Содержание
принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.
Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.
Стандартная термопара
Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.
Принцип работы термопары
Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.
Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора.
Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.
Термопара в электрической цепи
Спай термопары
В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.
Цепь термопары
Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.
Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю.
Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.
Воздействие нагрева одного спая термопары
Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.
Холодный спай термопары
Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.
В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно.
Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.
Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.
Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.
Цепь термопары с компенсирующим резистором
Рабочий спай термопары (горячий)
Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.
Рабочий спай и холодный спай
Типы термопары
Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.
Типы термопар и диапазон их температур
Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными.
Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах.
Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.
Цвет изоляции проводов термопар
Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.
Неисправности термопары
Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.
Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний.
Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.
Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.
Потенциометр
Пирометр
это продвинутый прибор для определения температуры любого объекта на основе инфракрасного датчика, который считывает невидимое инфракрасное излучение
Термистор
чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала
Жидкостный термометр технический
это прибор для измерения температуры технологических процессов при помощи жидкости, которая реагирует на изменение температуры
Ртутный термометр технический
это прибор для измерения температуры, в котором в качестве жидкости используется ртуть, единственный жидкий метал
Биметаллический термометр
это прибор для измерения температуры, принцип работы которого основан на расширении и сжатии твердых тел
нормирующие преобразователи сигналов термопар
ПНТ-х-х нормирующий преобразователь сигналов термопар
Нормирующие измерительные преобразователи ПНТ предназначены для преобразования термо-ЭДС термоэлектрических преобразователей XA (хромель-алюмель, тип К), XK (хромель-копель, тип L), НН (никросил-нисил, тип N) по ГОСТ Р 8.
585-2001 в унифицированный сигнал постоянного тока (4…20) мА. Осуществляют компенсацию термо-ЭДС холодного спая. Тип и диапазон преобразования фиксирован и задается в системе обозначения преобразователя.
По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации преобразователи соответствуют группе исполнения С4 ГОСТ12997-84.
Преобразователи ПНТ
- Реализуют метод измерения электрического параметра и усиление слабого сигнала
- Осуществляют линеаризацию нелинейных характеристик термодатчика
- Нормируют сигнал и приводят его к унифицированному виду
- Обеспечивает термокомпенсацию влияния «холодного» спая
Применение нормирующих преобразователей позволяет:
- Снизить влияние электромагнитных помех
- Снизить требования к соединительным проводам и сократить расходы на них
- Унифицировать сигналы, используемые в системе, а значит, упростить номенклатуру применяемых вторичных приборов
Схема подключения нормирующих преобразователей ПНТ
ПНТ — <1> — <2>
| <1> Пределы измерения температуры: | Пример обозначения при заказе: ПНТ-0/600-XК — преобразователь напряжение-ток измерительный, работает с термопарой хромель-копель, диапазон температур от 0 до 600 °С, выходной постоянный ток преобразователя (4…20) мА | |||
| ХА | ||||
| 0/200 — | (0…200) °C | |||
| 0/300 — | (0…300) °C | |||
| 0/500 — | (0…500) °C | |||
| 0/600 — | (0…600) °C | |||
| 0/900 — | (0…900) °C | |||
| 0/1000 — | (0…1000) °C | |||
| 0/1200 — | (0…1200) °C | |||
| ХК | ||||
| 0/400 — | (0…400) °C | |||
| 0/600 — | (0…600) °C | |||
| 0/800 — | (0…800) °C | |||
| НН | ||||
| 0/1200 — | (0…1200) °C | |||
| <2> Тип характеристики: | ||||
| ХА — | термопара хромель-алюмель (тип К) | |||
| ХК — | термопара хромель-копель (тип L) | |||
| НН — | термопара никросил-нисил (тип N) | |||
Подробная информация: k_pst-pnt
ПНТ-a-Pro нормирующий преобразователь сигналов термопар программируемый
Нормирующие измерительные преобразователи напряжение-ток ПНТ-а-Pro являются развитием серии ПНТ.
Они также конструктивно размещаются в стандартные карболитовые головки термопреобразователей, но реализованы на базе микропроцессорных технологий, что позволило создать приборы с программируемым выбором типов термопар, а также повысить точность (до класса точности 0.1).
Программирование (выбор термопары и диапазона измерения) производится встроенными средствами и не требует никаких дополнительных устройств, сам процесс программирования элементарно прост. Возможны исполнения с заказными НСХ пользователя (до 3).
По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации преобразователи соответствуют группе исполнения С4 ГОСТ12997-84.
Преобразователи сигналов термопар ПНТ
- Реализуют метод измерения электрического параметра и усиление слабого сигнала (класс точности измерения 0.1)
- Позволяют выбирать пользователем типа и диапазона преобразования из 12 типов термопар плюс напряжение (по 3 – 8 диапазонов для каждого типа термопары) с помощью встроенной кнопки, контроль – по светодиодному индикатору;
- Осуществляют линеаризацию нелинейных характеристик термодатчика;
- Обладают высокой термостабильностью — 0,0025 % / °С;
- Нормируют сигнал и приводят его к унифицированному виду;
- Обеспечивает термокомпенсацию влияния «холодного» спая.
Подробная информация: k_pst-a-pro_pnt-a-pro
ПНТ-b-Pro нормирующий преобразователь сигналов термопар программируемый
Тип входного сигнала и диапазон преобразования выбираются программно с помощью кнопочного переключателя, расположенного на корпусе преобразователя, с контролем по светодиодному индикатору. Сам процесс программирования элементарно прост (см. порядок программирования). Возможна поставка по специальному заказу с другими типами и диапазонами преобразования.
Модификация М(Д3/FX) предназначена для более жестких условий эксплуатации по температурному диапазону (Д3) и по виброустойчивости (FX) (допускают установку вблизи помещений с работающими авиационными двигателями).
Функции нормирующего преобразователя ПНТ-b-Pro
- Преобразование термо-ЭДС термоэлектрических преобразователей и сигналов напряжения в унифицированный сигнал постоянного тока (4…20) мА (см. типы и диапазоны)
- Класс точности 0,1 на максимальном диапазоне преобразования
- Зависимость тока от температуры линейная
- Контроль обрыва термопреобразователя, контроль выхода за пределы диапазона
- Контроль замыкания чувствительного элемента (ЧЭ) на защитную арматуру
- Компенсация термо-ЭДС «холодного» спая
- Заказная НСХ пользователя
Общие сведения
- Программирование пользователем типа и диапазона преобразования с помощью встроенной кнопки, контроль – по светодиодному индикатору
- Расширенный диапазон температуры эксплуатации
- Высокая температурная стабильность
- Высокая точность линеаризации НСХ
- Уровни тока при аварийных ситуациях по рекомендации NAMUR NE 43
- Индикация аварийных ситуаций светодиодом
Схема подключения преобразователя сигналов термопар ПНТ-b-Pro
ПНТ-b-Pro — <1>
| <1> Модификация преобразователя: | Пример обозначения при заказе: ПНТ-b-Pro — преобразователь напряжение-ток измерительный со стандартным полным набором входных сигналов и диапазонов преобразования, тип входного сигнала и диапазон преобразования выбирается пользователем при конфигурировании, конструктивное исполнение для монтажа в соединительную головку типа B согласно стандарта DIN 43729 | |||
| Отсутствует — | стандартный полный набор входных сигналов и диапазонов преобразования | |||
| МХ — | нестандартная модификация по заказу потребителя | |||
| М(Д3/FX) — | модификация для жестких условий эксплуатации с повышенной устойчивостью к климатическим и механическим воздействиям | |||
Подробная информация: k_pst-b-pro_pnt-b-pro
Когда два разнородных металла соприкасаются друг с другом, возникает небольшое напряжение в милливольтовом диапазоне. Производство ЭДС перехода связано с разницей уровней Ферми двух металлов. Если электрон в металле находится на уровне Ферми E F энергии в металле, то для того, чтобы электрон просто вырвался из металла, требуется определенное количество энергии, и эта энергия называется «работой выхода» φ металла. Разнородные металлы, как правило, будут иметь разные работы выхода, поэтому, если такие металлы привести в плотный контакт, при котором электроны могут перемещаться между ними туда и обратно, между ними будет эффективная ЭДС или напряжение, равное разнице в работах выхода φ А. — ф В . Если существует проводящий путь для образования полной цепи, то электроны будут течь из металла с более высоким уровнем Ферми в металл с более низким уровнем Ферми. Однако, если полная электрическая цепь состоит из проводов из одних и тех же металлов, соединенных вместе на обоих концах, и два соединения имеют одинаковую температуру, не будет чистого потока электронов вокруг цепи, поскольку потенциалы двух соединений компенсируются друг друга. Широкое использование термопар связано с измерением потенциала перехода, поскольку он зависит от температуры. Однако температурная зависимость является нелинейной и должна быть эмпирически откалибрована, чтобы дать точное представление о температуре. Эта температурная зависимость потенциала перехода была обнаружена Зеебеком в 1821 году, поэтому ее часто называют «эффектом Зеебека». Типичные напряжения для одного перехода составляют порядка 10 -6 вольт/К, поэтому для получения более высокого напряжения сигнала некоторые из них часто объединяются последовательно в датчике температуры. При большом количестве спаев и достаточном количестве тепла можно изготовить термоэлектрический генератор. Поскольку космические полеты требуют длительного периода производства электроэнергии, использование тепла от радиоактивного распада было использовано для создания радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ). «Эффект Пельтье» является обратным эффекту Зеебека и заключается в использовании возбуждающего напряжения для подачи тока через соединение разнородных металлов. Это приводит к охлаждению соединения, если оно направлено в одном направлении, и к нагреву соединения, если оно направлено в противоположном направлении. Это выгодно используется для создания небольших термоэлектрических холодильников. Омический электрический нагрев будет накладываться на эффект Пельтье на стыке, что является преимуществом, если нагрев является вашим намерением, но работает против вашего термоэлектрического холодильника. Другой эффект с металлическими проводниками, связанный с эффектами Пельтье и Зеебека, называется «эффектом Томсона». Это эффект нагрева или охлаждения в металле, если ток вынужден течь по тепловому градиенту, который поддерживается в металле. | Индекс DC Circuits EMF Concepts Ссылка: История термоэлектриков, UCLA |
Эта ЭДС перехода зависит от температуры и может использоваться в качестве термометра, если составить термопару из двух проводов из разнородных металлов.
Полезные устройства могут быть изготовлены путем поддержания двух спаев такой цепи при разных температурах.
На момент приземления Марсианской научной лаборатории в августе 2012 года Соединенные Штаты запустили 45 РИТЭГов в составе 26 космических миссий.
Эффективная кинетическая энергия электронов вблизи уровня Ферми несколько выше при более высоких температурах. Если ЭДС вызывает поток электронов от более холодного к более теплому концу металлического стержня, электронам потребуется получить некоторую кинетическую энергию, чтобы они находились в равновесии на более теплом конце. Они должны получать эту энергию из теплового резервуара кристаллической решетки, поэтому на этом конце металлическая решетка будет охлаждаться.| Hyperphysics ***** ИЛИКА |
термопара
В электронике и в электротехнике термопары являются широко используемым типом датчика температуры [1] , а также может использоваться как средство для преобразования разности тепловых потенциалов в разность электрических потенциалов.
[2]
Они дешевые [3] и взаимозаменяемы, имеют стандартные разъемы и могут измерять широкий диапазон температур. Основным ограничением является точность; системные ошибки менее одного градуса Цельсия (°C) может быть трудно достичь.
Дополнительные рекомендуемые знания
Содержимое
|
Принцип действия
В 1821 году немецко-эстонский физик Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что когда любой проводник (например, металл) подвергается температурному градиенту, он генерирует напряжение.
Сейчас это известно как термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. Любая попытка измерить это напряжение обязательно предполагает подключение другого проводника к «горячему» концу. Затем этот дополнительный проводник также испытает градиент температуры и создаст собственное напряжение, которое будет противодействовать исходному. К счастью, величина эффекта зависит от используемого металла. Использование разнородного металла для завершения цепи создает цепь, в которой две ветви генерируют разные напряжения, оставляя небольшую разность напряжений доступной для измерения. Эта разница увеличивается с температурой и обычно может составлять от одного до семидесяти микровольт на градус Цельсия (мкВ/°C) для современного ряда доступных комбинаций металлов. Определенные комбинации стали популярными в качестве отраслевых стандартов благодаря стоимости, доступности, удобству, температуре плавления, химическим свойствам, стабильности и производительности. Это соединение двух металлов дало название термопаре.
Важно отметить, что термопары измеряют разницу температур между двумя точками, а не абсолютную температуру. В традиционных приложениях один из спаев — холодный спай — поддерживали при известной (эталонной) температуре, а другой конец присоединяли к зонду.
Наличие холодного спая с известной температурой, хотя и полезно для лабораторной калибровки, просто неудобно для большинства непосредственно подключенных контрольно-измерительных приборов. Они включают в свои схемы искусственный холодный спай, используя какое-либо другое термочувствительное устройство, такое как термистор или диод, для измерения температуры входных соединений на приборе, уделяя особое внимание минимизации любого температурного градиента между клеммами. Следовательно, можно смоделировать напряжение от известного холодного спая и применить соответствующую коррекцию. Это известно как компенсация холодного спая.
Кроме того, устройство может выполнять компенсацию холодного спая путем вычислений.
Он может преобразовывать напряжение устройства в температуру одним из двух способов. Он может использовать значения из справочных таблиц [4] или аппроксимировать с помощью полиномиальной интерполяции.
Термопара может производить ток, что означает, что ее можно использовать для непосредственного управления некоторыми процессами без необходимости в дополнительных схемах и источниках питания. Например, питание от термопары может привести в действие клапан при возникновении перепада температур. Электрическая мощность, вырабатываемая термопарой, представляет собой преобразование тепловой энергии, которую необходимо непрерывно подавать на горячую сторону термопары для поддержания электрического потенциала. Поток тепла необходим, потому что ток, протекающий через термопару, имеет тенденцию вызывать охлаждение горячей стороны и нагревание холодной стороны (эффект Пельтье).
Термопары могут быть соединены последовательно друг с другом для образования термобатареи, в которой все горячие спаи подвергаются воздействию более высокой температуры, а все холодные спаи — более низкой температуре.
Таким образом, напряжения отдельных термопар складываются, что позволяет получить большее напряжение и повышенную мощность. С радиоактивным распадом трансурановых элементов, обеспечивающих источник тепла, это устройство использовалось для питания космических кораблей в миссиях, слишком далеких от Солнца, чтобы использовать солнечную энергию.
Приложение
Обычно термопара присоединяется к показывающему устройству специальным проводом, известным как компенсационный или удлинительный кабель . Условия конкретные. Удлинительный кабель использует провода номинально той же жилы, что и на самой термопаре. Эти кабели менее дороги, чем провода для термопар, хотя и недешевы, и обычно изготавливаются в удобной форме для переноски на большие расстояния — обычно в виде гибкой изолированной проводки или многожильных кабелей. Обычно они предназначены для обеспечения точности в более ограниченном диапазоне температур, чем провода термопары. Они рекомендуются для лучшей точности.
Компенсационные тросы менее точны, но дешевле. В них используются совершенно другие, относительно недорогие проводящие материалы из сплава, чистые коэффициенты термоЭДС которых аналогичны коэффициентам рассматриваемой термопары в ограниченном диапазоне температур, но которые не соответствуют им так точно, как удлинительные кабели. Эта комбинация обеспечивает выходной сигнал, аналогичный выходному сигналу термопары, но диапазон рабочих температур компенсационного кабеля ограничен, чтобы поддерживать приемлемый уровень ошибок несоответствия.
Удлинительный кабель или компенсационный кабель должны подбираться в соответствии с термопарой, т.е. должны совпадать проводящие сплавы. Использование удлинительного или компенсационного кабеля из другого сплава приведет к появлению нового спая термопары, что приведет к искажению показаний. Кабели генерируют напряжение, пропорциональное разнице между горячим спаем и холодным спаем, и подключаются с соблюдением полярности, так что дополнительное напряжение добавляется к напряжению термопары, компенсируя разницу температур между горячим и холодным спаем.
Зависимость напряжения от температуры
Зависимость между разностью температур и выходным напряжением термопары нелинейна и аппроксимируется полиномом:
Коэффициенты a n даны для n от нуля до пяти-девяти.
Для достижения точных измерений уравнение обычно реализуется в цифровом контроллере или сохраняется в справочной таблице. [4] В некоторых старых устройствах используются аналоговые фильтры.
Типы
Доступны различные термопары, подходящие для различных измерительных задач. Они обычно выбираются в зависимости от диапазона температур и необходимой чувствительности. Термопары с низкой чувствительностью (типы B, R и S) имеют соответственно более низкое разрешение. Другие критерии выбора включают инертность материала термопары и его магнитные свойства. Типы термопар перечислены ниже с положительным электродом, за которым следует отрицательный электрод.
К
Тип К (хромель-алюмель) является наиболее часто используемой термопарой общего назначения.
Он недорогой и, благодаря своей популярности, доступен в широком ассортименте зондов. Они доступны в диапазоне температур от −200 °C до +1200 °C. Тип K был указан в то время, когда металлургия была менее развита, чем сегодня, и, следовательно, характеристики разных образцов значительно различаются. Другая потенциальная проблема возникает в некоторых ситуациях, поскольку один из составляющих металлов, никель, является магнитным. Характеристика термопары претерпевает ступенчатое изменение, когда магнитный материал достигает своей точки Кюри. Это происходит для этой термопары при 354°C. Чувствительность составляет приблизительно 41 мкВ/°C.
Е
Тип E (хромель-константан) [4] имеет высокий выходной сигнал (68 мкВ/°C), что делает его подходящим для криогенного использования. Кроме того, он немагнитен.
Дж
Тип J (железо-константан) менее популярен, чем тип K, из-за его ограниченного диапазона (от -40 до +750 °C). Основное применение со старым оборудованием, которое не может принимать современные термопары.
Типы J нельзя использовать при температуре выше 760 °C, так как резкое магнитное преобразование вызывает необратимую декалибровку. Магнитные свойства также препятствуют использованию в некоторых приложениях. Термопары типа J имеют чувствительность около 50 мкВ/°C. [3]
Н
Термопары
типа N (никросил-нисил) подходят для использования при высоких температурах, превышающих 1200 °C, благодаря их стабильности и способности противостоять высокотемпературному окислению. Чувствительность составляет около 39 мкВ/°C при 900°C, что немного ниже, чем у типа K. Разработанный как улучшенный тип K, он становится все более популярным.
Б, Р и С
В термопарах
типов B, R и S для каждого проводника используется платина или платино-родиевый сплав. Это одни из самых стабильных термопар, но они имеют более низкую чувствительность, примерно 10 мкВ/°C, чем другие типы. Высокая стоимость этих типов термопар делает их непригодными для общего использования. Как правило, термопары типов B, R и S используются только для высокотемпературных измерений.
Термопары типа B используют платино-родиевый сплав для каждого проводника. Один проводник содержит 30% родия, а другой проводник содержит 6% родия. Эти термопары подходят для использования при температуре до 1800 °C. Термопары типа B дают одинаковый выходной сигнал при 0 °C и 42 °C, что ограничивает их использование при температурах ниже примерно 50 °C.
Термопары типа R используют сплав платины и родия, содержащий 13% родия для одного проводника и чистой платины для другого проводника. Термопары типа R используются до 1600 °C.
Термопары типа S используют сплав платины и родия, содержащий 10% родия для одного проводника и чистой платины для другого проводника. Как и тип R, термопары типа S используются до 1600 °C. В частности, тип S используется в качестве калибровочного стандарта для точки плавления золота (1064,43 °C).
Т
Термопары
типа T (медь-константан) подходят для измерений в диапазоне от −200 до 350 °C. Часто используется в качестве дифференциального измерения, так как к датчикам прикасается только медный провод.
Поскольку оба проводника являются немагнитными, термопары типа T являются популярным выбором для таких приложений, как электрические генераторы, которые содержат сильные магнитные поля. Термопары типа T имеют чувствительность около 43 мкВ/°C.
С
Термопары
типа C (вольфрам, 5 % рения — вольфрам, 26 % рения) подходят для измерений в диапазоне от 0 °C до 2320 °C. Эта термопара хорошо подходит для вакуумных печей при экстремально высоких температурах и никогда не должна использоваться в присутствии кислорода при температурах выше 260 °C.
М
В термопарах
типа M для каждого провода используется никелевый сплав. Положительный провод содержит 18 % молибдена, а отрицательный — 0,8 % кобальта [5] . Эти термопары используются в вакуумных печах по тем же причинам, что и с типом C. Верхняя температура ограничена 1400 °C. Хотя это менее распространенный тип термопары, доступны справочные таблицы для сопоставления температуры с ЭДС (милливольтовый выход).
Сравнение термопар
В таблице ниже описаны свойства нескольких различных типов термопар. В столбцах допусков T представляет собой температуру горячего спая в градусах Цельсия. Например, термопара с допуском ±0,0025×T будет иметь допуск ±2,5°C при 1000°C.
| Тип | Диапазон температур °C (непрерывный) | Диапазон температур °C (кратковременно) | Класс точности один (°C) | Второй класс точности (°C) | Цветовой код МЭК | BS Цветовой код | ANSI Цветовой код |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| К | от 0 до +1100 | от −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 между 333 °C и 1200 °C | |||
| Дж | от 0 до +700 | от −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 ±0,0075×T от 333 °C до 750 °C | |||
| Н | от 0 до +1100 | от −270 до +1300 | ±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T между 375 °C и 1000 °C | ±2,5 от -40 °C до 333 °C ±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C | |||
| Р | от 0 до +1600 | от −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 | Не определено. | ||
| С | от 0 до 1600 | от −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 | Не определено. | ||
| Б | +200 до +1700 | от 0 до +1820 | Недоступно | ±0,0025×T между 600 °C и 1700 °C | Нестандартный медный провод | Нестандартный медный провод | Не определено. |
| Т | от −185 до +300 | от −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 | |||
| Э | от 0 до +800 | от −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 |
Приложения
Термопары
лучше всего подходят для измерения в широком диапазоне температур, вплоть до 1800 °C.
Они менее подходят для приложений, где необходимо измерять небольшие перепады температур с высокой точностью, например, в диапазоне 0–100 °C с точностью 0,1 °C. Для таких применений больше подходят термисторы и датчики температуры сопротивления.
Сталелитейная промышленность
Термопары
типа B, S, R и K широко используются в сталелитейной и металлургической промышленности для контроля температуры и химического состава на протяжении всего процесса производства стали. Одноразовые погружные термопары типа S регулярно используются в процессе электродуговой печи для точного измерения температуры стали перед выпуском. Кривую охлаждения небольшого образца стали можно проанализировать и использовать для оценки содержания углерода в расплавленной стали.
Безопасность отопительных приборов
Во многих газовых отопительных приборах, таких как духовки и водонагреватели, используется запальник для зажигания основной газовой горелки по мере необходимости. Если запальник по какой-либо причине гаснет, существует вероятность выброса несгоревшего газа в окружающее пространство, что создает как риск возгорания, так и опасность для здоровья.
Чтобы предотвратить такую опасность, в некоторых приборах используется термопара в качестве отказоустойчивого элемента управления, определяющего, когда горит контрольная лампа. Наконечник термопары помещается в запальное пламя. Результирующее напряжение, обычно около 20 мВ, приводит в действие клапан подачи газа, отвечающий за питание пилота. Пока пилотное пламя горит, термопара остается горячей и удерживает пилотный газовый клапан открытым. Если контрольная лампочка погаснет, температура упадет вместе с соответствующим падением напряжения на выводах термопары, отключив питание от клапана. Клапан закрывается, перекрывая подачу газа и прекращая это небезопасное состояние.
Некоторые системы, известные как системы управления милливольтами, распространяют эту концепцию и на главный газовый клапан. Напряжение, создаваемое контрольной термопарой, не только приводит в действие пилотный газовый клапан, но и направляется через термостат для питания основного газового клапана. Здесь требуется большее напряжение, чем в описанной выше системе безопасности пилотного пламени, и используется термобатарея, а не одна термопара.
Такая система не требует внешнего источника электроэнергии для своей работы и поэтому может работать во время сбоя питания, если все соответствующие компоненты системы допускают это. Обратите внимание, что это не относится к обычным печам с принудительной подачей воздуха, поскольку для работы двигателя вентилятора требуется внешнее питание, но эта функция особенно полезна для конвекционных нагревателей без питания.
Подобный предохранительный механизм отключения газа с использованием термопары иногда используется для обеспечения зажигания основной горелки в течение определенного периода времени, перекрывая клапан подачи газа основной горелки, если этого не происходит.
Из-за беспокойства по поводу потери энергии постоянным запальником, разработчики многих новых устройств перешли на беспилотное зажигание с электронным управлением, также называемое прерывистым зажиганием. При отсутствии постоянного пилотного пламени нет риска скопления газа в случае, если пламя погаснет, поэтому этим приборам не нужны предохранительные пилотные выключатели на основе термопары.