Эдс термопары: КИП и Я — записки киповца » Архив блога » Таблица термо-ЭДС стандартных термопар

Содержание

КИП и Я — записки киповца » Архив блога » Таблица термо-ЭДС стандартных термопар

Автор: admin в рубриках: датчик, калибровка термопар, полезное, термопара

Основные значения термо-ЭДС стандартных термопар.

Градуировочные характеристики преобразователей (свободные концы ТП при 0°С)

Номинальные статические характеристики преобразования, термо-ЭДС, мВ

Стан- ДСТУДСТУДСТУДСТУДСТУГОСТ ДСТУГОСТ
дартANSIIECIECIECIECIEC,D ANSIIEC 
ТП ТМКТМКнТЖКТХКнТХКТХК68 ТХАТХА68
Т°СMMТJEL PK 
-200 -6,151-5,603-7,890-8,825-9,488-9,488 -5,891-5,892
-150 -5,112-4,648-6,500-7,279-7,831-7,831 -4,913-4,914
-100 -3,718-3,379-4,633-5,237-5,641-5,641 -3,554-3,553
-50-1,732-2,002-1,819-2,431-2,787-3,004-3,004 -1,889-1,889
00,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,000
501,9512,2542,0362,5853,0483,3063,3501,5752,0232,022
1004,0914,7254,2795,2696,3196,8616,8983,3004,0964,095
1506,381 6,7048,0109,78910,62410,6245,1546,1386,137
2008,777 9,28810,77913,42114,56114,5707,1158,1388,137
25011,225 12,01313,55517,18118,64318,6909,16310,15310,151
30013,663 14,86216,32721,03622,84322,88011,28112,20912,207
35016,002 17,81919,09024,96427,13527,13013,45414,29314,292
40018,181 20,87221,84828,94631,49131,48015,66716,39716,395
45020,399  24,61032,96535,88835,87017,90518,51618,513
50022,703  27,39337,00540,30040,27020,15820,64420,640
55025,095  30,21641,05344,71044,67022,41422,77622,772
60027,574  33,10245,09349,10749,09024,66324,90524,902
65030,135  36,07149,11653,48553,48026,89527,02527,022
70032,769  39,13253,11257,84157,82029,10129,12929,128
75035,470  42,28157,08062,16962,12031,27231,21331,214
80038,228  45,49461,01766,44266,42033,40633,27533,277
85041,036  48,71564,922  35,50235,31335,314
90043,884  51,87768,787  37,55637,32637,325
95046,768  54,95672,603  39,56539,31439,310
100049,680  57,95376,373  41,52941,27641,269
105052,617  60,890   43,44343,21143,202
110055,574  63,792   45,30845,11945,108
115058,549  66,679   47,12346,99546,985
120061,537  69,553   48,88748,83848,828
125064,530      50,59950,64450,633
130067,523      52,25852,41052,398
135070,511      53,86354,138 
140073,503         

1. P — Platinel 5355 — Platinel 7674. C — Tungsten 5% Rhenium — Tungsten 26% Rhenium

2. НСХ ТСС(I) близка к ТХА(К), с диап. 0-800 С. НСХ ВР(А)-1 находится между (А)-3 и (А)-2 для диап. 0-1800 С, отличие 0,3%.

3. Термопары R, S, ТПП13, ТПП10 и ТПП68 не требуют компенсации свободных концов.

4. Стандарты: IEC — IEC584, DIN IEC584, ANSI — ANSI/ASTM, D — DIN43710, ДСТУ — ДСТУ2837-94, ДСТУ2857-94, ГОСТ — ГОСТ6616-68.

Оставьте отзыв

Типы термопар: ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Типы термопарТермопары 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 – 1300 0С. 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.

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]:

— 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 избежание 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

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 электродаМатериал отрицательного электродаТемп. коэффициент, μV/°CТемпературный диапазон °C (длительно)Температурный диапазон °C (кратковременно)Класс точности 1 (°C)Класс точности 2 (°C)IEC (МЭК)

Цветовая маркировка

KХромель

Cr—Ni

Алюмель

Ni—Al

40…410 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
JЖелезо

Fe

Константан

Cu—Ni

55.20 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
NНикросил

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
RПлатинородий

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
SПлатинородий

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
BПлатинородий

Pt—Rh (30 % Rh)

Платинородий

Pt—Rh (6 % Rh)

+200 до +17000 до +1820±0,0025×T от 600 °C до 1700 °CОтсутствует
TМедь

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
EХромель

Cr—Ni

Константан

Cu—Ni

680 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

Термо-ЭДС — Студопедия

Действие термоэлектрогенератора основано на использовании термоэлектричсского эффекта, сущность которого заключается в том, что при нагревании места соединения (спая) двух разных металлов между их свободнымн концами, имеющими более низкую температуру, возникает разность потенциалов, или так называемая термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС). Если замкнуть такой термоэлемент (термопару) на внешнее сопротивление, то по цепи потечет электрический ток (рис. 1). Таким образом, при термоэлектрических явлениях происходит прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.
Величина термоэлектродвижущей силы определяется приближенно по формуле

Здесь Е – термоэлектродвижущая сила в вольтах, Т1 и Т2 – соответственно температура нагретого и холодного (холодных концов) спая термопары, а – коэффициент термо-ЭДС, зависящий от природы обоих металлов, образующих данную термопару, и выражающийся в микровольтах на градус,.

Рис. 1. Схема включения термопары

Возьмем кольцевой проводник, состоящий из двух металлов А и Б (рис. 2), и нагреем места их соединения соответственно до температуры Т1 и Т2 так, чтобы Т1 было больше, чем Т2. В горячем спае такой термопары ток идет из металла Б в металл А, а в холодном спае из металла А в металл В. Принято считать в таком случае термоэлектродвижущую силу металла А положительной по отношению к металлу Б.
Все известные металлы можно расположить в последовательный ряд так, чтобы любой предыдущий металл имел положительную термоэлектродвижущую силу относительно последующего. Ниже приведены значения термоэлектродвижущей силы в милливольтах, развиваемой термопарой, в которой одним термоэлектродом служит указанный металл, а другим – платина, разность температур спаев которой равна 100° С (знаки «+» и « – », стоящие перед цифровыми данными термоэлектродвижущей силы, указывают полярность этой ЭДС относительно платины).



Сурьма + 4,7
Железо +1,6
Кадмий + 0,9
Цинк + 0,7
Медь + 0,74
Золото + 0,73
Серебро + 0 71
Олово + 0,41
Алюминий + 0,38
Ртуть
Платина
Кобальт — 1, 52
Никель – 1,64
Константан (сплав меди и никеля) – 3,4
Висмут – 6,5

По приведенным выше данным легко подсчитать термоэлектродвижущую силу, развиваемую термопарой, составленной из любых указанных в таблице металлов. Она будет равна алгебраической разности термоэлектродвижущих сил двух термоэлектродов, для каждого из которых эта величина дается относительно платины. Так, например, термоэлектродвижущая сила пары висмут – сурьма , составит +4,7- ( – 6,5) = 11,2 мв,
а пары железо – алюминий +1,6 –– (+ 0,38) = 1,22 мв.


Рис.2. Кольцевой проводник, составленный из двух разных металлов

Если температуру холодного спая термопары поддерживать постоянной, термоэлектродвижущая сила будет изменяться приблизительно пропорционально изменению температуры горячего спая. Это дает возможность применять термопары для измерения тсмпературы.
Наряду с использованием термоэлектрических явлений для измерительных целей, начиная с середины прошлого столетия, делались многочисленные попытки применить термоэлементы для энергетических целей, т. е. использовать батареи из последовательно соединенных термоэлементов в качестве источников электрической энергии. На рис. 3 показано схематическое устройство термобатареи.

Рас. 3. Схематическое устройство термобатареи

Такой агрегат может найти практическое применение, если он будет обладать достаточно высоким коэффициентом полезного действия и сохранять свои свойства при длительной эксплуатации. Однако по причинам, о которых будет сказано дальше, до последнего времени не удавалось создать термоэлектрогенератор, удовлетворяющнй таким требованиям.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА

Вследствие несовершенства нагревательных устройств далеко не вся тепловая энергия топлива поступает к горячим спаям термоэлементов. Кроме того, вследствие теплопроводности термоэлектродных материалов значительная часть тепла бесполезно расходуется, уходя от нагревателя через термоэлектроды к холодильнику. Наконец, не вся электрическая энергия, возникшая в результате термоэлектрического эффекта из тепловой энергии, отдается во внешнюю цепь. Часть этой энергии расходуется на преодоление внутреннего сопротивления термоэлемента. Поэтому полный КПД термогенератора получается низким.
Для увеличения термоэлектрического КПД, представляющего отношение отдаваемой термоэлектрогенератором электрической энергии к той части тепловой энергии, которая поступает к горячим спаям термоэлементов, следует стремиться:
1) повысить возможно более перепад температур между горячим и холодным спаями термоэлемента, т. е. работать при возможно более высокой температуре горячего спая, которая лимитируется температурами плавлении и жаростойкостью термоэлектродных материалов;
2) подбирать термоэлектродные материалы, развивающие в паре максимально высокую термоэлектродвижущую силу;
3) подбирать термоэлектродные материалы, у которых отношение средней теплопроводности к средней электропроводимости будет возможно меньшим.
Чисто металлические пары создают малую термоэлектродвижущую силу, поэтому КПД таких пар весьма низок (равен долям процента). Более высокие термо-ЭДС создает ряд веществ с полупроводниковыми свойствами (некоторые сульфиды, окислы, интерметаллические соединения). Но для этих веществ отношение средней теплопроводности к средней электропроводности бывает обычно выше, чем для чистых металлов. Однако термо-ЭДС некоторых полупроводниковых материалов настолько высока, что КПД термоэлементов, составленных. из подобных материалов, получается больше, чем в случае типичных металлов.
Применение веществ с полупроводниковыми свойствами затрудняется чрезвычайной хрупкостью этих веществ, легкой их окисляемостью, трудностью создания в горячем и холодном спаях контактов, устойчивых в условиях эксплуатации, а также сложностью технологии изготовления из этих материалов термоэлектродов с однозначными характеристиками. Из изложенного видно, что создать термоэлементы с достаточным КПД и с высоким сроком службы очень сложно. Этим и объясняются неудачные результаты многочисленых прежних попыток создания термоэлектрогенератора, приемлемого для энергетических целей.
Благодаря развитию отечественной науки и техники в настоящее время удалось построить пригодные ддя практики термоэлектргенераторы типа ТГК-3, которые имеют приемлемый (хотя и не очень высокий) КПД и достаточно высокий срок службы. Характеристики этого термоэлектрогенератора отнюдь не являются предельными. Надо полагать, что советские ученые дальнейшими своими работами достигнут значительного повышения этих характеристик.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВО, явление прямого преобразования теплоты в электричество в твердых или жидких проводниках, а также обратное явление прямого нагревания и охлаждения спаев двух проводников проходящим током. Термин «термоэлектричество» охватывает три взаимосвязанных эффекта: термоэлектрический эффект Зеебека и электротермические эффекты Пельтье и Томсона. Все они характеризуются соответствующими коэффициентами, различными для разных материалов. Эти коэффициенты связаны между собой так называемыми соотношениями Кельвина. Они определяются как параметрами спаев, так и свойствами самих материалов. Другие явления, в которых участвуют теплота и электричество, такие, как термоэлектронная эмиссия и тепловое действие тока, описываемое законом Джоуля – Ленца, существенно отличаются от термоэлектрических и электротермических эффектов и здесь не рассматриваются. См. также ТЕПЛОТА; ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ; ТЕРМОДИНАМИКА.

Термоэлектрический эффект Зеебека. В 1820 появилось сообщение Г.Эрстеда о том, что магнитная стрелка отклоняется вблизи провода с электрическим током. В 1821 Т.Зеебек отметил, что стрелка отклоняется также, когда два стыка замкнутой электрической цепи, составленной из двух разных проводящих материалов, поддерживаются при разной температуре. Зеебек сначала полагал, что это чисто магнитный эффект. Но впоследствии стало ясно, что разность температур вызывает появление электрического тока в цепи (рис. 1). Важной характеристикой термоэлектрических свойств материалов, составляющих цепь, является напряжение на концах разомкнутой цепи (т.е. когда один из стыков электрически разъединен), так как в замкнутой цепи ток и напряжение зависят от удельного электросопротивления проводов. Это напряжение разомкнутой цепи VAB (T1, T2), зависящее от температур T1 и T2 спаев (рис. 2), называется термоэлектрической электродвижущей силой (термо-ЭДС). Зеебек заложил основы для дальнейших работ в области термоэлектричества, измерив термо-ЭДС широкого круга твердых и жидких металлов, сплавов, минералов и даже ряда веществ, ныне называемых полупроводниками.

Электротермический эффект Пельтье.

В 1834 французский часовщик Ж.Пельтье заметил, что при прохождении тока через спай двух разных проводников температура спая изменяется. Как и Зеебек, Пельтье сначала не усмотрел в этом электротермического эффекта. Но в 1838 Э.Х.Ленц, член Петербургской академии наук, показал, что при достаточно большой силе тока каплю воды, нанесенную на спай, можно либо заморозить, либо довести до кипения, изменяя направление тока. При одном направлении тока спай нагревается, а при противоположном – охлаждается. В этом и состоит эффект Пельтье (рис. 3), обратный эффекту Зеебека.

Электротермический эффект Томсона.

В 1854 У.Томсон (Кельвин) обнаружил, что если металлический проводник нагревать в одной точке и одновременно пропускать по нему электрический ток, то на концах проводника, равноудаленных от точки нагрева (рис. 4), возникает разность температур. На том конце, где ток направлен к месту нагрева, температура понижается, а на другом конце, где ток направлен от точки нагрева, – повышается. Коэффициент Томсона – единственный термоэлектрический коэффициент, который может быть измерен на однородном проводнике. Позднее Томсон показал, что все три явления термоэлектричества связаны между собой уже упоминавшимися выше соотношениями Кельвина.

Термопара. Если материалы цепи рис. 2 однородны, то термо-ЭДС зависит только от выбранных материалов и от температур спаев. Это экспериментально установленное положение, называемое законом Магнуса, лежит в основе применения т.н. термопары – устройства для измерения температуры, которое имеет важное практическое значение. Если термоэлектрические свойства данной пары проводников известны и один из спаев (скажем, с температурой T1 на рис. 2) поддерживается при точно известной температуре (например, 0° C, точке замерзания воды), то термо-ЭДС пропорциональна температуре T2 другого спая. Термопарами из платины и платино-родиевого сплава измеряют температуру от 0 до 1700° C, из меди и многокомпонентного сплава константана – от -160 до +380° C, а из золота (с очень малыми добавками железа) и многокомпонентного хромеля – до значений, лишь на доли градуса превышающих абсолютный нуль (0 К, или -273,16° C).

Термо-ЭДС металлической термопары при разности температур на ее концах, равной 100° C, – величина порядка 1 мВ. Чтобы повысить чувствительность измерительного преобразователя температуры, можно соединить несколько термопар последовательно (рис. 5). Получится термобатарея, в которой один конец всех термопар находится при температуре T1, а другой – при температуре T2. Термо-ЭДС батареи равна сумме термо-ЭДС отдельных термопар.

Поскольку термопары и их спаи могут быть выполнены небольшими и их удобно использовать в самых разных условиях, они нашли широкое применение в устройствах для измерения, регистрации и регулирования температуры.

Термоэлектрические свойства металлов. Эффект Зеебека

обычно легче других термоэлектрических эффектов поддается надежным измерениям. Поэтому его обычно и используют для измерения термоэлектрических коэффициентов неизвестных материалов. Поскольку термо-ЭДС определяется свойствами обеих ветвей термопары, одна ветвь должна быть из некоего «опорного» материала, для которого известна «удельная» термо-ЭДС (термо-ЭДС на один градус разности температур). Если одна ветвь термопары находится в сверхпроводящем состоянии, то ее удельная термо-ЭДС равна нулю и термо-ЭДС термопары определяется величиной удельной термо-ЭДС другой ветви. Таким образом, сверхпроводник – идеальный «опорный» материал для измерения удельной термо-ЭДС неизвестных материалов. До 1986 самая высокая температура, при которой металл можно было поддерживать в сверхпроводящем состоянии, составляла лишь 10 К (-263° C). В настоящее время сверхпроводники можно использовать приблизительно до 100 К (-173° C). При более высоких температурах приходится проводить измерения с несверхпроводящими опорными материалами. До комнатной и несколько более высоких температур опорным материалом обычно служит свинец, а при еще более высоких – золото и платина. См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.

Эффект Зеебека в металлах имеет две составляющие – одна из них связана с диффузией электронов, а другая обусловлена их фононным увлечением. Диффузия электронов вызывается тем, что при нагревании металлического проводника с одного конца на этом конце оказывается много электронов с высокой кинетической энергией, а на другом – мало. Электроны с высокой энергией диффундируют в сторону холодного конца до тех пор, пока дальнейшей диффузии не воспрепятствует отталкивание со стороны избыточного отрицательного заряда накопившихся здесь электронов. Этим накоплением заряда и определяется компонента термо-ЭДС, связанная с диффузией электронов.

Компонента, связанная с фононным увлечением, возникает по той причине, что при нагревании одного конца проводника на этом конце повышается энергия тепловых колебаний атомов. Колебания распространяются в сторону более холодного конца, и в этом движении атомы, сталкиваясь с электронами, передают им часть своей повышенной энергии и увлекают их в направлении распространения фононов – колебаний кристаллической решетки. Соответствующим накоплением заряда определяется вторая компонента термо-ЭДС.

Оба процесса (диффузия электронов и их фононное увлечение) обычно приводят к накоплению электронов на холодном конце проводника. В этом случае удельная термо-ЭДС по определению считается отрицательной. Но в некоторых случаях из-за сложного распределения числа электронов с разной энергией в данном металле и из-за сложных закономерностей рассеяния электронов и колеблющихся атомов в столкновениях с другими электронами и атомами электроны накапливаются на нагреваемом конце, и удельная термо-ЭДС оказывается положительной. Наибольшие термо-ЭДС характерны для термопар, составленных из металлов с удельными термо-ЭДС противоположного знака. В этом случае электроны в обоих металлах движутся в одном и том же направлении.

Принцип действия термопар (термоэлектрический преобразователь)

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

 

     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 одинаковые термопары, соединенные 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.

 

Схема термопары типа К

 

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

 

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.

 

Способ подключения (Схема 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:

 

  • 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 избежание 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

 

     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 — 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.

 

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 (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

 

  • платинородий-платиновые
  • платинородий-платиновые
  • платинородий-платинородиевые
  • железо-константановые (железо-медьникелевые)
  • медь-константановые (медь-медьникелевые)
  • нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые)
  • хромель-алюмелевые
  • хромель-константановые
  • хромель-копелевые
  • медь-копелевые
  • сильх-силиновые
  • вольфрам и рений — вольфрамрениевые

 

     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.

 

     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 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

Темп. коэффициент,


μV/°C

Температурный диапазон °C (длительно)Температурный диапазон °C (кратковременно)Класс точности 1 (°C)Класс точности 2 (°C)
K410 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
J55.20 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 +17000 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
E680 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

 

Источник: wikipedia

 

КИП и Я — записки киповца





КИП и Я — записки киповца » Архив блога » Таблица термо-ЭДС стандартных термопар часть 2

Автор: admin в рубриках: датчик, измерения, калибровка термопар, полезное, термопара

Стан-ДСТУДСТУГОСТДСТУГОСТДСТУ ДСТУ
дартIECIEC IEC IECANSIIEC
ТПТПП13ТПП10ТПП68ТПРТПР68А-1 ТНН
Т°СRS В ВР-1CN
-200       -3,990
-150       -3,336
-100       -2,407
-50-0,226-0,236     -1,269
00,0000,0000,0000,000 0,0000,0000,000
500,2960,2990,2970,002 0,6360,6991,340
1000,6470,6460,6440,033 1,3371,4512,774
1501,0411,0291,0260,092 2,0862,2504,302
2001,4691,4411,4360,178 2,8723,0895,913
2501,9231,8741,8670,291 3,6843,9627,597
3002,4012,3232,3140,4310,4434,5144,8649,341
3502,8962,7862,7770,5960,6135,3555,78811,136
4003,4083,2593,2500,7870,8086,2046,73112,974
4503,9333,7423,7281,0021,0297,0567,68814,846
5004,4714,2334,2161,2421,2747,9088,65516,748
5505,0214,7324,7141,5051,5408,7589,62918,672
6005,5835,2395,2181,7921,8309,60410,60620,613
6506,1575,7535,7312,1012,14210,44611,58422,566
7006,7436,2756,2532,4312,47611,28212,55924,527
7507,3406,8066,7802,7822,83212,11113,53026,491
8007,9507,3457,3173,1543,20812,93214,49428,455
8508,5717,8937,8643,5463,60813,74515,45130,416
9009,2058,4498,4163,9574,02514,54816,39732,371
9509,8509,0148,9784,3874,46215,34317,33334,319
100010,5069,5879,5504,8344,91616,12718,25736,256
105011,17310,16810,1285,2995,38716,90019,16938,179
110011,85010,75710,7145,7805,87817,66220,06640,087
115012,53511,35111,3066,2766,38418,41220,95041,976
120013,22811,95111,9046,7866,90419,15121,82043,846
125013,92612,55412,5047,3117,43919,87722,67445,694
130014,62913,15913,1077,8487,98220,59023,51447,513
135015,33413,76613,7128,3978,53921,29024,339 
140016,04014,37314,3158,9569,10621,97725,149 
145016,74614,97814,9149,5249,67922,65125,943 
150017,45115,58215,51110,09910,25923,31226,723 
155018,15216,18216,10210,67910,84423,95927,487 
160018,84916,77716,68511,26311,42924,59428,236 
165019,54017,366 11,84812,01425,21528,970 
170020,22217,947 12,43312,60325,82329,688 
175020,87718,503 13,01413,19326,41730,391 
1800   13,59113,77826,99931,079 
1850     27,56731,750 
1900     28,12132,404 
1950     28,66233,041 
2000     29,18933,660 
2050     29,70134,260 
2100     30,19834,840 
2150     30,68035,398 
2200     31,14635,932 
2250     31,59736,441 
2300     32,03236,923 
2350     32,453  
2400     32,861  
2450     33,257  
2500     33,647  

Оставьте отзыв


Термоэлектричество, термо-ЭДС | Формулы и расчеты онлайн

Некоторые свободные электроны могут покинуть поверхность металла,
если их энергия окажется равной или превысит работу выхода.
Работа выхода зависит от типа материала.
При плотном соединении (контакте) двух металлических поверхностей электроны из металла с меньшей работой выхода будут переходить в металл с большей работой выхода.
При этом возникает контактная разность потенциалов, величина которой зависит от температуры.

Термоэлектричество

Термоэлектричество

Термоэлемент состоит из двух таких соединений (сваренных или спаянных).
Если их температуры одинаковы, то контактные напряжения компенсируются.
Если контактные соединения имеют различную температуру, то возникает термо-ЭДС, вызывающая термоток.
Его величина зависит от сопротивления цепи, материалов и разности температур.
В зависимости от величины термо-ЭДС металлы образуют термоэлектрический ряд напряжений.

Справочная таблица — Термо-ЭДС некоторых металлов

Термо-ЭДС некоторых металлов по отношению к меди для разности температур 100 К (температура меди 0°С)

МеталлU (мВ/К)
Bi-8
Ni-2.2
Pt-0.7
Hg-0.3
Al-0.3
Pb-0.3
Ag-0.05
Cu0
Cd+0.1
Fe+1.0
Sb+4.0

На рисунке показано направление тока термоэлемента. Положительным потенциалом обладает металл, стоящий в таблице ниже.

ЭДС наиболее употребительных термоэлементов приведены в следующей таблице.

Справочная таблица — Термо-ЭДС некоторых термопар

Термо-ЭДС некоторых термопар для разности температур 100 К

ТермопараU, мВТермопараU, мВ
Медь — константан4.25Нихром — константан6.21
Железо — константан5.37Платина — платинородий0.643
Нихром — никель4.1Железо — медь1.05

Температура холодного спая 0 °С.

Особенно большими термо-ЭДС обладают полупроводниковые термоэлементы.

Эффект Пельтье

Явление, обратное термоэлектрическому эффекту, называется эффектом Пельтье.
Если пропускать ток через соединение металлов, аналогичное термоэлементу,
то между контактами возникает разность температур.
При этом охлаждается контакт, который следует нагревать для получения того же направления термотока.


Термоэлектричество, термо-ЭДС
стр. 706

Термопары

Одним из наиболее распространенных промышленных термометров является термопара. Он был открыт Томасом Зеебеком в 1822 году. Он заметил, что при нагревании проволоки на одном конце возникает разница в напряжении. Независимо от температуры, если оба конца были при одинаковой температуре, разницы напряжений не было. Если цепь была сделана с помощью провода из того же материала, ток не протекал.

Термопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце и создающих небольшое уникальное напряжение при заданной температуре.Это напряжение измеряется и интерпретируется термометром термопары.

Термоэлектрическое напряжение, возникающее в результате разницы температур от одного конца провода к другому, фактически представляет собой сумму всех разностей напряжений вдоль провода от конца до конца.

Термопары могут изготавливаться из различных металлов и работать в диапазоне температур от 200 o C до 2600 o C . Сравнение термопар с датчиками других типов следует проводить с учетом допуска, указанного в ASTM E 230.

Термопары из недрагоценных металлов

* Не используются ниже 1250 o C .

Thermocouples Type E, J, K, N, R, S, T, B

Преимущества с термопарами

  • Возможность использования для прямого измерения температуры до 2600 o C .
  • Спай термопары можно заземлить и привести в прямой контакт с измеряемым материалом.

Недостатки термопар

  • Для измерения температуры с помощью термопары необходимо измерить две температуры: спай на рабочем конце (горячий спай) и спай, где провода встречаются с медными проводами КИП (холодный спай).Чтобы избежать ошибок, температура холодного спая обычно компенсируется в электронных приборах путем измерения температуры на клеммной колодке с помощью полупроводника, термистора или RTD.
  • Термопары относительно сложны в эксплуатации с потенциальными источниками ошибок. Материалы, из которых изготовлены провода термопары, не являются инертными, и на термоэлектрическое напряжение, возникающее по длине провода термопары, может влиять коррозия и т. Д.
  • Зависимость между температурой процесса и сигналом термопары (милливольт) не является линейной.
  • Калибровку термопары следует проводить путем сравнения ее с ближайшей термопарой. Если термопару снимают и помещают в калибровочную ванну, выходной сигнал, интегрированный по длине, не воспроизводится точно, поскольку разница температур от одного конца провода к другому является суммой всех разностей напряжений вдоль провода от конца до конца.

Типы термопар

Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок.Четыре наиболее распространенных калибровки — это J, K, T и E. Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре.

Некоторые типы термопар стандартизированы с помощью калибровочных таблиц, цветовых кодов и присвоенных буквенных обозначений. Стандарт ASTM E230 предоставляет все спецификации для большинства общепромышленных марок, включая буквенные обозначения, цветовые коды (только для США), рекомендуемые пределы использования и полные таблицы зависимости напряжения от температуры для холодных спаев, поддерживаемых на уровне 32 o F и 0 o C.

Существует четыре «класса» термопар:

  • Класс домашнего корпуса (называемый основным металлом),
  • класс верхней корки (называемый редким металлом или драгоценным металлом),
  • класс разреженного металла (тугоплавкие металлы) и ,
  • экзотический класс (эталоны и опытно-конструкторские разработки).

Домашние тела — это типы E, J, K, N и T. Верхняя кора — это типы B, S и R, платина — все в разном процентном соотношении. Экзотический класс включает несколько термопар из вольфрамового сплава, обычно обозначаемых как тип W (что-то).

Температурные преобразования

  • o F = (1,8 x o C) + 32
  • o C = ( o F — 32) x 0,555
  • Кельвин = o C + 273.2
  • o Rankin = o F + 459.67

Стандарты ASTM, относящиеся к термопарам

  • E 207-00 … Метод испытания материалов одного термоэлемента на термоЭДС по сравнению с вторичным эталоном аналогичных характеристик ЭМП-температуры
  • E 220-02 Стандартный метод испытаний для калибровки термопар методами сравнения
  • E 230-98e1..Таблицы температурной электродвижущей силы (ЭДС) для стандартизованных термопар
  • E 235-88 (1996) e1..Технические характеристики термопар в оболочке типа K для ядерных или других высоконадежных приложений
  • E 452-02..Метод испытаний для калибровки термопар из тугоплавкого металла с использованием радиационного термометра
  • E 574-00..Спецификация для дуплексного провода термопары из недрагоценных металлов с изоляцией из стекловолокна или кремнеземного волокна
  • E 585 / E 585M-01a ​​.. Стандартные технические условия для уплотненного минерала -Изолированный, в металлической оболочке, кабель термопары из недрагоценных металлов
  • E 601-81 (1997)..Метод испытаний для сравнения стабильности ЭДС материалов одноэлементных термопар из недрагоценных металлов в воздухе
  • E 608 / E 608M-00. Стандартные технические условия на термопары из недрагоценных металлов с минеральной изоляцией и металлической оболочкой
  • E 696-00 Стандартные технические условия на провод для термопар из вольфрам-рениевого сплава
  • E 710-86 (1997) Стандартный метод испытаний для сравнения стабильности ЭДС термопары из недрагоценных металлов элементы в воздухе с использованием двойных, одновременных индикаторов термо-ЭДС
  • E 780-92 (1998) Стандартный метод испытаний для измерения сопротивления изоляции материала термопары с оболочкой при комнатной температуре
  • E 839-96 Стандартный метод испытаний термопар с оболочкой и с оболочкой Материал термопары
  • E 988-96 (2002) Таблицы стандартных температурно-электродвижущих сил (ЭДС) для вольфрам-рениевых термопар
  • E1129 / E1129M-98 Стандартные технические условия для разъемов термопар
  • E 1159-98 Стандартные технические условия на материалы термопар, платина -Родиевые сплавы и платина
  • E 1350-97 (2001) Стандартные методы испытаний для испытания термопар в оболочке до, Во время и после установки
  • E 1652-00 Стандартные технические условия на оксид магния и порошок оксида алюминия и измельчаемые изоляторы, используемые при производстве платиновых термометров сопротивления в металлической оболочке, термопар из недрагоценных металлов и термопар из благородных металлов
  • E 1684-00 Стандартные технические условия для миниатюрных соединителей термопар
  • E 1751-00 Стандартное руководство по температуре Таблицы электродвижущей силы (ЭДС) для комбинаций термопар без буквенного обозначения
  • E 2181 / E 2181M-01 Стандартные спецификации для благородных металлов с уплотненной минеральной изоляцией и металлической оболочкой Термопары и кабель для термопар

.

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

Thermocouple
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, тогда данная пара металлов будет иметь уникальное изменение ЭДС при изменении температуры измерительного перехода (обратите внимание, что при 32 o F ЭДС отсутствует. сгенерировано). Этот вариант можно также назвать калибровкой термопары, и он показан на рисунке ниже для различных типов.

Circuit for Temperature Measurement by Thermocouple
Схема измерения температуры с помощью термопары
Thermocouple Temperature-EMF Graph
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.

Thermocouple Measurement
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 (медь-никель).
  • 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.

Thermocouple Conductor-Combinations,Operating Range, and Colour Coding

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.

Washer Type Thermocouple
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:

  • Намеренно заземлено
  • 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, заземленные периодически / случайно заземленные или незаземленные; типа вторичного прибора, изолированный вход / выход или нет; и заземления выхода показаны на рисунках ниже.

Grounding of Thermocouple Systems
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 вторичным прибором является не передатчик, а такой, как самописец, у которого нет выхода измерения, то выходные линии и связанные с ними 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.

Grounded Thermocouple and Ungrounded Thermocouple
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.

.

Термопары — United Electric Controls

Стили головы и оболочки

Термопары — это две проволоки из разнородных металлов, соединенные одним концом. Изменения температуры на «горячем спайе» (измерительном конце) вызывают изменение электродвижущей силы (ЭДС) на «холодном спайе», откуда она может быть введена в контроллер или индикатор. С повышением температуры выходная ЭДС также возрастает, хотя и не полностью линейно. Термопары могут недорого измерять температуру в широком диапазоне.Они очень прочные, но несколько менее точны, чем термометры сопротивления (RTD) и термисторы. United Electric Controls (UE) предлагает типы клеммных головок для термопар типа J, K, E и T, а также типы термопар с выступом: K, R, S и B.

Для получения дополнительной информации см. Типы продуктов ниже или свяжитесь с нами по телефону 617.923.6966.

Стили клеммной головки — типы J, K, E, T

Существует много различных типов термопар. Они сделаны из разных типов проволоки и имеют очень разные свойства, что делает один тип лучше для конкретного применения, чем другой.Ниже приведены описания типов термопар производства UE.

Тип J

Термопара с кривой J железо-константан является наиболее широко используемой термопарой. Он универсален и относительно дешев. Термопара типа J имеет положительный железный провод и отрицательный константановый провод и рекомендуется для использования в восстановительной атмосфере. Рабочий диапазон для этой комбинации сплавов составляет от 0 ° C до 750 ° C (от 32 ° F до 1380 ° F) для проволоки самых больших размеров. Проволока меньшего размера должна работать при соответственно более низких температурах.

Тип T

Термопара медь-константан с кривой T с положительным медным проводом и отрицательным константановым проводом рекомендуется для использования в умеренно окислительной и восстановительной атмосфере при температурах от 0 ° C до 350 ° C (от 32 ° F до 660 ° F). Он подходит для применений, где присутствует влага. Этот сплав рекомендуется для низкотемпературных работ, поскольку однородность проволоки компонентов может сохраняться лучше, чем у проволоки из других основных металлов. Таким образом значительно сокращаются погрешности из-за неоднородности проводов в зонах температурных градиентов.

Тип K

Термопара Chromel ™ — Alumel ™ с кривой K часто используется при высоких температурах. Он имеет положительный провод Chromel ™ и отрицательный провод Alumel ™ и рекомендуется для использования в чистой окислительной атмосфере. Рабочий диапазон для этого сплава составляет от 0 ° C до 1250 ° C (от 32 ° F до 2280 ° F) для проволоки самых больших размеров. Проволока меньшего размера должна работать при соответственно более низких температурах.

Тип E

Термопара Chromel ™ — Constantan с кривой E имеет самую высокую ЭДС среди всех стандартных термопар.Он имеет положительный провод Chromel ™ и отрицательный провод константана и рекомендуется для использования в окислительной, инертной или сухой восстановительной атмосфере или в течение коротких периодов времени в вакууме. Эти элементы должны быть защищены от сернистой и незначительно окислительной атмосферы. Термопары типа E могут использоваться при температурах от 0 ° C до 900 ° C (от 32 ° F до 1650 ° F).

Типы изоляции для термопар

Термопары

UE доступны в трех версиях:

GP — Термопары общего назначения, состоящие из пары проводов внутри трубки.Они используются для измерения температуры 260 ° C (500 ° F) или ниже.

MI — Для более высоких температур в трубку может быть добавлена ​​минеральная изоляция. В термопарах UE MI внутри трубки добавляется сжатый оксид магния. Они используются для измерения температуры 260 ° C (500 ° F) и выше.

BTC — Термопары с шариками в основном используются в печах.

.

Что такое прибор для термопар? — Определение, принцип и конструкция

Определение: Прибор , в котором использует термопару для измерения температуры , тока и напряжения , такой тип прибора известен как термопарный прибор. Это , используемое для как для измерения переменного, так и постоянного тока .

Термопара — это электрическое устройство, в котором используются два провода из разных металлов.Эта работа основана на том, что тепловая энергия преобразуется в электрическую на стыке, который сделан из разных металлов.

thermocouple-definition

Ток, величина которого используется для измерения, проходит через спай термопары. Ток вызывает тепло в нагревательном элементе, а термопара создает электродвижущую силу на выходных клеммах. Эта ЭДС измеряется прибором PMMC. Величина ЭДС пропорциональна температуре и действующему значению тока.

Самым значительным преимуществом термопары является то, что он используется для высокочастотного измерения тока и напряжения. Инструмент более точен для частоты выше 50 Гц.

Принцип действия термоэлектрического прибора

Цепь, в которой генерируется термоэдс, сделана из двух разнородных металлов. Температура на их стыке записывается как

thermocouple-equation-1

Где a и b постоянны, и их значение зависит от свойств металла, используемого в термопаре.Приблизительное значение a составляет от 40 до 50 микровольт, а b — от нескольких десятых до сотен микровольт / C 2 .

Пусть = Δθ разность температур горячего и холодного спая. Таким образом, их температура выражается как

thermocouple-equation-2

Нагреватель производит тепло, которое прямо пропорционально I 2 R. Где I — действующее значение тока, а R — сопротивление нагревательного элемента. Повышение температуры пропорционально теплу, выделяемому нагревательным элементом.

thermocouple-equation-3

Термопара имеет два спая: холодный и горячий. Разница между этими двумя соединениями выражается как

thermocouple-equation-2

Значение b очень мало по сравнению с a, поэтому им пренебрегают. Температура на стыке выражается как

thermocouple-equation-6

Отклонение прибора PMMC прямо пропорционально индукции ЭДС на клеммах. Отклонение инструментов с подвижной катушкой выражается как

thermocouple-equation-5

Где K 3 — aK 1 K 2 R = постоянная.

Прибор показывает квадратичный ответ.

Конструкция термоэлектрического прибора

Термоэлектрический элемент и индикаторный прибор являются двумя основными частями термоэлектрического прибора.

Термоэлементы

В приборе для термопар используются четыре типа термоэлектрических элементов. Их типы подробно описаны ниже.

1. Тип контакта — Элемент контактного типа использует отдельный нагреватель.Спай термопары контактирует с нагревателем, показанным на рисунке ниже.

thermo-electric-element

Электрический нагревательный элемент используется для следующих целей.

  1. Нагревательный элемент преобразует электрическую энергию в тепловую.
  2. Тепловая энергия преобразуется в тепловую с помощью эффекта Зеебека.
  3. Выходная клемма термопары подключена к прибору PMMC. Наименьшее количество электроэнергии используется для отклонения стрелки инструмента PMMC, и эта энергия сохраняется в пружине инструмента.

2. Прибор бесконтактного типа ̵

.