расчет длины первичного преобразователя;
При использовании преобразователя с защитной гильзой необходимо уменьшить массу узла, подобрав меньший диаметр гильз;
Сведение к минимуму воздушного зазора между первичным преобразователем и защитной гильзой;
Использование подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем;
Быстро движущаяся среда или среда с большей плотностью (жидкость).

Проверка работоспособности термопары

Для проверки работоспособности подключают специальный измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) или измеряют напряжение на выходе милливольтметром. При наличии колебаний стрелки или цифрового индикатора термопара является исправной, в противном случае устройство подлежит замене.

Причины выхода из строя термопары:

Неиспользование защитного экранирующего устройства;
Изменение химического состава электродов;
Окислительные процессы, развивающиеся при высоких температурах;
Поломка контрольно-измерительного прибора и т.д.

Преимущества и недостатки использования термопар

Достоинствами использования данного устройства можно назвать:

Большой температурный диапазон измерений;
Высокая точность;
Простота и надежность.

К недостаткам следует отнести:

Осуществление постоянного контроля холодного спая, поверки и калибровки контрольной аппаратуры;
Структурные изменения металлов при изготовлении прибора;
Зависимость от состава атмосферы, затраты на герметизацию;
Погрешность измерений из-за воздействия электромагнитных волн.

Термопара — Википедия

Схема термопары типа К. При температуре спая проволок из хромеля и алюмеля равной 300 °C и температуре свободных концов 0 °C развивает термо-ЭДС 12,2 мВ. Фотография термопары

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики. Применяется в основном для измерения температуры.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) даёт следующее определение термопары: Термопара — пара проводников из различных материалов, соединённых 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 одинаковые термопары, соединённые 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

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными от нуля коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой

Т₁, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т₂, которое будет пропорционально разности температур Т₁ и Т₂.

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.
Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик

[1]:

— Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
— Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Применение термопар

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в качестве датчика температуры в автоматизированных системах управления. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры^[2]. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

Для контроля пламени и защиты от загазованности в газовых котлах и в других газовых приборах (например, бытовые газовые плиты). Ток термопары, нагреваемой пламенем горелки, удерживает в открытом состоянии газовый клапан. В случае пропадания пламени ток термопары снижается и клапан перекрывает подачу газа.

В 1920—1930-х годах термопары использовались для питания простейших радиоприемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т. п.) с использованием открытого огня.

Приёмник излучения

Крупный план термобатареи фотоприёмника. Каждый из проволочных уголков представляет собой термопару.

Исторически термопары представляют один из наиболее ранних термоэлектрических приёмников излучения^[3]. Упоминания об этом их применении относятся к началу 1830-х годов^[4]. В первых приёмниках использовались одиночные проволочные пары (медь — константан, висмут — сурьма), горячий спай находился в контакте с зачернённой золотой пластинкой. В более поздних конструкциях стали применяться полупроводники.

Термопары могут включаться последовательно, одна за другой, образуя термобатарею (англ.). Горячие спаи при этом располагают либо по периметру приёмной площадки, либо равномерно по её поверхности. В первом случае отдельные термопары лежат в одной плоскости, во втором параллельны друг другу

[5].

Преимущества термопар

Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С).
Большой температурный диапазон измерения: от −250 °C до +2500 °C.
Простота.
Дешевизна.
Надёжность.

Недостатки

Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового датчика и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.

Эффект Пельтье (в момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).
Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.

На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Типы термопар

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94. Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров — номинальные статические характеристики преобразования (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

Точный состав сплава термоэлектродов для термопар из неблагородных металлов в МЭК 60584-1 не приводится. НСХ для хромель-копелевых термопар ТХК и вольфрам-рениевых термопар определены только в ГОСТ Р 8.585-2001. В стандарте МЭК данные термопары отсутствуют. По этой причине характеристики импортных датчиков из этих металлов могут существенно отличаться от отечественных, например импортный Тип L и отечественный ТХК не взаимозаменяемы. При этом, как правило, импортное оборудование не рассчитано на отечественный стандарт.

В настоящее время стандарт МЭК 60584 пересматривается. Планируется введение в стандарт вольфрам-рениевых термопар типа А-1, НСХ для которых будет соответствовать российскому стандарту, и типа С по стандарту АСТМ^[6].

В 2008 г. МЭК ввел два новых типа термопар: золото-платиновые и платино-палладиевые. Новый стандарт МЭК 62460 устанавливает стандартные таблицы для этих термопар из чистых металлов. Аналогичный Российский стандарт пока отсутствует.

Сравнение термопар

Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопар^[7]. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью В±0,0025 Г—T имела бы точность В±2,5 В°C в 1000 В°C.

Тип термопары IEC (МЭК)	Материал положительного электрода	Материал отрицательного электрода	Темп. коэффициент, μV/°C	Температурный диапазон °C (длительно)	Температурный диапазон °C (кратковременно)	Класс точности 1 (°C)	Класс точности 2 (°C)	IEC (МЭК) Цветовая маркировка
K	Хромель Cr—Ni	Алюмель Ni—Al	40…41	0 до +1100	−180 до +1300	±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T от 375 °C до 1000 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C ±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C	Зелёный-белый
J	Железо Fe	Константан Cu—Ni	55.2	0 до +700	−180 до +800	±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T от 375 °C до 750 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C ±0,T от 333 °C до 750 °C	Чёрный-белый
N	Никросил Ni—Cr—Si	Нисил Ni—Si—Mg		0 до +1100	−270 до +1300	±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T от 375 °C до 1000 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C ±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C	Сиреневый-белый
R	Платинородий Pt—Rh (13 % Rh)	Платина Pt		0 до +1600	−50 до +1700	±1,0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0,003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C ±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C	Оранжевый-белый
S	Платинородий Pt—Rh (10 % Rh)	Платина Pt		0 до 1600	−50 до +1750	±1,0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0,003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C ±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C	Оранжевый-белый
B	Платинородий Pt—Rh (30 % Rh)	Платинородий Pt—Rh (6 % Rh)		+200 до +1700	0 до +1820		±0,0025×T от 600 °C до 1700 °C	Отсутствует
T	Медь Cu	Константан Cu—Ni		−185 до +300	−250 до +400	±0,5 от −40 °C до 125 °C ±0,004×T от 125 °C до 350 °C	±1,0 от −40 °C до 133 °C ±0,0075×T от 133 °C до 350 °C	Коричневый-белый
E	Хромель Cr—Ni	Константан Cu—Ni	68	0 до +800	−40 до +900	±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T от 375 °C до 800 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C ±0,0075×T от 333 °C до 900 °C	Фиолетовый-белый

См. также

Примечания

Литература

Киес Р. Дж., Крузе П. В., Патли Э. Г., Лонг Д., Цвиккер Г. Р., Милтон А. Ф., Тейч М. К. § 3.2. Термопара // Фотоприёмники видимого и ИК диапазонов = Optical and Infrared Detectors / пер. с англ. под ред. В. И. Стафеева. — М.: Радио и связь, 1985. — 328 с.

H. Melloni. Ueber den Durchgang der Wärmestrahlen durch verschiedene Körper (нем.) // Annalen der Physik und Chemie : журнал. — Leipzig: Verlag von Johann Ambrosius Barth, 1833. — Bd. 28. — S. 371—378.

Грунин В. К. § 2.3.4. Термоэлектрические приёмники излучения // Источники и приёмники излучения: учебное пособие. — СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. — 167 с. — ISBN 978-5-7629-1616-5.

Ссылки

Типы термопар: ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Термопары зависимо от сферы применения, величины измеряемых температур и своего состава делятся на разные типы.

Хромель-алюмель тип К

Это один из самых применяемых типов термопар. На протяжении долгого времени измеряет температуры до 1100 ⁰С, в коротком – до 1300 ⁰С. Измерение пониженных температур возможно до -200 ⁰С. Отлично функционирует в условиях окислительной атмосферы и инертности. Возможно применение в сухом водороде, и недолго в вакууме. Чувствительность – 40 мкВ/ ⁰С. Это самый стойкий тип термопары способный работать в реактивных условиях.

Минусами является высокая деформация электродов и нестабильная ЭДС.

Хромель-алюмель или термопара типа К не применяется в среде с содержанием О2 более чем 3%. При большем содержании кислорода хром окисляется и снижается термическая ЭДС. Тип К с защитным чехлом можно использовать в переменной окислительно-восстановительной атмосфере.

Для защиты термопары ХА применяется оболочка из фарфорового, асбестового, стекловолоконного, кварцевого, эмалевого материала или высокоогнеупорных окислов.

Чаще всего хромель-алюмель выходит из строя из-за разрушения алюмелевого электрода. Происходит это после нагревания электрода до 650 градусов в серной среде. Предотвратить коррозию алюмели можно лишь исключив попадание серы в рабочую среду термопары.

Хром портится из-за внутреннего окисления, когда в атмосфере содержится водяной пар или повышенная кислотность. Защитой является применение вентилируемой защиты.

Хромель-копель тип L

Это также часто применяемая термопара позволяющая измерять в инертной и окислительной среде. Длительное измерение до 800 0С, короткое – 1100 0С. Нижний предел -253 0С. Длительная работа до 600С. Это самая чувствительная термопара из всех измерительных устройств промышленного типа. Обладает линейной градуировкой. При температуре 600 градусов выделяется термоэлектрической стабильностью. Недостатком является повышенная предрасположенность электродов к деформациям.

Положительным электродом у термопары типа L является хромель, а отрицательным – копель. Рабочая среда – окислительная или с инертно газовой составляющей. Возможно применение в вакууме при повышенной температуре короткое время. Используя хорошую газоплотную защиту ТХК можно использовать в серосодержащей и окислительной среде. В хлорной или фторсодержащей атмосфере возможна эксплуатация, но только до 200 градусов.

Железо-константан тип J

Используется в восстановительной, окислительной, инертной и вакуумной среде. Измерение положительных сред до 1100 0С, отрицательных – до -203 0С. Именно тип J рекомендуется применять в положительной среде с переходом в условия отрицательной температуры. Только в отрицательной среде ТЖК использовать не рекомендуется. На протяжении длительного времени измеряет температуры до 750 0С, в коротком интервале 1100 0С. Минусы: высокочувствительна — 50-65 мкВ/ 0С, поддается деформациям, низкая коррозийная стойкость электрода содержащего железо.

Положительным электродом у термопары типа J есть технически чистое железо, а отрицательным – медно-никелевый сплав константан.

ТЖК устойчива к окислительной и восстановительной среде. Железо при температурах от 770 0С поддается магнитным и ↔- превращениям, влияющим на термоэлектрические свойства. Нахождение термопары в условиях больше 760 0С не способно далее в точности измерять показатели температуры нижеуказанных цифр. В данном случае ее показания не соответствуют градуировочной таблице.

Скоки эксплуатации зависят от поперечного сечения электродов. Диаметр должен соответствовать измеряемым показателям.

В условиях температур выше 500С с содержанием серы в атмосфере рекомендуется применять защитный газоплотный чехол.

Вольфрам-рений тип А-1, А-2, А-3

Отлично измеряет температуры до 1800 градусов. В промышленности используется для измерения показателей около 3000 ⁰С. Нижний предел ограничивается – 1300⁰С. Можно эксплуатировать в аргоновой, азотной, гелиевой, сухой водородной и вакуумной средах.

Термо-ЭДС при 2500 ⁰С — 34 мВ для измерительных устройств из сплавов ВР5/20 и ВАР5 /ВР20 и 22 мВ, для термопар из сплава ВР10/20, чувствительность – 7-10 и 4-7 мкВ/ ⁰С.

ТВР характеризуется механической устойчивостью даже в условиях высокой температуры, справляется со знакопеременными нагрузками и резкими тепловыми сменами. Удобна в установке и практически не теряет свойств при загрязнении.

Минусы: низкая производимость термо-ЭДС; при облучениях нестабильная термо-ЭДС ; падение чувствительности при 2400 ⁰С и более.

Более точные результаты у сплавов ВАР5/ВР20 наблюдаются при длительном измерении, что не так характерно для сплавов ВР5/20.

В ТВР электроды изготавливаются из сплавов ВР5 – положительный и ВР20 – отрицательный; ВАР5 – положительный и ВР20 – отрицательный или ВР10 – положительный и ВР20 – отрицательный электрод.

Незначительное наличие О2 способно вывести термопару вольфрам-рений из строя. В окислительной среде используются лишь в быстротекущем процессе. В условиях сильного окисления моментально выходит из строя.

Иногда эта термопара может использоваться в работе высокотемпературной печи совместно с графитовым нагревательным элементом.

В качестве электродных изоляторов применяют керамику. Оксид бериллия можно применять, как изолятор в том случае, когда воздействующая на него температура не превышает температур плавления. При измерении значений меньше 1600 0С электроды защищают чистым оксидом алюминия или магния. Керамический изолятор должен быть прокален для возможности очистки разных примесей. В условиях повышенного окисления используются чехлы из металла и сплавов Mo- Re, W-Re с покрытиями. Измерительный прибор с защитой из иридия можно кратковременно использовать на воздухе.

Вольфрам-молибден

Эксплуатируется в инертной, водородной и вакуумной сфере. Температуры измерений – 1400 ⁰С -1800 ⁰С, пределы рабочих показателей — 2400 ⁰С. Чувствительность — 6,5 мкВ/ ⁰С. Обладает высокой механической прочностью. Не нуждается в химической чистоте.

Минусы: низкая термо-ЭДС; инверсия полярности, повышение хрупкости при повышенных температурах.

Рекомендуется применять в водородной, инертногазовой и вакуумной среде. Окисление на воздухе происходит при 400 градусах. При повышении термической подачи окисление ускоряется. ТВМ не вступает в реакцию с Н и инертным газом до температур плавления. Данный тип термопары лучше не использовать без изоляторов, так как она при повышении температуры может вступать в реакцию с окислами. При наличии керамического изолятора возможно кратковременное применение в окислительной среде.

Для измерения термической составляющей жидкого металла изолируется обычно глиноземистой керамикой с применением кварцевого наконечника.

Платинородий-платина типы R, S

Самые распространенные типы термопары для температур до 1600 ⁰С. К данным устройствам относятся платина со сплавом платины и родия 10%-ти или 13%-ным составом. Применяются в инертной и окислительной среде. Длительное использование при 1400С, кратковременное — 1600С. Обладают линейной термоэлектрической особенностью в диапазоне 600-1600 ⁰С. Показатель чувствительности — 10-12 мкВ/⁰С (10% Rh) и 11-14 мкВ/С (13% Rh). Производят высокоточное измерение, обладают высокой воспроизводимостью и стабильностью термо-ЭДС.

Минусы: нестабильность в облучаемой среде, повышенная чувствительность к загрязнениям.

ТПП с хорошим изолятором может применяться в восстановительной среде, и в условиях содержащих мышьяковые пары, серу, свинец, цинк и фосфор.

Практически не используются для измерения отрицательных температур по причине снижения чувствительности. Но, в отдельной сборке возможно измерение значений до -50 градусов. Для значений 300-600 ⁰С применяются в качестве сравнительных показателей. Краткое применение – до 1600 ⁰С, длительное – 1400 ⁰С. С наличие защиты можно длительно эксплуатировать при 1500 ⁰С.

Изоляторами в условиях температуры до 1200 ⁰С применяются кварцевые и фарфоровые материалы или муллит и силлиманит. Образцовые термопары изолируют плавленым кварцем.

При использовании с вырабатываемой температурой в 1400 ⁰С в качестве изолятора лучше применять керамику с окислю Al2O3. При слабоокислительной и восстановительной среде около 1200 ⁰С.

В слабоокислительных и восстановительных условиях с температурой выше 1200 и независимо от условий с температурами выше 1400 0С необходимо в качестве изолятора использовать керамический высокочистый оксид алюминия. В восстановительной среде возможно применение оксида магния.

Обычно внутренний чехол для термопары состоит из того же материала из которого выполнен изолятор. Данные материалы должны быть газоплотными. В условиях разового измерения температур жидкой стали, чтобы защитить рабочий спай измерителя используются кварцевые наконечники.

Вся рабочая длина электродов должна быть заизолирована трубкой из керамики двухканального типа. Места стыка трубки и чехла, электрода и трубки должны иметь зазоры для вентиляции. Электроды должны тщательно очищаться от смазки перед установкой в изолятор. В свою очередь металлический чехол тоже должен быть сухим и чистым. Перед установкой на объект все компоненты термопары должны пройти отжиг. Термоэлектроды не должны выполнять опорную функцию для изолятора. Особенно это важно для вертикальных термопар.

Платинородий-платинородий тип В

Используется в окислительных и нейтральных условиях. Возможна эксплуатация в вакуумной среде. Максимальная температура измерений длительного потока 1600 ⁰С, кратковременная — 1800С. Чувствительность — 10,5-11,5 мкВ/ ⁰С. Выделяется хорошей стабильностью термического ЭДС. Возможно применение без удлинительных проводов из-за низкой чувствительности в температурном диапазоне от 0 до 100 ⁰С.

Изготавливается из сплава платины и родия ПР30 и ПР6.

В атмосфере восстановительного типа и паров металлического и неметаллического состава необходима надежная защита. В качестве изолятора используется керамическое сырье из чистого Al2O3.

Характеристики эксплуатации и прочностные данные соответствуют термопарам типов R, S. Но, выходят они из строя намного реже по причине низкой подверженности химзагрязнениям и росту зерен.

особенности, описание, виды и принцип работы термоэлектрических датчиков

Термопара — это термоэлектрический преобразователь. Иными словами – это прибор, используемый для измерения температур в разных областях: в медицине, в промышленности, науке, в системах автоматики, а также в быту. В настоящее время термопары широко распространены и применяются практически повсюду. На практике чаще всего используются термопары K типа, а также J и Т. С их помощью измеряют температуры воды, воздуха, газов, смазочных материалов и так далее.

Классификация по типам

При желании возможно создать такой прибор даже самостоятельно. Однако следует все же знать некоторые особенности таких преобразователей, их различие по типу применяемых материалов. А классифицируются виды термопар так:

Тип E. Используется сплав хромель – константан. Эти датчики обладают высокой чувствительностью – до 68 мкВ/°C. Подходят для криогенного использования. Температуры, при которых возможно применение, колеблются от -50 °C до +740 °C.
Тип J. Здесь применяют состав железо – константан. Используются для условий в температурных диапазонах от -40 °C до +750 °C. Имеет повышенную производительность –50 мкВ / °С.
Термопары типа K выполняются на основе сплава хромеля и алюминия. Это, несомненно, самые популярные датчики широкого назначения. Обладают производительностью до 41 мкВ/°C. Применяются в температурных диапазонах от -200 °С до +1350 °C. В неокисляющих и инертных условиях датчики типа K используются до 1260 °C.
Тип M. Эти термопары применяются в основном в вакуумных печах. Используются при температурах до +1400 °C.
Регуляторы типа N — никросил-нисиловые. Они стабильны и стойки к окислению, имеют производительность 39 мкВ/ °C. Поэтому их используют при температурах от -270 °C до +1300 °C.
Устройства типов B, R и S выпускаются из сплава родия и платины. Класс B, R и S — датчики довольно дорогие и имеют низкую производительность: всего 10 мкВ/° C. Используются благодаря высокой надежности исключительно для измерения высоких температур.
Датчики на основе сплавов рения и вольфрама. В основном они работают в автоматике промышленных процессов, в производстве водорода и так далее. Не рекомендуется применять в кислотных средах.

Технические характеристики прибора

Примечательно, что термопарам не нужны никакие дополнительные источники питания. Они применяются для измерения температур достаточно большого диапазона: от -200 °C до +2000 °C. При этом они обладают меняющимися параметрами. Проблематично еще и то, что надо учитывать влияние температуры свободных концов на заключительные результаты измерений. Помимо этого, низкое выходное напряжение требует достаточно точных усилителей.

Ярким примером использования приборов, созданных по принципу термопар, служат компактные цифровые термометры. В настоящее время — это основной и, пожалуй, самый массовый прибор для осуществления статических и динамических измерений.

Выходным сигналом термопары является постоянное напряжение. Он достаточно просто преобразуется в цифровой код. А затем его можно измерить с помощью простейших приборов. Для этих целей можно взять, к примеру, малогабаритный цифровой мультиметр.

Измерительные приборы на основе термопар отличает высокая точность и чувствительность, а также правильность характеристик преобразования. Обычно напряжение на выходе колеблется от 0 до 50 мВ, а типичная производительность — от 10 до 50 мкВ/°C. Все зависит от используемых в датчике материалов.

Основной принцип работы

В основу принципа работы термопары положен термоэлектрический эффект, называемый иначе эффект Зеебека. Он гласит, что когда проводник подвергается воздействию, соответственно изменяется его сопротивление и напряжение.

Принцип действия термопары состоит в том, что если соединить последовательно два разнородных металлических проводника, то при этом образуется замкнутая электрическая цепь. Если затем нагреть это соединение, то в цепи возникнет электродвижущая сила (термо-ЭДС). Под ее воздействием в замкнутой цепи и возникает электрический ток.

Место нагрева, как правило, называют горячим спаем, соответственно холодный спай не нагревается. Значение термо-ЭДС измеряется путем подключения в разрыв электрической цепи гальванометра или микровольтметра. То есть она напрямую зависит от разности температур между холодным и горячим спаем.

Вследствие нагревания места соединения проводников термопары между свободными концами образуется разность потенциалов. Она легко преобразовывается в цифровой код. Возникает возможность определения температуры нагрева на месте соединения проводников.

Для точности проведения измерений холодный спай должен всегда иметь неизменную температуру. Поскольку этого довольно сложно добиться, применяются компенсационные схемы.

Достоинства и недостатки

Термопары обладают многими достоинствами в сравнении с аналогичными термоэлектрическими датчиками температуры. К плюсам, например, относят:

простая конструкция;
прочность;
надёжность;
универсальность;
низкая стоимость;
можно пользоваться в самых разных условиях;
можно измерять самые разные температуры;
точность произведенных измерений.

Однако, как и любой другой прибор, эти датчики имеют свои недостатки:

довольно низкое напряжение на выходе;
нелинейность.

Измерение температур с использованием термопар, изобретенное еще в XIX веке, достаточно широко применяется в современном производстве. Кроме того, существуют такие сферы деятельности, где применение этих датчиков становится порой единственным возможным способом получения необходимых измерений.

Термопары, термопреобразователи сопротивления — выбор, подключение, установка. Низкая цена

В данной статье приведены основные технические характеристики термопреобразователей сопротивления, ГОСТ 6651-94 (Общие технические требования и методы испытаний) и преобразователей термоэлектрических (далее термопары), ГОСТ 6616-94 (Общие технические условия, а также рекомендации по правильному выбору термопреобразователей, их установке, подключению и обслуживанию.

(Также см. статью: Что такое температура? Как правильно измерять температуру? Что выбрать: термосопротивление или термопару? Советы по применению.)

Термины и определения

Термоэлектрический эффект — генерирование термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи.

Термопара — два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Соединение при измерении (рабочий конец для термопар) — соединение, подлежащее воздействию температуры, которую необходимо измерить.

Соединение при контроле (свободный конец для термопары) — соединение термопары, находящееся при известной температуре, с которой сравнивают измеряемую температуру.

Длина монтажной части —
для термопреобразователей сопротивления и термопар с неподвижным штуцером или фланцем — расстояние от рабочего конца защитной арматуры до опорной плоскости штуцера или фланца;
для термопреобразователей сопротивления и термопар с подвижным штуцером или фланцем, а также без штуцера или фланца — расстояние от рабочего конца защитной арматуры до головки, а при отсутствии ее — до мест заделки выводных проводников.

Длина наружной части — расстояние от опорной плоскости неподвижного штуцера или фланца до головки.

Длина погружаемой части — расстояние от рабочего конца защитной арматуры до места возможной эксплуатации при температуре верхнего предела измерения.

Диапазон измеряемых температур — интервал температур, в котором выполняется регламентируемая функция термопреобразователя по измерению.

Рабочий диапазон — интервал температур, измеряемых конкретным термопреобразователем и находящийся внутри диапазона измеряемых температур.

Номинальное значение температуры применения — наиболее вероятная температура эксплуатации, для которой нормируют показатели надежности и долговечности.

Показатель тепловой инерции — время, необходимое для того, чтобы при внесении термометра сопротивления или термопары в среду с постоянной температурой разность температур среды и любой точки внесенного в нее преобразователя стала равной 0,37 того значения, которое будет в момент наступления регулярного теплового режима.

Допуск — максимально допустимое отклонение от номинальной зависимости сопротивления (термопреобразователя сопротивления) или ЭДС (термопары) от температуры, выраженное в градусах Цельсия.

Чувствительный элемент (ЧЭ) — элемент термопреобразователя, воспринимающий и преобразующий тепловую энергию в другой вид энергии для получения информации о температуре.

Измерительный ток термопреобразователя сопротивления — ток, вызывающий изменение сопротивления термопреобразователя сопротивления при 0°С не более 0,1% его номинального значения.

Термопреобразователи сопротивления, основные технические характеристики

Тип ТС	Класс допуска	Допускаемое отклонение сопротивления от номинального значения при 0°С, %	Значение W100		Диапазон измеряемых температур, °С	Предел допускаемого отклонения сопротивления от НСХ, °С
Тип ТС	Класс допуска		Номинальное	Наименьшее допускаемое	Диапазон измеряемых температур, °С	Предел допускаемого отклонения сопротивления от НСХ, °С
Платиновый (ТСП)	А	0,05	1,3850 1,3910	1,3845 1,3905	-220…+850	±(0,15 + 0,002 \|t\|)
	В	0,1	1,3850 1,3910	1,384 1,390	-220…+1100	±(0,3 + 0,005 \|t\|)
	С	0,2	1,3850 1,3910	1,3835 1,3995	-100…+300	±(0,6 + 0,008 \|t\|)
Медный (ТСМ)	А	0,05	1,4260 1,4280	1,4255 1,4275	-50…+120	±(0,15 + 0,002 \|t\|)
	В	0,1	1,4260 1,4280	1,4250 1,4270	-200…+200	±(0,25 + 0,0035 \|t\|)
	С	0,2	1,4260 1,4280	1,4240 1,4260	-200…+200	±(0,5 + 0,0065 \|t\|)

Схемы соединений внутренних проводников термопреобразователя сопротивления с ЧЭ и их условные обозначения

При использовании схемы 2 (двухпроводная схема) сопротивление соединительных проводов термопреобразователя сопротивления не должно превышать 0,1% номинального значения сопротивления термопреобразователя при 0°С.

В двухпроводной схеме к сопротивлению ЧЭ добавлено сопротивление соединительных проводников, что приводит к сдвигу характеристики при 0°С и уменьшению W100.

На практике эта проблема решается за счет измерительного прибора, к которому подключается термопреобразователь сопротивления, путем задания соответствующих корректировок по смещению и наклону характеристики.

Термопреобразователь с двухпроводной схемой подключения внутренних проводников может подключаться к прибору по трехпроводной схеме с использованием трехжильного кабеля.

При использовании термопреобразователей сопротивления с трехпроводной схемой подключения, прибор автоматически вычитает из сопротивления полной цепи сопротивление соединительных проводов. Сопротивление внутренних проводов и жил кабеля при этом должны быть между собой одинаковы.

Если входная электрическая схема прибора представляет собой мост, в одно плечо которого подключается термопреобразователь сопротивления, то достаточно, чтобы были одинаковы сопротивления двух проводов: 1 и 2.

Мостовая схема подключения термопреобразователя сопротивления

термопреобразователя сопротивления

Наиболее точные термопреобразователи сопротивления имеют четырехпроводную схему подключения. Для этой схемы не требуется равенство в сопротивлениях проводников. Каждый конкретный тип термопреобразователя имеет свой более узкий по сравнению с приведенным в таблице основных характеристик диапазон измеряемой температуры. Это связано с технологией сборки термопреобразователя сопротивления и применяемыми при этом материалами.

Необходимо помнить, что для точного измерения температуры вся погружаемая часть термопреобразователя сопротивления должна находиться в измеряемой среде.

Термопары, основные технические характеристики

Тип термопары	Класс допуска	Диапазон измеряемых температур, °С	Предел допускаемого отклонения от НСХ, °С
Хромель-копелевый ХК (L)	2	-40…+300 +300…+800	±2,5 ±0,0075 \|t\|
Хромель-копелевый ХК (L)	3	-200…-100 -100…+100	±0,015 \|t\| ±2,5
Хромель-алюмелевыый ХА (K)	1	-40…+375 +375…+1000	±1,5 ±0,004\|t\|
	2	-40…+333 +333…+1200	±2,5 ±0,0075 \|t\|
	3	-200…-167 -167…+40	±2,5 ±0,0075 \|t\|

Термопара хромель-алюмель ХА(K) обладает наиболее близкой к прямой термоэлектрической характеристикой. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой основе. Хромель (НХ9,5) содержит 9…10%Сг; 0,6…1,2%Со; алюмель (НМцАК) — 1,6…2.4%Al, 0,85…1,5%Si, 1,8…2,7%Mn, 0.6…1.2%Со. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля. Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термо-ЭДС термопары хромель — алюмель от температуры в диапазоне 0…1000°С, ее часто применяют в терморегуляторах.

Термопара хромель-копель ХК(L) обладает большей термо-ЭДС, чем термопара ХА(K), но уступает по жаростойкости и линейности характеристики. Копель (МНМц 43-0,5) — серебристо-белый сплав на медной основе, содержит 42,5-44,0%(Ni+Со), 0,1-1,0%Mn. Даже в сухой атмосфере при комнатной температуре на его поверхности быстро образуется окисная пленка, в дальнейшем удовлетворительно предохраняющая сплав от дальнейшего окисления.

Номинальные статические характеристики термопар приведены в ГОСТ Р 8.585-2001.

Схемы включения

Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить. Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов постоянна и известна, то подключение может быть сделано медным проводом, а если не постоянна и неизвестна, то оно выполняется специальными удлинительными (компенсационными) проводами. В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются так, чтобы в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При подсоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют ее и дают возможность отвести холодный спай до измерительного прибора.

Удлинительные провода

Также смотрите кабели высокотемпературные и термопарные, соединители медные и термопарные, разъемы со склада.

Стандартные удлинительные провода маркируются. При включении этих проводов в цепь термопар необходимо соблюдать полярность, иначе при измерениях возникает погрешность, равная удвоенной погрешности, которую старались устранить с помощью удлинительных проводов. Промышленность выпускает удлинительные провода в виде скомплектованного (двухжильного) кабеля с жилами различных цветов.

Основные характеристики термопар и удлинительных проводов

Термопара	Условное обозна-чение НСХ	Материал термоэлектрода		Материал удлинительного провода, марка и цвет оплетки		ТермоЭДС, мВ при t=100°С, t0=0°C	Сопро-тивление 1 м. Ом для сечения, мм2
Термопара	Условное обозна-чение НСХ	положит.	отрицат.	положит.	отрицат.	ТермоЭДС, мВ при t=100°С, t0=0°C	1	2,5
Платинородий — платина	ПП (R, S)	Платинородий (90%Pt+10%Rh)	Платина	Медь П, красный или розовый	Медно-никелевый (99,4%Сu +0,6%Ni) зеленый	0,64 ± 0,03	0,05	2,5
Платинородий – платино-родий	ПР (B)	Платинородий (70%Pt+30%Rh)	Платинородий (94%Pt+6% Rh)	—	—	—	0,05	0,02
Хромель — алюмель	ХА (K)	Хромель (89%Ni+9,8% Cr+1% Fe+ 0,2% Mn)	Алюмель (94% Ni+2% Al+ 2,5% Mn+1% Si+ 0,5% Fe)	Медь М, красный или разовый	Константан (42%Ni+58%Cu), коричневый	4,10 ± 0,16	0,52	0,02
Хромель — копель	ХК (L)	To же	Копель (55%Cu+45%Ni+Co)	Хромель ХК, фиолетовый или черный	Копель, желтый, оранжевый	6,95 ± 0,2	1,15	0,21
Железо — копель	ЖК	Железо	То же	Железо ЖК, белый	То же	5,57	0,60	0,46
Медь — копель	МК (M)	Медь	То же	Медь МК, красный или розовый	То же	4,76	0,50	0,24
Медь — константан	МКт (T)	Медь	Константан (42%Ni+58%Cu)	То же	Константан, коричневый или черный	4,10 ± 0,16	0,52	0,20
Вольфрам — рений- вольфрам — рений	ВР (A1, A2, A3)	Вольфрам-рений	Вольфрам-рений	То же	Медно -никелевыи синий или голубой	1,33 ± 0,03	0,20	0,21
Вольфрам — молибден	ВМ	Вольфрам	Молибден	То же	Медно- никелевыи (99,7%Cu+ 0,3%Ni)	0,40 ± 0,03	0,05	0,04

В связи с высокой стоимостью термопарных кабелей по сравнению, например, с медными при значительной удаленности прибора от датчика более целесообразно в ряде случаев присоединение датчика к прибору осуществлять четырехжильным медным кабелем. При этом две жилы кабеля подключаются к термоэлектродам термопары, а две — к термосопротивлению, контролирующему температуру свободных концов термопары. Как в этом случае, так и при подключении термопары непосредственно к зажимам прибора, необходимо обеспечить хороший тепловой контакт термосопротивления с выводами термопары.

При измерении температуры до +600°С более предпочтительным является использование термопары ХК(L), имеющей в 1,5…2 раза большую термо-ЭДС, чем ХА(K).

С другой стороны, для ТП ХК(L) не существует недорогого термокомпенсационного провода. Поэтому при большой удаленности датчика от прибора лучше применять ТП ХА(K) и удлинительный провод МК.

Сравнительные характеристики термопар и термопреобразователей сопротивления

В данной таблице приведены сравнительные эксплуатационные характеристики термопреобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей («+» — преимущество, «-» — недостаток).

Тип преобразователя	Характеристики
Тип преобразователя	Диапазон измеряемой температуры	Точность измерения	Инерционность	Цена преобразователя	Цена подсоединения преобразователя
ТП	+	—	+	+	—
ТС	—	+	—	—	+

Также смотрите термопреобразователи сопротивления, термопары, датчики температуры с токовым выходом, чувствительные элементы нашего производства. А также кабели высокотемпературные и термопарные, соединители медные и термопарные, разъемы со склада.

Читайте также статьи из разделов:
• Измерение температуры и влажности, датчики температуры и влажности
• Автономные регистраторы
• Автоматизация, приборы для автоматизации
• Медицинские приборы

Термопара — это… Что такое Термопара?

Схема термопары. При температуре спая нихрома и алюминий-никеля равной 300 °C термоэдс составляет 12,2 мВ. Фотография термопары

Термопа́ра (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

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т₁, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т₂, которое будет пропорционально разности температур Т₁ и Т₂.

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используютcя два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

— Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
— Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
— При использовании длинных удлинительных проводов, во избежании наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
— По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
— Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
— Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
— Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Применение термопар

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 31 июля 2012.

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

В 1920^х—30^х годах термопары использовались для питания детекторных приемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т.п) с использованием открытого огня.

Преимущества термопар

Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С)
Большой температурный диапазон измерения: от −200 °C до 2500 °C
Простота
Дешевизна
Надежность

Недостатки

Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).
Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Типы термопар

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94.Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

Сравнение термопар

Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопары. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью В±0.0025Г—T имела бы точность В±2.5 В°C в 1000 В°C.

Тип термопары МЭК	Температурный диапазон °C (длительно)	Температурный диапазон °C (кратковременно)	Класс точности 1 (°C)	Класс точности 2 (°C)
K	0 до +1100	−180 до +1300	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 1000 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 1200 °C
J	0 до +700	−180 to +800	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 750 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 750 °C
N	0 до +1100	−270 to +1300	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 1000 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 1200 °C
R	0 до +1600	−50 to +1700	±1.0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0.003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1.5 от 0 °C до 600 °C ±0.0025×T от 600 °C до 1600 °C
S	0 до 1600	−50 до +1750	±1.0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0.003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1.5 от 0 °C до 600 °C ±0.0025×T от 600 °C до 1600 °C
B	+200 до +1700	0 до +1820		±0.0025×T от 600 °C до 1700 °C
T	−185 до +300	−250 до +400	±0.5 от −40 °C до 125 °C ±0.004×T от 125 °C до 350 °C	±1.0 от −40 °C до 133 °C ±0.0075×T от 133 °C до 350 °C
E	0 до +800	−40 до +900	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 800 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 900 °C

См. также

Примечания

Ссылки

конструкция и принцип работы датчика, виды устройств для измерения температуры

Термоэлектрический преобразователь, или термопара, представляет собой устройство, используемое в промышленности и медицине при проведении научных экспериментов, а также в системах автоматики. С помощью этого прибора проводятся замеры температуры. Для определения разности температурных показателей зон применяются дифференциальные устройства, которые представляют собой две термопары, соединенные навстречу друг другу.

Конструктивные особенности

Если относиться более скрупулезно к процессу замера температуры, то эта процедура осуществляется с помощью термоэлектрического термометра. Основным чувствительным элементом этого прибора считается термопара.

Сам процесс измерения происходит за счет создания в термопаре электродвижущей силы. Существуют некоторые особенности устройства термопары:

Электроды соединяются в термопарах для измерения высоких температур в одной точке с помощью электрической дуговой сварки. При замере небольших показателей такой контакт выполняется с помощью пайки. Особенные соединения в вольфрам-рениевых и вольфрамо-молибденовых устройствах проводятся с помощью плотных скруток без дополнительной обработки.
Соединение элементов проводится только в рабочей зоне, а по остальной длине они изолированы друг от друга.
Метод изоляции осуществляется в зависимости от верхнего значения температуры. При диапазоне величины от 100 до 120 °C используется любой тип изоляции, в том числе и воздушный. При температуре до 1300 °C применяются трубки или бусы из фарфора. Если величина достигает до 2000 °C, то применяется изоляционный материал из оксида алюминия, магния, бериллия и циркония.
В зависимости от среды использования датчика, в которой происходит замер температуры, применяется наружный защитный чехол. Выполняется он в виде трубки из металла или керамики. Такая защита обеспечивает гидроизоляцию и поверхностное предохранение термопары от механических воздействий. Материал наружного чехла должен выдерживать высокую температуру воздействия и обладать отличной теплопроводностью.

Конструкция датчика во многом зависит от условий его применения. При создании термопары во внимание принимается диапазон измеряемых температур, состояние внешней среды, тепловая инерционность и т. д.

Принцип действия

Работа термопары основана на принципе термоэлектрического эффекта. Это явление было открыто физиком из Германии Т. Зеебеком в начале XIX века. Его суть состоит в следующем:

Если соединить два термоэлектрода из разных металлов или сплавов в замкнутую электрическую цепь, а их рабочую поверхность подвергнуть воздействию разных температур, то по ней начнет протекать электрический ток.
Цепь, состоящая только из двух разных электродов, называется термоэлементом.
Работает термопара за счет электродвижущей силы, которая вызывает ток в цепи и зависит от материала элементов и разности температуры их соединения.
Элемент, из которого поступает ток от горячего соединения к холодному, считается положительным электродом, а от холодного к горячему — отрицательным.
Если говорить простым языком, то зная температуру одного соединения, которая поддерживается обычно постоянной, в результате измерения значения тока можно узнать величину нагрева другого соединения.

Термопара ПП расшифровывается как платинородий-платиновый, где первым идет обозначение положительного электрода, а вторым — отрицательного. Величина электродвижущей силы составляет небольшую величину, которая измеряется милливольтами при разнице температуры в 100 К (173,15 °C).

Виды устройств

Каждый вид термопар имеет свое обозначение, и разделены они согласно общепринятому стандарту. Каждый тип электродов имеет свое сокращение: ТХА, ТХК, ТВР и т. д. Распределяются преобразователи соответственно классификации:

Тип E — представляет собой сплав хромеля и константана. Характеристикой этого устройства считается высокая чувствительность и производительность. Особенно это подходит для использования при крайне низких температурах.
J — относится к сплаву железа и константана. Отличается высокой чувствительностью, которая может достигать до 50 мкВ/ °C.
Вид K — считается самым популярным устройством, состоящим из сплава хромеля и алюминия. Эти термопары могут определить температуру в диапазоне от -200 °C до +1350 °C. Приборы используются в схемах, расположенных в неокисляющих и инертных условиях без признаков старения. При применении устройств в довольно кислой среде хромель быстро разъедается и приходит в негодность для измерения температуры термопарой.
Тип M — представляет сплавы никеля с молибденом или кобальтом. Устройства могут выдерживать до 1400 °C и применяются в установках, работающих по принципу вакуумных печей.
Вид N — нихросил-нисиловые устройства, отличием которых считается устойчивость к окислению. Используются они для измерения температур в диапазоне от -270 до +1300 °C.

Существуют термопары, выполненные из сплавов родия и платины. Относятся они к типам B, S, R и считаются самыми стабильными устройствами. К минусам этих преобразователей относится высокая цена и низкая чувствительность.

При высоких температурах широко используются устройства из сплавов рения и вольфрама. Кроме того, по назначению и условиям эксплуатации термопары могут бывать погружаемыми и поверхностными.

По конструкции крепления устройства обладают статическим и подвижным штуцером или фланцем. Широкое применение термоэлектрические преобразователи нашли в устройстве компьютеров, которые обычно подсоединяются через COM порт и предназначены для измерения температуры внутри корпуса.

Компенсационные провода

В состав термопар входят компенсационные провода, которые выглядят как удлинители для подсоединения устройств к измерительному прибору. Если устроить свободные концы в головке термоэлектрического преобразователя, то практически его подсоединение выполнить нельзя, так как прибор работает при очень высоких температурах.

Кроме того, не всегда прибор, на который поступают данные, можно расположить недалеко от датчиков. Поэтому часто требуется подсоединение измерительного прибора на расстоянии от места, где установлены датчики. Эту задачу с успехом решают компенсационные провода. Обычно их изготавливают из того же материала, что и термоэлектрические датчики.

Удлинительные провода находятся на участках с более низкими температурами, поэтому существует возможность изготавливать их из более дешевого материала. При использовании компенсационных проводов необходимо учитывать возможность появления паразитных электродвижущих сил. Провода должны обеспечить отведение свободных концов от термопары в зону с пониженной и постоянной температурой.

Источники погрешностей измерений

На выполнение правильного процесса измерения влияют внешние источники, техническое состояние средств измерения и другие условия. На точность измерения с использованием термоэлектрического преобразователя влияет изменение электродвижущей силы.

Это явление называется термоэлектрической нестабильностью используемых сплавов. В процессе эксплуатации стало известно, что сплавы электродов изменяют свою ЭДС, которая приводит к искажению показаний.

Во время длительной эксплуатации при высоких температурах такие ошибки могут достигать больших величин, что приводит к снижению точности измерений.

Основными причинами нестабильности измерений считаются:

взаимодействие термоэлектродов с внешней средой;
влияние на датчики изолирующих и защитных устройств;
взаимодействие электродов друг с другом;
внутренние процессы, которые возникают при изменении температуры;
влияние радиации, электромагнитных полей и перепадов давления.

Под воздействием высокой температуры происходит снижение сопротивления изоляции датчиков, которое приводит к искажению измерений. Часто источником возникновения ошибок при замерах становится неправильный выбор термоэлектрода, так как его сопротивление не совпадает с показаниями электрической цепи. Изменение электродвижущей силы по длине термоэлектрического преобразователя тоже приводит к возникновению ошибок при получении показателей.

Термопары-Типы термопар — J, K, E, T, N, B, R, S

Хромель {90% никеля и 10% хрома} Alumel {95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния}

Твитнуть

Термопара типа K

Это наиболее распространенный тип термопар, обеспечивающий самый широкий диапазон рабочих температур. Термопары типа K обычно работают в большинстве случаев, поскольку они сделаны на основе никеля и обладают хорошей коррозионной стойкостью.

• 1. Положительный полюс — немагнитный (желтый) , отрицательный — магнитный (красный).

• 2. Традиционный выбор из недрагоценных металлов для работы при высоких температурах.

• 3. Подходит для использования в окислительной или инертной атмосфере при температурах до 1260 ° C (2300 ° F).

• 4. Уязвим к воздействию серы (воздерживаться от воздействия серосодержащих атмосфер).

• 5. Лучше всего работать в чистой окислительной атмосфере.

• 6.Не рекомендуется для использования в условиях частичного окисления в вакууме или при чередовании циклов окисления и восстановления.

Состоит из положительной ветви, состоящей примерно из 90% никеля, 10% хрома и отрицательной ветви, состоящей примерно из 95% никеля, 2% алюминия, 2% марганца и 1% кремния. Термопары типа K являются наиболее распространенными термопарами общего назначения. термопара с чувствительностью примерно 41 мкВ / ° C, хромель положительный по отношению к алюмелю. Это недорогое решение, и предлагается широкий выбор датчиков в диапазоне от -200 ° C до + 1260 ° C / от -328 ° F до + 2300 ° F.Тип K был определен в то время, когда металлургия была менее развита, чем сегодня, и, следовательно, характеристики значительно различаются между образцами. Один из составляющих металлов, никель, является магнитным; Особенностью термопар, изготовленных из магнитного материала, является то, что они претерпевают ступенчатое изменение выходной мощности, когда магнитный материал достигает точки отверждения (около 354 ° C для термопар типа K).

Термопары типа K (хромель / константан)

Термопары типа K обычно работают в большинстве приложений, поскольку они сделаны на основе никеля и обладают хорошей коррозионной стойкостью.Это наиболее распространенный тип калибровки сенсора, обеспечивающий самый широкий диапазон рабочих температур. Благодаря своей надежности и точности термопара типа K широко используется при температурах до 2300 ° F (1260 ° C). Этот тип термопары должен быть защищен подходящей металлической или керамической защитной трубкой, особенно в восстановительной атмосфере. В окислительной атмосфере, такой как электрические печи, защита труб не всегда необходима, если подходят другие условия; тем не менее, он рекомендуется для обеспечения чистоты и общей механической защиты.Тип K обычно переживет тип J, потому что проволока JP быстро окисляется, особенно при более высоких температурах.

Диапазон температур:
• Провод класса термопары, от −454 ° до 2300 ° F (от −270 до 1260 ° C)

• Провод класса удлинения, от −32 ° до 392 ° F (от 0 до 200 ° C)

• Точка плавления, 2550 ° F (1400 ° C)

Точность (в зависимости от того, что больше):
• Стандарт: ± 2.2C% или ± 0,75%

• Специальные пределы погрешности: ± 1,1C или 0,4%

Отклонения в сплавах могут повлиять на точность термопар. Для термопар типа K первый класс допуска составляет ± 1,5 K в диапазоне от -40 до 375 ° C. Однако отклонения между термопарами одного производства очень малы, и гораздо более высокая точность может быть достигнута путем индивидуальной калибровки.

Металлургические изменения могут вызвать отклонение калибровки от 1 до 2 ° C за несколько часов, которое со временем увеличится до 5 ° C.Доступен специальный сплав типа K, который может поддерживать особую предельную точность до десяти раз дольше, чем обычный сплав.

Вопросы и ответы по термопарам — Измерение температуры

Вопросы и ответы по термопарам

Сравнение термопар, RTD и термистора?

Что такое термопара?

Термопара — это датчик, используемый для измерения температуры. Термопары состоят из двух проводов из разных металлов. Ноги проводов свариваются на одном конце, образуя стык.

На этом переходе измеряется температура. Когда соединение испытывает изменение температуры, создается напряжение. Затем напряжение можно интерпретировать с помощью справочных таблиц термопар (связанных) для расчета температуры.

Существует множество типов термопар, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики с точки зрения температурного диапазона, долговечности, вибростойкости, химической стойкости и совместимости с областями применения.

Типы J, K, T и E — это термопары из основного металла, наиболее распространенные типы термопар.Термопары типов R, S и B — это термопары из «благородных металлов», которые используются в высокотемпературных приложениях (см. Диапазоны температур термопар.

Термопары используются во многих промышленных, научных и OEM-приложениях. Их можно найти почти во всех промышленные рынки: электроэнергетика, нефть / газ, фармацевтика, биотехнология, цемент, бумага и целлюлоза и т. д. Термопары также используются в бытовых приборах, таких как печи, печи и тостеры.

Термопары обычно выбираются из-за их низкой стоимости, высокой температурные ограничения, широкий диапазон температур и прочный характер.

Что такое холодный (эталонный) спай для термопар?

Холодный или эталонный спай — это конец термопары, который обеспечивает эталонную точку.

Термопары измеряют разницу температур между двумя спаями. Они НЕ измеряют фактическую температуру. Чувствительный спай — это место, где провода термопары свариваются (или соединяются другим способом) вместе и расположены в точке, где требуется температура.

Другой переход обычно находится там, где он подсоединяется к приборам (измерительному устройству или преобразователю).Это называется холодным или опорным спаем.

Таблицы милливольт для термопар и математические формулы основаны на температуре холодного спая 0 ° C. Чтобы определить фактическую температуру, приборы должны «отрегулировать» разницу между температурой окружающей среды и 0 ° C. Эта регулировка известна как компенсация холодного спая.

Также читайте: Термопары Эффект зеленой гнили

Заземленная или незаземленная термопара?

Термопара называется «заземленной», когда чувствительный спай соединен (физически и электрически) с металлическим корпусом.

Есть преимущества и недостатки, но обычно предпочтительнее использовать незаземленные термопары, поскольку допустимо меньшее время отклика.

В чем разница между термопарой и RTD?

Диапазон температур

Сначала рассмотрим разницу в диапазонах температур. Термопары из благородных металлов могут достигать 3100 F, в то время как стандартные RTD имеют предел 600 F, а RTD с расширенным диапазоном имеют предел 1100 F.

Стоимость

Термопара с плоским штоком в 2–3 раза дешевле, чем RTD с простым штоком.

Узел головки термопары примерно на 50% дешевле, чем узел эквивалентной головки RTD.

Точность, линейность и стабильность

Как правило, RTD более точны, чем термопары. Особенно это актуально в более низких диапазонах температур.

РДТ

также более стабильны и имеют лучшую линейность, чем термопары.Если точность, линейность и стабильность являются вашими первоочередными задачами, и ваше приложение находится в пределах температурных ограничений RTD, выберите RTD.

Долговечность

В производстве датчиков RTD широко считаются менее прочными датчиками по сравнению с термопарами.

Время отклика

RTD не могут быть заземлены. По этой причине у них более медленное время отклика, чем у заземленных термопар.

Кроме того, термопары можно разместить внутри оболочки меньшего диаметра, чем RTD.

Меньший диаметр оболочки увеличивает время отклика. Например, заземленная термопара диаметром 1/16 дюйма.

Оболочка

будет иметь более быстрое время отклика, чем RTD с диаметром ¼ ”. оболочка

Какие бывают типы спая термопары?

Термопары с заземлением:

Это наиболее распространенный тип спая. Термопара заземляется, когда оба провода термопары и оболочка свариваются вместе, образуя одно соединение на конце зонда.

Заземленные термопары имеют очень хорошее время отклика, поскольку термопара находится в прямом контакте с оболочкой, что позволяет легко передавать тепло.

Недостатком заземленной термопары является то, что термопара более восприимчива к электрическим помехам. Это связано с тем, что оболочка часто контактирует с окружающей областью, создавая путь для помех.

Незаземленные термопары:

Термопара не заземлена, когда провода термопары свариваются вместе, но они изолированы от оболочки.

Провода часто разделены минеральной изоляцией.

Открытые термопары (или «термопары с неизолированной проволокой»):

Термопара становится оголенной, когда провода термопары свариваются вместе и непосредственно вставляются в технологический процесс.

Время реакции очень быстрое, но оголенные провода термопары более подвержены коррозии и разрушению. Этот стиль не рекомендуется, если ваше приложение не требует открытых соединений.

Незаземленная Необычная:

Незаземленная необычная термопара состоит из сдвоенной термопары, которая изолирована от оболочки, и каждый из элементов изолирован друг от друга.

Что такое M.I. Кабель?

М.И. Кабель (с минеральной изоляцией) используется для изоляции проводов термопар друг от друга и от металлической оболочки, которая их окружает.

Кабель MI имеет два (или четыре в дуплексном режиме) провода термопары, идущие по середине трубки.

Затем трубка заполняется порошком оксида магния и уплотняется для обеспечения надлежащей изоляции и разделения проводов.

Кабель

MI помогает защитить провод термопары от коррозии и электрических помех.

Чем отличаются оболочки термопар?

316SS (нержавеющая сталь): Это наиболее распространенный материал оболочки. Он относительно устойчив к коррозии и экономичен.
304SS: Эта оболочка не так устойчива к коррозии, как 316SS. Разница в стоимости между 316SS и 304SS является номинальной.
Inconel (зарегистрированная торговая марка) 600: Этот материал рекомендуется для высококоррозионных сред.

Также читайте: Калибровка термопары

Что обозначают цвета проводов термопар?

Термопару можно определить по цвету изоляции провода.

Например, в США провод для термопар типа J имеет один красный провод и один белый провод, обычно с коричневой оболочкой.

Удлинительный провод типа J также имеет один красный провод и один белый провод, но с черной оболочкой.

Как правило, красный провод термопары или удлинительного провода является отрицательным, а положительный провод имеет цветовую маркировку в соответствии с типом термопары.

В разных странах используются разные цветовые коды.

В чем разница между кабелем термопары и удлинительным проводом?

Проволока для термопар используется для изготовления зондов для термопар.

Проволока для термопар обычно используется для соединения и внутри оболочки штока. Это связано с тем, что проволока для термопар имеет лучшие характеристики точности, чем проволока для удлинения.

Удлинительный провод — это менее дорогой провод низкого качества. Он используется для распространения сигнала от датчика термопары на систему управления или цифровой дисплей.

Проволока удлинительного класса более экономична из-за использования металла меньшей марки.

Проволока удлинительного класса не должна использоваться в самом процессе, и в ней не должны наблюдаться перепады температур и температурные циклы, как у стандартной проволоки.

Что такое эффект Зеебека?

Когда две проволоки из разных металлов или металлических сплавов (термопровода) соединяются на одном конце (горячий спай), образуется термопара.

Если существует разница температур между горячим спаем и открытыми концами, в термопаре создается тепловая электродвижущая сила (тепловое напряжение). Это также называется эффектом Зеебека.

Что такое CJC?

При измерении термопарой всегда требуется информация от соединенного конца провода (горячий спай) и открытого конца провода (холодный спай).Холодный спай также называют точкой отсчета.

Изменения температуры контрольной точки компенсируются измерением CJC (компенсация холодного спая).

Измерительные преобразователи температуры CJC могут быть внутренней функцией или измерительным резистором, встроенным в разъемы.

Если контрольная точка находится далеко от преобразователя, необходимо выполнить отдельное измерение температуры этой точки и подключить его к преобразователю в качестве сигнала компенсации.

Что такое компенсационный кабель и удлинительный кабель?

Компенсирующий кабель — это кабель для измерительной цепи термопары, который обозначается буквой C (e.грамм. для кабеля типа K KC).

Провода компенсационного кабеля имеют те же электрические характеристики, но не из тех же материалов, что и термопроводы датчика термопары.

Компенсационный кабель является более экономичным решением, чем удлинительный кабель, но максимальная допустимая температура окружающей среды ниже, примерно 100… 200 ° C в зависимости от изоляционного материала.

Удлинительный кабель — это кабель термопары, обозначенный буквой X (например, для кабеля типа K KX).Провода удлинительного кабеля сделаны из тех же материалов, что и термопроводы датчика термопары.

Эти кабели могут достигать той же температуры окружающей среды, что и термопара.

Что такое электронагреватель / датчик?

Электронагреватель — это термин, обычно используемый для предотвращения замораживания трубопроводов и присоединенных устройств.

Важной функцией электронагревателя является поддержание стабильной температуры и скорости потока материалов, протекающих по трубопроводу.

Наиболее распространенная реализация электронагревателя — электрическая, которая обеспечивает хорошую регулируемость.

Однако для точного управления процессом и настройки также необходимы точные данные о температуре.

Для этих применений мы разработали наши высококачественные электронагревательные датчики , которые уже много лет доступны для использования во взрывоопасных зонах.

Защитная гильза какого размера подходит для моего применения?

В зависимости от конструкции вашей системы вам необходимо знать:

Рабочая температура (° C)
Рабочее давление (бар), удельный объем (м3 / кг)
Скорость (м / с)

После того, как они будут установлены, вы можете обратиться к стандарту ASME PTC 19.3 TW-2010 Раздел «Защитная гильза», в котором выполняется расчет конструкции скважины.

Вот несколько основных правил, которым вы можете следовать. * :

Как правило, для более высокой скорости потока требуются более короткие защитные гильзы.
Убедитесь, что материал защитной гильзы совместим со средой, в которую она погружена.
Экономичные сварные защитные гильзы могут использоваться в системах с низким расходом, таких как некоторые линии охладителей HVAC (обычно менее 1–3 футов / сек).
Конические защитные гильзы обычно лучше подходят для высоких скоростей потока, чем ступенчатые защитные гильзы (с уменьшенным наконечником).

Что такое пирометр и объясните его работу?

Пирометр — это бесконтактное устройство, которое улавливает и измеряет тепловое излучение.

Процесс без контакта с излучающим телом известен как пирометрия. Это устройство полезно для определения температуры поверхности объекта.

Пирометр работает строго по принципу излучения абсолютно черного тела.Здесь излучательная способность цели играет важную роль, так как она определяет, насколько яркой будет цель для пирометра.

Благодаря высокой точности, скорости, экономичности и особым преимуществам, он широко используется в качестве стандартной процедуры во многих промышленных приложениях.

Рабочий:

Оптическая система собирает видимую и инфракрасную энергию от объекта и фокусирует ее на детекторе.
Детектор получает энергию фотона от оптической системы и преобразует ее в электрический сигнал для управления устройством отображения или контроля температуры.

Термопары Измерительный спай

Открытый (измерительный) спай рекомендуется для измерения температуры текущего или статического некоррозионного газа, когда требуется наибольшая чувствительность и самый быстрый отклик.

Изолированный переход больше подходит для агрессивных сред, хотя термическая реакция ниже.

В некоторых приложениях, где к соответствующим приборам подключается более одной термопары, изоляция может иметь важное значение для предотвращения появления паразитных сигналов в измерительных цепях.Если не указано иное, это стандарт.

Заземленный переход (заземленный) также подходит для агрессивных сред и для приложений высокого давления.

Обеспечивает более быстрый отклик, чем изолированный переход, и защиту, не обеспечиваемую открытым переходом.

Также читайте: Типы разъемов и наконечников для термопар

Стандарты термопар

ASTM E 235: Стандартные спецификации для термопар в оболочке, типа K и типа N для ядерных или других высоконадежных приложений .
ASTM E 839: Стандартные методы испытаний для термопар в оболочке и материалов для термопар в оболочке.
ASTM E 220: Методы испытаний для калибровки термопар методами сравнения
ASTM E 230: Спецификации и таблицы температур-ЭДС для стандартизованных термопар.
ASTM E 585: Стандартные спецификации для кабелей термопар из компактного сплава MI, MS и из недрагоценных металлов.
ASTM E 608: Стандартные технические условия для уплотненных термопар MI, MS и из недрагоценных металлов.
ASTM E 696: Стандартные спецификации на проволоку для термопар из вольфрам-рениевого сплава.
ASTM E 1652: Стандартные спецификации для порошковых изоляторов оксида магния и оксида алюминия и измельчаемых изоляторов, используемых в ПТС с металлической оболочкой, термопарах из недрагоценных металлов и термопарах из благородных металлов.
IS 12579: Технические условия на кабели и термопары для термопар с минеральной изоляцией из недрагоценных металлов.
GB / T 1598-2010: Китайский стандарт для платиновых термопар.
IEC 584: Международный стандарт для термопар.

Применение защитных гильз

Защитные гильзы обеспечивают защиту датчиков температуры от неблагоприятных условий эксплуатации, таких как коррозионные среды, физическое воздействие (например, клинкер в печах), а также газ или жидкость под высоким давлением.

Их использование также позволяет быстро и легко менять зонд без необходимости «открывать» процесс.

Основные области применения:

Защитная трубка используется в термопарах
Обеспечивает целостность в приложениях высокого давления
Небольшие скважины используются в приложениях с низким давлением
Прямые скважины используются в коррозионных и эрозионных средах
Для приложений там, где требуется быстрое реагирование на изменение температуры, готовые карманы могут быть оснащены уменьшенным наконечником.

Цельные защитные гильзы рассчитаны на самые высокие технологические нагрузки в зависимости от их конструкции. Таким образом, в нефтехимической промышленности сейчас используются почти исключительно неразъемные термопары.

Типы конструкций термопар

Чаще всего используются два типа конструкций термопар.

Это термопары с минеральной изоляцией (M.I.) и термопары без M.I. Термопары.

Термопары с минеральной изоляцией:

Термопары с изоляцией из оксида магния используются во многих технологических и лабораторных применениях.

Они прочные по своей природе и гибкие, а их довольно высокие температурные характеристики делают термопары из MgO популярным выбором для множества приложений измерения температуры.

Датчики

MgO конструируются путем помещения элемента или элементов в оболочку из подходящего материала и размера, изоляции элементов от самих себя и оболочки с помощью неплотно заполненного или измельчаемого порошка оксида магния или изоляторов с последующим обжатием или вытягиванием заполненной оболочки вниз. до окончательного уменьшенного размера.

В процессе обжатия получается элемент с сильно уплотненной изоляцией из MgO и обеспечивает изоляцию с высокой диэлектрической прочностью между самими элементами и их оболочкой.

минеральная изоляция Термопара состоит из провода термопары, встроенного в плотно упакованном тугоплавких оксидном порошке Изолируйте все заключенные в бесшовном, обращаются металлическая оболочка (как правило, из нержавеющей стали).

На одном конце сердечники и оболочка приварены из «горячего» спая. На другом конце термопара подключается к «переходу» удлинительных проводов, соединительной головке или разъему.

Non M.I. Термопары

In Non-M.I. Термопары, провода термопар либо изолированы керамическими шариками, либо после изоляции керамикой покрыты металлической оболочкой (обычно из нержавеющей стали) и предусмотрены какие-либо виды оконечных устройств (например, удлинитель, соединительная головка или соединитель).

В конструкции этого типа провода термопары защищены от среды измерения, если предусмотрена защита оболочки.

Материал оболочки зависит от среды измерения, обычно используется нержавеющая сталь.В зависимости от агрессивной среды выбор оболочки изменяется.

Эта конструкция не обеспечивает гибкости и не встречается в небольших размерах. Не слишком хорошая механическая прочность.

В Non M.I. строительная оболочка может быть керамической или металлической в зависимости от пригодности.

Открытый, Заземленный и Незаземленный все типы переходов образуются как в M.I, так и в Non M.I. строительство.

Характеристики термопары

Допуски по показаниям температуры

Допуск — это максимально допустимое значение, полученное путем вычитания показания температуры или температуры горячего спая из стандартной температуры, преобразованной из соответствующей таблицы температурных ЭДС.

Максимальная рабочая температура

Предел рабочей температуры означает верхнюю температуру, при которой термопара может постоянно использоваться на воздухе.

Максимальный предел означает верхнюю температуру, при которой термопара может использоваться временно в течение короткого периода времени из-за неизбежных обстоятельств.

Основными факторами, влияющими на срок службы термопары, являются:

Температура: Срок службы термопары уменьшается примерно на 50% при повышении на 50 ° C.
Диаметр: При увеличении диаметра проволоки вдвое срок службы увеличивается в 2-3 раза.
Термический цикл: Когда термопары подвергаются термоциклированию от комнатной температуры до температуры выше 500 ° C, их срок службы уменьшается примерно на 50% по сравнению с термопарой, постоянно используемой при той же температуре.
Защита: Когда термопары закрываются защитной оболочкой и помещаются в керамические изоляторы, их срок службы значительно увеличивается.

Время отклика термопары

Время отклика термопары обычно определяется как время, за которое тепловое напряжение (выход) достигает 63% от максимума для температуры ступенчатого изменения.

Это зависит от нескольких параметров, включая размер термопары, конструкцию, конфигурацию наконечника и характер среды, в которой расположен датчик.

Погружная длина

Термопары в сборе представляют собой «концевые» чувствительные устройства, которые могут использоваться как для поверхностных, так и для погружных применений в зависимости от их конструкции.

Однако иммерсионный тип следует использовать осторожно, чтобы избежать ошибок из-за проводимости стебля от процесса, которая может привести к завышению или занижению показаний соответственно.

Общее правило — погружать в среду минимум на 4-кратный наружный диаметр оболочки; количественные данные отсутствуют, но необходимо проявлять осторожность, чтобы получить значимые результаты.

Измерение температуры поверхности

Хотя термопары в сборе в основном являются датчиками кончика, использование защитных трубок делает измерение поверхности непрактичным.

Физически зонд не поддается отображению на поверхности, и проводимость пара может вызвать ошибки считывания.

Если термопара должна надежно использоваться для поверхностного зондирования, она должна быть либо открытой, сварной с очень малой тепловой массой, либо помещаться в конструкцию, которая обеспечивает истинный контакт поверхности при прикреплении к поверхности.

Профили наконечника защитной гильзы

Ниже представлены различные профили наконечника защитной гильзы:

Конический

Внешний диаметр постепенно уменьшается по мере погружения.Используется для высокоскоростных приложений.

Плоский наконечник

Один конец имеет плоскую поверхность. Используется при низком давлении или там, где характеристики потока вокруг защитной гильзы не важны.

Выпуклый наконечник

Такая защитная гильза имеет полусферический наконечник на одном конце защитной гильзы.
Используется в приложениях с более высоким давлением или где важны характеристики потока вокруг защитной гильзы.
Это обеспечивает высокую степень механической прочности без потери чувствительности или точности индикатора.

Сферический наконечник

Для изготовления сферического наконечника используется специальное сверло с углом наклона 118ºC для изготовления защитной гильзы.
Для достижения возможной равномерной толщины стенки наконечник имеет шарообразную или сферическую форму.
Используется в приложениях с более высоким давлением или где важны характеристики потока вокруг защитной гильзы.
Это обеспечивает высокую степень механической прочности без потери чувствительности или точности индикатора.

Основная конструкция защитных гильз

Q Размер: Самая толстая часть хвостовика колодца на горячей стороне технологического соединения или фланца.Это зависит от диаметра отверстия и размера присоединения к процессу.
Размер отверстия Внутренний диаметр защитной гильзы. Другими словами, диаметр внутренней цилиндрической полости защитной гильзы или защитной трубки. Стандартные размеры отверстий составляют 6,5 мм, 8,5 мм.
Погружная («U») Длина: Длина защитной гильзы или защитной трубки под монтажной резьбой, фланцем, втулкой и т. Д., Простирающейся в рабочую зону. Длина «U» измеряется от нижней части технологического соединения до конца защитной гильзы.
Удлинитель с утеплителем («T») Длина: Длина защитной гильзы в дополнение к стандартной длине головки, необходимая для обеспечения доступа к головке защитной гильзы, что позволяет зонду проходить через изоляцию или стены.
Внутренняя монтажная резьба: Резьба внутри защитной гильзы для крепления датчика температуры на штуцере и удлинении ниппеля для узла защитной гильзы.

Испытания защитных гильз

Испытание материалов
Испытание размеров
Испытание гидростатического давления
Проверка проницаемости красителя
Радиография

Как выбрать термопару?

Поскольку термопара измеряет в широком диапазоне температур и может быть относительно прочной, термопары очень часто используются в промышленности.

При выборе термопары используются следующие критерии:

Диапазон температур
Химическая стойкость материала термопары или оболочки
Устойчивость к истиранию и вибрации
Требования к установке (может потребоваться совместимость с существующим оборудованием; существующее оборудование) отверстия могут определять диаметр зонда)

Каково время отклика термопары?

Постоянная времени определяется 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 выдержать полный температурный диапазон типа термопары.

Загрузить: Калькулятор термопар

Как узнать, какой тип перехода выбрать?

Зонды с термопарами в оболочке доступны с одним из трех типов спая: заземленным, незаземленным или открытым.
На конце зонда с заземленным спайом 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 электрическую изоляцию.

Как выбрать между термопарами, резистивными датчиками температуры (RTD), термисторами и инфракрасными приборами?

Вы должны учитывать характеристики и стоимость различных датчиков, а также доступное оборудование.

Кроме того, термопары обычно могут измерять температуры в широком диапазоне температур, недорого и очень надежны, но они не так точны и стабильны, как термометры сопротивления и термисторы.

РДТ

стабильны и имеют довольно широкий диапазон температур, но они не такие прочные и недорогие, как термопары.

Поскольку для проведения измерений требуется электрический ток, RTD могут иметь неточности из-за самонагрева.

Термисторы

имеют тенденцию быть более точными, чем термометры сопротивления или термопары, но они имеют гораздо более ограниченный диапазон температур.Также они подвержены самонагреву.

Инфракрасные датчики

могут использоваться для измерения температур выше, чем у любого другого устройства, 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.

Какие бывают типы термопар?

Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок.Наиболее распространены термопары из «неблагородного 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.

Термопары типа

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

Эта высокотемпературная проволока / термопара производится с использованием широкого диапазона материалов и доступна с изоляцией из ПВХ, FEP, TFE, PFA, стекловолокна и Ceramaflex.

Однако, если вы видите, что это обозначено словом «тип» в спецификации, это означает, что описание относится к типу металлического сплава, используемого для проводника провода:

Тип E = хромель / константан
Тип J = железо / Constantan
Тип K = Chromel / Alumel
Тип N = Nicrosil / Nisil
Тип T = Медь / Constantan

Когда «X» следует за буквой, указывающей, какой сплав был использован в кабеле, кабель относится к категории удлинения. ,

В этих случаях типы кабелей перечислены как Тип EX, Тип JX, Тип KX, Тип NX или Тип TX.

Калибровка	Диапазон температур	Стандартные пределы ошибки	Специальные пределы ошибки
Общие температурные диапазоны термопар
J
J От 32 ° до 1382 ° F)	Более 2,2 ° C или 0,75%	Более 1,1 ° C или 0,4%
K	от -200 ° до 1250 ° C (от -328 ° до 2282 ° F)	Больше из 2.2 ° C или 0,75%	Более 1,1 ° C или 0,4%
E	от -200 ° до 900 ° C (от -328 ° до 1652 ° F)	Более 1,7 ° C или 0,5%	Более 1,0 ° C или 0,4%
T	От -250 ° до 350 ° C (от -328 ° до 662 ° F)	Более 1,0 ° C или 0,75%	Более 0,5 ° C или 0,4%

В чем разница между проводом для термопар и проводом для удлинения?

Этот провод, который используется для создания чувствительной точки прибора, где удлинительный провод используется только для передачи сигнала термопары от датчика обратно к прибору, считывающему сигнал.

Выбор материала термопары?

Различные материалы оболочки зависят от области применения.

Следующий список поможет вам сделать лучший выбор:

304 SS
Максимальная температура 1650 ° F (900 ° C) и является наиболее широко используемым низкотемпературным материалом оболочки. Он обеспечивает хорошую коррозионную стойкость, но подвержен осаждению карбидов в диапазоне от 900 ° F до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C).
310 SS
Максимальная температура 2100 ° F (1150 ° C) и обеспечивает хорошую механическую и коррозионную стойкость, аналогичную нержавеющей стали 304.Очень хорошая термостойкость. Не такой пластичный, как нержавеющая сталь 304.
316 S
Максимальная температура 1650 ° F (900 ° C) и имеет лучшую коррозионную стойкость среди аустенитных нержавеющих сталей. Возможны осаждения карбидов при температуре от 900 ° F до 1600 ° F (от 480 до 870 ° C)
Inconel®
Максимальная температура 2150 ° F (1175 ° C) и является наиболее широко используемым материалом оболочки термопар. Хорошая термостойкость, коррозионная стойкость и устойчивость к хлоридно-ионной коррозии под напряжением, растрескиванию и окислению.Не использовать в серосодержащих средах.
Hastelloy X
Максимальная температура 2200 ° F (1205 ° C), широко используется в аэрокосмической отрасли. Устойчив к окислительным, восстановительным и нейтральным атмосферным условиям. Отличная термостойкость.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Термопара

, подключенная к мультиметру, отображающая комнатную температуру в ° C

Термопара , сокращенно TC, представляет собой устройство, которое преобразует тепло непосредственно в электричество. Термопара также может работать в обратном направлении — используя электрический ток для преобразования в тепло, а также в холод.

Представьте, что на одном конце соединены два провода из разных металлов. Если место соединения двух проводов нагревается, через провод будет протекать электричество.

Электроны при нагревании начнут самостоятельно пересекать переход. Из-за различных свойств разных металлов электроны будут терять потенциальную энергию и приобретать кинетическую энергию, как мяч, катящийся по холму в более низкую область. Хотя напряжение, создаваемое термопарой, очень мало (в диапазоне милливольт), многие термопары можно соединить вместе, чтобы получить большее напряжение. Это называется термобатареей.

Термопары вырабатывают электроэнергию не только из тепла.Они также могут вырабатывать тепло от электричества и даже холод от электричества, как холодильник. Если два разных провода подключены к обоим концам, и какой-то источник напряжения пропускает ток через петлю, одно соединение станет горячим, а другое — холодным. Электроны в горячем спайе приобретают кинетическую энергию, когда они пересекают переход. Вот почему они нагревают металл. Электроны на холодном спайе теряют кинетическую энергию, когда пересекают переход. Вот почему они делают стык холодным.

Интересно, что трудно точно измерить напряжение, которое создает термопара, когда к ее спайу прикладывается тепло. Это связано с тем, что любые провода вольтметра, которые подключены к термопаре, вероятно, будут сделаны из другого материала, чем провода термопары. Это означает, что соединение между вольтметром и термопарой само по себе является другой термопарой. Инженеры, разрабатывающие микрочипы, сталкиваются с проблемой, что практически каждое электрическое соединение на микрочипе представляет собой термопару, хотят они этого или нет.

Газовые обогреватели с запальным пламенем — один из самых известных примеров использования термопар. Термопары уложены друг на друга, образуя термобатарею, которая может генерировать достаточно напряжения из тепла пилотного пламени, чтобы держать газовый клапан открытым, который, в свою очередь, подает газ для пилотного пламени. Если газ заканчивается, пламя гаснет, и напряжение на термобатареи падает, что приводит к закрытию электрического газового клапана. Многие космические зонды получают электроэнергию от термопары в радиоизотопном термоэлектрическом генераторе.

Термопары также используются и в других целях. Например, они контролируют температуру в кондиционерах и холодильниках, а также процессоры в компьютерах, которые могут быть повреждены из-за перегрева.

Существуют сотни термопар, но только 8 из них стандартизированы на международном уровне.
Тип E (хромель-константан), тип J (железо-константан), тип N (никросил-нисил), тип T (медь-константан) и тип K (хромель-алюмель) являются неблагородными металлами. В термопарах
типов B, R и S используется платина или платина-родий.

Рабочая термопара, типы-E, J, K, T, S, R, заземление, термобатарея, преимущества

: Термопара

Термопара — это датчик температуры , который имеет пару разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце и оканчивающихся на другом конце. Присоединенный конец называется чувствительным спаем или горячим спаем, а заделанный конец называется опорным спаем или холодным спаем.Температура эталонного спая называется эталонной температурой и всегда поддерживается постоянной. Когда чувствительный спай и опорный спай имеют разные температуры, получается разность потенциалов, и это вызывает протекание тока в цепи. Создаваемое термоэлектрическое напряжение возникает из-за разной энергии связи электронов с ионами металлов. Это напряжение зависит от самих металлов, а также от температуры. Тепловое напряжение возникает только из-за замкнутой цепи между двумя металлами.Это явление называется «эффектом Зеебека».

Провода должны быть электрически разделены за пределами измерительного спая. Если эталонный спай поддерживается при стандартной температуре, обычно 32 ° F, то данная пара металлов будет иметь уникальное изменение ЭДС при изменении температуры измерительного перехода (обратите внимание, что при 32 ^o F ЭДС отсутствует. генерируется). Этот вариант можно также назвать калибровкой термопары, и он показан на рисунке ниже для различных типов.

: Схема измерения температуры с помощью термопары

: График температуры-ЭДС термопары

Измерение термопар

Измерение с помощью термопары поясняется на рисунке ниже.На рисунке показана схема термопары с T2 при 32 ° F (0 ° C). Эта температура поддерживается с помощью эталонного спая ледяной бани. Цепь термопары заканчивается в ледяной бане, генерируемая ЭДС течет через стандартный медный провод, пока не достигнет своего конечного пункта назначения — прибора типа милливольтметра. Затем значение милливольт, измеренное этим прибором, преобразуется в температуру T1. Таблицы доступны для каждой коммерчески используемой комбинации материалов термопар, и они основаны на температуре эталонного спая, равной 0 ° C / 32 ° F.

: Измерение термопар

Типы термопар

Существует множество типов материалов термопар, и эти комбинации одобрены и стандартизированы американским национальным стандартом ISA MC 96.1: «Термопары для измерения температуры» в США. Необходимо соблюдать стандарты для различных обозначений устройства, а также его цветовой кодировки.

Согласно ISA MC96.1, термопара может быть обозначена различными комбинациями букв, например «E», «J», «K», «T», «S», «R». Четыре из самых популярных комбинаций проводов термопар почти всегда идентифицируются по их торговым названиям:

Термопара типа E представляет собой комбинацию хромеля (никель-хром) и константана (медно-никелевый сплав).
Термопара типа J представляет собой комбинацию железа и константана.
Термопара типа K представляет собой комбинацию хромеля (никель-хром) и алюмеля (никель-алюминий).
Термопара типа T представляет собой комбинацию меди и константана.
Термопара типа S представляет собой комбинацию платины 10% родия и платины.
Термопара типа R представляет собой комбинацию платины 13% родия и платины.

Удлинительные провода

Провода для термопар

дороги, потому что они изготавливаются с соблюдением очень строгих требований контроля качества. Поэтому принято переходить на так называемые «удлинители термопар» в ближайшей (к точке измерения или горячему спайу) удобной точке подключения.Эти точки подключения должны быть изотермичными друг другу. Эти удлинительные провода для термопар менее дороги, потому что они изготовлены в соответствии с менее строгими требованиями к качеству.

Цветовое кодирование

Чтобы различать разные типы проводов термопар, их изоляция имеет цветовую кодировку в соответствии со стандартами ISA MC 96.1. Ниже показаны различные комбинации проводов термопар, их рабочие диапазоны и цветовая кодировка в соответствии с международными стандартами.

Комбинации проводников термопары, рабочий диапазон и цветовое кодирование

Соединения термопар

Термопара, используемая в промышленности, имеет три спая. Их

1. Открытое соединение — Это соединение находится под прямым воздействием окружающей среды. В результате срок его службы намного меньше. Хотя он имеет очень большое время отклика, он не часто используется.

2. Незаземленный переход — Этот переход имеет очень минимальное время отклика, но известен своими невероятными свойствами электромагнитного экранирования.Он используется в основном для измерений на электрическом оборудовании, но также обычно подходит для многих технологических приложений.

3. Заземленный переход — время срабатывания этого перехода больше, чем просто незаземленное соединение, оно также обеспечивает хорошие экранирующие свойства для большинства технологических процессов. Он является предпочтительным для большинства нефтегазовых и обрабатывающих производств для приложений управления из-за его скорости реакции.

Рисунки с заземленным спаем, незаземленным спаем и открытым спаем показаны под заголовком «Заземление термопары».

Зонды для термопар

Иногда термопару необходимо устанавливать внутри защитной гильзы для обеспечения защиты.Это применимо только в тех случаях, когда необходимо измерить температуру жидкости, протекающей внутри трубы. Для этого зонд должен быть защищен и заключен в коррозионно-стойкую трубку. Обычно оболочка должна иметь диаметр четверти дюйма, а зонд должен быть подпружинен, чтобы обеспечить прочный контакт с дном защитной гильзы. Головка винта с крышкой используется для электрических соединений. В зонде провода термопары отделены друг от друга и от оболочки с помощью керамического изоляционного материала, такого как оксид магния (MgO) или оксид алюминия (Al2O3).

Некоторые варианты зонда термопары описаны ниже.

Накладные термопары — Как следует из названия, они прикрепляются зажимом к трубе и, таким образом, прижимают измерительный переход к трубе. Этот метод применим только в тех местах, где требуется измерение температуры, для которых ранее не было предусмотрено нормальных условий. Эта термопара может быть полезна при поиске неисправностей в процессе. Результат может быть не таким точным, если точка измерения и окружающая область хорошо изолированы от внешней среды.Другой тип накладной термопары — это кожуховая пара, которая используется в основном для измерения температуры трубы печи и поверхности реактора. Пары обшивки могут быть либо приварены прихваточными швами к измеряемой поверхности (трубы печи), либо закреплены (стенки реактора).

На рисунке ниже показана термопара шайбового типа, которая должна быть установлена на трубопроводе, и датчик температуры для этого применения.

: Термопара с шайбой

На рынке представлено много типов накладных и поверхностных термопар, и они выбираются в соответствии с требованиями.Термопары контактного типа используются для измерения температуры поверхности. Его применение можно увидеть при измерении температуры трубок нагревателя. Они устанавливаются на трубопроводы и трубки нагревателя с помощью сварки.

Дуплексные термопары — Дуплексные термопары очень похожи на обычные термопары, за исключением того, что это устройство имеет две пары проводов термопар в измерительном переходе. Может быть два алюминиевых и два хромелевых провода, соединенных вместе, и провода выведены в две отдельные цепи для обеспечения двух отдельных измерений.Тогда два показания температуры должны быть идентичными, если предположить, что в остальном обе цепи похожи. Это может быть полезно для сравнения одного прибора с другим, особенно при использовании тестового вольтметра на месте, чтобы определить, неточные ли удаленные показания из-за прибора или из-за проблем в цепи.

Поскольку все устройство может быть изготовлено в одной сборке, стоимость производства намного ниже. Но, если одна из двух цепей термопары выйдет из строя из-за проблем с измерительным спаем или короткого замыкания, все устройство придется заменить.Таким образом, он менее надежен, чем две одиночные термопары. Кроме того, если для проверки используется одна пара дуплексной термопары, существует риск короткого замыкания или заземления другой пары проводов.

Заземление термопары

Цепи термопар

могут быть как заземленными, так и незаземленными (плавающими или изолированными). Цепи термопар с заземлением рекомендуются для обеспечения безопасности персонала, уменьшения воздействия электрических шумов и обеспечения хороших характеристик теплового отклика.Незаземленные термопары следует рассматривать в случаях, когда оборудование может быть повреждено из-за замыканий на землю или ударов молнии, особенно в зонах резервуарного парка.

Заземление термопары должно выполняться со стороны цепи с низким или отрицательным потенциалом и должно выполняться у источника, а не у вторичного прибора, чтобы добиться максимального подавления синфазного шума. Обычно любая электрическая или электронная цепь должна быть заземлена только в одной точке s, чтобы избежать тока заземления в цепи.С учетом этого правила заземление термопары выполняется одним из следующих способов — Всегда рекомендуется заземлять измерительный спай термопары или заземлять термопару в другом месте, кроме измерительного спая.

Таким образом, термопары можно классифицировать по способу их заземления.

Термопары могут быть:

Заземлено намеренно
Умышленно незаземленная
Непреднамеренное заземление — используется в местах, где происходит плохой контакт или отсутствие контакта измерительного перехода с колодцем, или из-за образования химической пленки с высоким сопротивлением на измерительном переходе.

Различные комбинации типов термопар, заземленных прерывисто / непреднамеренно заземленных или незаземленных; типа вторичного прибора, изолированный вход / выход или нет; и заземления выхода показаны на рисунках ниже.

: Заземление систем термопар

Очков

PT: 1 Соединение экрана и термопары не применяется, если экран не требуется.
PT: 2 Земля может располагаться в любом месте на линии.
PT: 3 Заземление термопары может быть выполнено путем подсоединения к головке термопары или винту распределительной коробки, предполагая, что они заземлены. В противном случае подключите термопару к любой другой заземленной точке.
PT: 4 Заземлите термопару через резистор, если работа схемы показывает необходимость повышения повторяемости И / ИЛИ подавления шума. При использовании резистор может быть приблизительно 100 000 Ом, ½ Вт углеродного типа.
PT: 5 Если термопара сама по себе заземлена, то остальная часть цепи, от термопары до приемника, если таковой имеется, не должна быть заземлена. В качестве альтернативы, если существует другое заземление, тогда сама термопара не должна быть заземлена.
PT: 6 Если вторичный прибор не является передатчиком, а относится к типу, например, записывающему устройству, у которого нет выхода измерения, то выходные линии и связанные детали на диаграмме следует игнорировать.
PT: 7 Заземлите экран, если он есть, в точке, ближайшей к заземлению сигнала.

Системы термопар, используемые с DCS, показаны ниже.

: Заземленная термопара и незаземленная термопара

Экранирование

На устройство могут влиять внешние шумы от различных источников, таких как электростатические поля, магнитные поля и синфазные помехи. Электростатические поля возникают от источников напряжения, которые имеют емкостную связь с удлинительным проводом термопары.Различные электростатические поля, обычно возникающие от проводников переменного тока, создают емкостной ток, протекающий через путь связи к сигнальным проводникам.

Лучший способ свести к минимуму влияние таких электростатических полей — это закрыть провода термопары заземленным металлическим экраном. Емкостный ток будет течь через этот экран на землю. Назначение экрана состоит в том, чтобы оставаться на уровне или около потенциала земли и, таким образом, не передавать сигнал на сигнальные провода, содержащиеся внутри экрана, поскольку нет разницы в напряжении.Обратите внимание, что незаземленный экран не обеспечивает защиты.

Изменяющееся магнитное поле (например, создаваемое переменным током в силовом кабеле) может вызывать помехи для сигналов термопар из-за индукции небольших токов в сигнальном проводе. Величина индуцированного тока является функцией напряженности поля и размеров проводящей петли, в которой индуцируется ток. Скрученные проводники эффективны при уменьшении индуцированных токов за счет чередования полярности индуцированного тока с каждой половинной закруткой, чтобы компенсировать большую часть индукции.Обратите внимание, что этот эффект возникает независимо от того, экранирован ли провод термопары.

Помехи в синфазном режиме создают шум, который одинаков в обоих проводниках витой пары относительно земли.

Головка термопары и разъемы

Наиболее часто используемые узлы / датчики термопар снабжены головкой термопары типа винтовой крышки; атмосферостойкий, высокотемпературный, с прокладками; имеет клеммную колодку для одиночной или дуплексной термопары, в зависимости от ситуации.Кабельный ввод должен соответствовать требованиям конкретного проекта. Клемма должна быть пружинной на керамической основе.

Преимущество

Быстрый ответ
Возможность дистанционного измерения
Широкий диапазон
Свобода воздействия по длине и диаметру провода при условии, что используется вторичный инструмент с высоким импедансом.

Недостаток

Необходимость компенсации холодного спая
Восприимчивость к ошибке из-за градиента температуры на конце удлинительного провода
Возможная чувствительность к сигнальному шуму
Потребность в дополнительном инструменте
Необходимость в термопреобразователе на больших расстояниях
Необходимо избегать промежуточных стыков разнородных металлов
Невозможность точного измерения температуры в узком диапазоне

Термобатарея

Подобно термопаре, термобатарея также представляет собой устройство, которое используется для измерения температуры с точки зрения электрической энергии.Устройство фактически представляет собой комбинацию ряда термопар, соединенных последовательно или параллельно. Последовательное соединение обычно используется для большинства приложений.

Устройство способно генерировать выходное напряжение, которое будет мерой разницы температур или температурного градиента. Его реакция на абсолютную температуру минимальна. Выходной сигнал находится в диапазоне милливольт.

Устройство находит свое применение в составе датчиков температуры, например, инфракрасного термометра, прибора для расчета температуры тела.Они также используются в качестве предохранительных устройств в тепловых горелках и датчиках теплового потока. Их также можно использовать для производства электрической энергии, то есть путем рассеивания тепла от электронных устройств. Он также используется для пространственного усреднения температуры.