Термопарный провод: характеристики и особенности применения rayvshalashe.ru

Термопарный провод: характеристики и особенности применения

Термопарный провод: характеристики и особенности применения

Измерение температуры с помощью термопар, являющееся одним из основных направлений в тепловом контроле, используется в различных отраслях производства, таких, например, как энергетика, нефтепереработка, металлургия, нефтехимия и многих других.

Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля.

Простота, удобство монтажа, возможности измерения локальной температуры, малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур – эти и другие достоинства обеспечили широкое применение термопар.

Немного теории об измерении температуры с помощью термопар.

В основу способа измерения температуры с помощью термопар положены термоэлектрические явления, основанные на существовании определенной зависимости между термоэлектродвижущей силой (термо-ЭДС), возникающей в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурой их соединения. Напомним основные положения, объясняющие данные явления.

В металлах имеются свободные электроны, количество которых в единице объема различно для разных материалов.

При повышении температуры концентрация электронов возрастает, и они начинают «передвигаться» из мест повышенной концентрации (горячий конец проводника) в места пониженной концентрации (холодный конец проводника). В результате возникает термо-ЭДС между отрицательно заряженным холодным концом проводника и положительно заряженным горячим (эффект Томсона).

Если же два однородных, но разных по природе проводника, имеющих одинаковую температуру, соединить, то в месте контакта возникнет термо-ЭДС вследствие разности концентраций свободных электронов в каждом из проводников (эффект Зеебека).

Учитывая оба фактора, определяющих термо-ЭДС идеальной термопары (рис.1), состоящей из двух различных термоэлектродных проволок a и b, контактирующих в двух точках, имеющих различные температуры t и t (t > t), можно записать, что суммарное термо-ЭДС в цепи равна:

где: e – ЭДС, определяемые суммарным эффектом, то есть возникающими в местах соприкосновения проводников a и b ЭДС, зависящими также от температуры места соприкосновения.

При неравенстве t и t, суммарная термо-ЭДС определяется разностью двух значений функций при температурах t и t, не зависящих от длины, диаметра термоэлектродов и их удельных электрических сопротивлений:

Если поддерживать температуру, например t, постоянной, то термо-ЭДС, согласно формуле (2) будет функцией только t.

Следовательно, проградуировав термопару, можно по значению измеренной термо-ЭДС найти соответствующую ей температуру из данных, полученных при градуировке.

На практике не всегда удается выполнить условие постоянства температуры свободных концов t = const.

В связи с этим при измерении температуры необходимо вводить поправку к определенной термо-ЭДС термопары при изменении температуры свободных концов с t до t.

Но для того, чтобы в значительной степени исключить влияние режима работы измеряемого объекта (например, нагревательной печи) на температуру свободных концов термопары, необходимо удалить их от места нагрева на значительные расстояния. Для этого необязательно применять длинные термопары, целесообразнее удлинять их гибкими изолированными проводами.

Эти провода должны быть термоэлектрически идентичны термоэлектродам термопары, в связи с чем их называют термоэлектродными удлинительными проводами. Иногда для их обозначения применяют термин «компенсационные», что, при этом, противоречит ГОСТ 15845-70 «Кабели, провода и шнуры. Термины и определения».

Удлинительные провода и кабели.

В цепь термопары термоэлектродные провода и кабели включаются с соблюдением знака полярности по схеме, приведенной на рис. 2. Как видно из схемы, холодные спаи термопары А(аb) отодвинуты от измеряемого объекта на длину термоэлектродных проводов Б(сd).

Применение нашли два типа удлинительных приводов и кабелей: суммарной и поэлектродной компенсации термо-ЭДС термопар.

Удлинительные провода и кабели суммарной компенсации должны развивать термо-ЭДС, равную термо-ЭДС термопары, для которой они предназначены (например, медь — константан для хромель-алюминиевой термопары, медь — ТП для платинородий-платиновой термопары). Таким образом, для данного случая должно быть обеспечено равенство:

Совершенно очевидно, что это равенство должно сохраняться только в пределах возможных изменений температуры свободных концов. При этом паразитные термо-ЭДС, возникающие в холодных спаях термопары, взаимно компенсируются.

Однако, когда температура обоих концов электродов термопары, не только непостоянна, но и неодинакова, применяется второй тип удлинительных проводов — с поэлектродной компенсацией. В заданном интервале температур электроды таких проводов развивают с третьим электродом, например платиной, ту же термо-ЭДС, что и соответствующие электроды термопары.

Этот тип проводов изготовляется в случае недефицитности материалов с теми же термоэлектродами, что и подключаемая термопара (например, хромель-копелевыми для одноименной термопары), что равноценно удлинению самой термопары с целью вывода холодных спаев в удаленную от объекта зону с низкой температурой.

Однако применение удлинительных проводов термоэлектродных материалов не всегда целесообразно, так как это может привести к перерасходу дорогостоящих дефицитных или благородных металлов, из которых изготовлена термопара.

Классификация и принципы конструирования.

Кабельная промышленность изготовляет две основные группы термоэлектродных проводов и кабелей. Первая используется в качестве удлинительных проводов (кабелей) для подключения термопар к приборам теплового контроля, а вторая — для изготовления термопар (термопарные провода и кабели). В свою очередь удлинительные провода и кабели подразделяются на два основных типа: суммарной и поэлектродной компенсации.

Все термоэлектродные провода и кабели имеют условное обозначение (марку), в котором по возможности сосредоточена полная информация о кабеле и проводе. Эти данные обозначаются следующими буквами:

Следует отметить, что данный способ обозначения марок кабелей и проводов нельзя распространять на другие типы кабельных изделий, он верен лишь для термоэлектродных проводов и кабелей.

Рассмотрим конструкцию и условное обозначение на примере провода марки ПТВЭВ 2×1,5 ХК: провод удлинительный двухжильный с изоляцией и оболочкой из ПВХ пластиката, экранированный, с токопроводящими жилами из сплавов хромель и копель сечением 1,5 мм 2 .

По нагревостойкости термоэлектродные провода и кабели делятся на теплостойкие, рассчитанные на эксплуатацию при температуре окружающей среды выше 100°С, и нормальной нагревостойкости. рассчитанные на эксплуатацию при температуре ниже 100°С.

Термоэлектродные материалы.

При производстве термоэлектродов термопар используют хромель Т, алюмель, копель, медь, константан, сплавы вольфрама, рения, молибдена и ряд других материалов.

Для изготовления термоэлектродных удлинительных проводов и кабелей применяют медь, константан, хромель К, алюмель, копель и другие различные сплавы. С целью улучшения механических и термоэлектрических свойств проводов токопроводящие жилы изготавливают из отожженной проволоки.

1. Медь – один из главных материалов для токопроводящих жил вследствие ее высокой электропроводимости и пластичности. Механические и электрические свойства меди находятся в большой зависимости от глубины термической обработки.
2. Хромель применяется двух типов: хромель Т для термопарных и хромель К для удлинительных проводов и кабелей. Минимальные температуры длительного (от нескольких сотен часов) и кратковременного (до 100 часов) применения хромелевых термоэлектродов зависят от диаметра проволоки. Это связано с тем, что в окислительной среде на поверхности проволоки появляются окислы хрома, вследствие чего термоэлектрический потенциал хромеля снижается, что приводит к уменьшению термо-ЭДС термопары. Наиболее сильно этот эффект проявляется у термоэлектродов малого диаметра.
3. Алюмель. С изменением температуры среды физико-механические и электрические свойства алюмелевой проволоки значительно меняются. Так, с увеличением температуры проводимость алюмелевой проволоки уменьшается.
4. Копель применяется в термоэлектродных проводах и кабелях в сочетании со сплавом хромель и медью. Копелевая проволока имеет достаточно высокие механические свойства, характеризуется более низкой жаростойкостью, чем хромель и алюмель. С ростом температуры электрическое сопротивление копели меняется, а с увеличением степени отжига оно падает.
5. Константан применяется в основном в удлинительных проводах и кабеле. Характерная особенность константана – незначительный температурный коэффициент сопротивления α. Практически он принимается равным нулю, что является достоинством сплава.

Ржанников А.А.
Специалист ЗАО «Режевской кабельный завод»

О термопарах: что это такое, принцип действия, подключение, применение

В автоматизации технологических процессов очень часто приходится снимать показатели о температурных изменениях, для их загрузки в системы управления, с целью дальнейшей обработки. Для этого требуются высокоточные, малоинерционные датчики, способные выдерживать большие температурные нагрузки в определённом диапазоне измерений. В качестве термоэлектрического преобразователя широко используются термопары – дифференциальные устройства, преобразующие тепловую энергию в электрическую.

Устройства также являются простым и удобным датчиком температуры для термоэлектрического термометра, предназначенного для осуществления точных измерений в пределах довольно широких температурных диапазонов. В частности, управляющая автоматика газовых котлов и других отопительных систем срабатывает от электрического сигнала, поступающего от сенсора на базе термопары. Конструкции датчика обеспечивают необходимую точность измерений в выбранном диапазоне температур.

Читать еще:  Как сделать стул своими руками

Устройство и принцип действия

Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай. Схематически устройство изображено на рисунке 1.

Рис. 1. Схема строения термопары

Красным цветом выделено зону горячего спая, синим – холодный спай.

Электроды состоят из разных металлов (металл А и металл В), которые на схеме окрашены в разные цвета. С целью защиты термоэлектродов от агрессивной горячей среды их помещают в герметичную капсулу, заполненную инертным газом или жидкостью. Иногда на электроды надевают керамические бусы, как показано на рис. 2).

Рис. 2. Термопара с керамическими бусами

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. При замыкании цепи, например милливольтметром (см. рис. 3) в точках спаек возникает термо-ЭДС. Но если контакты электродов находятся при одинаковой температуре, то эти ЭДС компенсируют друг друга и ток не возникает. Однако, стоит нагреть место горячей спайки горелкой, то согласно эффекту Зеебека возникнет разница потенциалов, поддерживающая существование электрического тока в цепи.

Рис. 3. Измерение напряжения на проводах ТП

Примечательно, что напряжение на холодных концах электродов пропорционально зависит от температуры в области горячей спайки. Другими словами, в определённом диапазоне температур мы наблюдаем линейную термоэлектрическую характеристику, отображающую зависимость напряжения от величины разности температур между точками горячей и холодной спайки. Строго говоря, о линейности показателей можно говорить лишь в том случае, когда температура в области холодной спайки постоянна. Это следует учитывать при выполнении градуировок термопар. Если на холодных концах электродов температура будет изменяться, то погрешность измерения может оказаться довольно значительной.

В тех случаях, когда необходимо добиться высокой точности показателей, холодные спайки измерительных преобразователей помещают даже в специальные камеры, в которых температурная среда поддерживается на одном уровне специальными электронными устройствами, использующими данные термометра сопротивления (схема показана на рис. 4). При таком подходе можно добиться точности измерений с погрешностью до ± 0,01 °С. Правда, такая высокая точность нужна лишь в немногих технологических процессах. В ряде случаев требования не такие жёсткие и погрешность может быть на порядок ниже.

Рис. 4. Решение вопроса точности показаний термопар

На погрешность влияют не только перепады температуры в среде, окружающей холодную спайку. Точность показаний зависит от типа конструкции, схемы подключения проводников, и некоторых других параметров.

Типы термопар и их характеристики

Различные сплавы, используемые для изготовления термопар, обладают разными коэффициентами термо-ЭДС. В зависимости от того, из каких металлов изготовлены термоэлектроды, различают следующие основные типы термопар:

  • ТПП13 – платинородий-платиновые (тип R);
  • ТПП10 – платинородий-платиновые (тип S);
  • ТПР – платинородий-платинродиевые (тип B);
  • ТЖК – железо-константановые (тип J);
  • ТМКн – медь-константановые (тип T);
  • ТНН – нихросил-нисиловые (тип N);
  • ТХА – хромель-алюмелевые (тип K);
  • ТХКн – хромель-константановые (тип E);
  • ТХК – хромель-копелевые (тип L);
  • ТМК – медь-копелевые (тип M);
  • ТСС – сильх-силиновые (тип I);
  • ТВР – вольфрамрениевые (типы A-1 – A-3).

Технические требования к термопарам задаются параметрами определёнными ГОСТ 6616-94, а их НСХ (номинальные статические характеристики преобразования), оптимальные диапазоны измерений, установленные классы допуска регулируются стандартами МЭК 62460, и определены ГОСТ Р 8.585-2001. Заметим, также, что НСХ в вольфрам-рениевых термопарах отсутствовали в таблицах МЭК до 2008 г. На сегодняшний день указанными стандартами не определены характеристики термопары хромель-копель, но их параметры по прежнему регулируются ГОСТ Р 8.585-2001. Поэтому импортные термопары типа L не являются полным аналогом отечественного изделия ТХК.

Классификацию термодатчиков можно провести и по другим признакам: по типу спаев, количеству чувствительных элементов.

Типы спаев

В зависимости от назначения термодатчика спаи термопар могут иметь различную конфигурацию. Существуют одноэлементные и двухэлементные спаи. Они могут быть как заземлёнными на корпус колбы, так и незаземленными. Понять схемы таких конструкций можно из рисунка 5.

Рис. 5. Типы спаев

Буквами обозначено:

  • И – один спай, изолированный от корпуса;
  • Н – один соединённый с корпусом спай;
  • ИИ – два изолированных друг от друга и от корпуса спая;
  • 2И – сдвоенный спай, изолированный от корпуса;
  • ИН – два спая, один из которых заземлён;
  • НН – два неизолированных спая, соединённых с корпусом.

Заземление на корпус снижает инерционность термопары, что, в свою очередь, повышает быстродействие датчика и увеличивает точность измерений в режиме реального времени.

С целью уменьшения инерционности в некоторых моделях термоэлектрических преобразователей оставляют горячий спай снаружи защитной колбы.

Многоточечные термопары

Часто требуется измерение температуры в различных точках одновременно. Многоточечные термопары решают эту проблему: они фиксируют данные о температуре вдоль оси преобразователя. Такая необходимость возникает в химических и нефтехимических отраслях, где требуется получать информацию о распределении температуры в реакторах, колоннах фракционирования и в других ёмкостях, предназначенных для переработки жидкостей химическим способом.

Многоточечные измерительные преобразователи температуры повышают экономичность, не требуют сложного обслуживания. Количество точек сбора данных может достигать до 60. При этом используется только одна колба и одна точка ввода в установку.

Таблица сравнения термопар

Выше мы рассмотрели типы термоэлектрических преобразователей. У читателя, скорее всего, резонно возник вопрос: Почему так много типов термопар существует?

Дело в том, что заявленная производителем точность измерений возможна только в определённом интервале температур. Именно в этом диапазоне производитель гарантирует линейную характеристику своего изделия. В других диапазонах зависимость напряжения от температуры может быть нелинейной, а это обязательно отобразится на точности. Следует учитывать, что материалы обладают разной степенью плавкости, поэтому для них существует предельное значение рабочих температур.

Для сравнения термопар составлены таблицы, в которых отображены основные параметры измерительных преобразователей. В качестве примера приводим один из вариантов таблицы для сравнения распространённых термопар.

Что такое термопара, принцип действия, основные виды и типы

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

Устройство термопары

Принцип работы термопары. Эффект Зеебека

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

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

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

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

Компенсация температуры холодного спая (КХС)

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

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

Конструкция термопары

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

Читать еще:  Кабель мкэшвнг

Особенности конструкции термопар:

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

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

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

3) Способ изоляции подбирается с учетом верхнего температурного предела.

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

4) Защитный чехол.

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

Удлиняющие (компенсационные) провода

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

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

Типы и виды термопар

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

Термопара хромель-алюмель (ТХА)

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

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

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

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

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

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

Термопара хромель-копель (ТХК)

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

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

Рабочая среда: инертная и окислительная, кратковременный вакуум.

Недостатки: деформирование термоэлектрода.

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

Термопара железо-константан (ТЖК)

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

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

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

Недостатки: деформирование термоэлектрода, низкая коррозийная стойкость.

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

Термопара вольфрам-рений (ТВР)

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

Изоляция: керамика из химически чистых окислов металлов.

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

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

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

Термопара вольфрам-молибден (ВМ)

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

Изоляция: глиноземистая керамика, защита кварцевыми наконечниками.

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

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

Термопары платинородий-платина (ТПП)

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

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

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

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

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

Термопары платинородий-платинородий (ТПР)

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

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

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

Изоляция: керамика из Al2O3 высокой чистоты.

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

Схема подключения термопары

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

Стандарты на цвета проводников термопар

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

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

Точность измерения

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

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

ВАЖНО: Характеристики на момент изготовления меняются в период эксплуатации.

Быстродействие измерения

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

Факторы, увеличивающие быстродействие:

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

Проверка работоспособности термопары

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

Причины выхода из строя термопары:

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

Преимущества и недостатки использования термопар

Достоинствами использования данного устройства можно назвать:

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

К недостаткам следует отнести:

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

Термопарная проволока и её особенности

Основные свойства термопарной проволоки

Производят термопарную проволоку из алюмели, хромели марок ТМ и Т, копели, константана. Качество жаропрочных сплавов напрямую зависит от их состава. Алюмель отличается высокой пластичностью и способностью длительного сохранения прочностных характеристик. Константану, который используется совместно с железом, медью и хромелем, свойственно высокое электросопротивление, значение которого не зависит от температуры. Копель при контакте с элементами из меди, железа и хромели, имеет аналогичные с константаном свойства. Представленный сплав характеризуется:

  • большим значением термоэлектродвижущей силы;
  • минимальным коэффициентом температурного омического сопротивления;
  • высокой теплостойкостью;
  • устойчивостью к воздействию коррозии;
  • высокой жаростойкостью
  • изменением термо-ЭДС в значительных пределах.

Как правило, термопарная проволока:

  • жаростойкая;
  • обладает высоким удельным омическим сопротивлением;
  • характеризуется средним температурным коэффициентом линейного расширения;
  • имеет низкую плотность;
  • отличается значительной термо-ЭДС.

Наиболее важное свойство для термопары – стабильная характеристика термо-ЭДС в рабочем температурном диапазоне.

О применении термопарной проволоки

Из термопарной проволоки изготавливают устройства для выполнения измерений и преобразований, компенсационные провода, системы автоматизации, работающие в условиях высоких температур. Конструктивно термопара представлена двумя разнородными проводниками, которые спаяны между собой одним концом, помещенным в среду, в которой требуется измерять температуру, а их свободные выводы опускаются в термостат.

Читать еще:  Какие обои лучше клеить в спальне

Принцип работы термопары

Между разнородными материалами в ходе повышения температур возникает разность потенциалов. Данный эффект называется термоэлектрическим. Основное назначение термопары – измерение температуры. Если требуется высокая точность показателей устройства в процессе с небольшим нагревом, то подбирают термоизмерительный элемент с высокой термо-ЭДС. Положительные электроды таких термопар изготавливается из железа, хромели, меди, а отрицательные из алюмели, константана или копели. Наиболее высокое значение термо-ЭДС в устройстве хромель-копель (ТХК), применяя которую можно измерять температуру до 800°C. Затем следует термопара медь-копель и железо-копель (до 760°C).

Основное назначение компенсационных проводов – передавать потенциал от свободных выводов термопары. Изготавливаются они из относительно дешевой термопарной проволоки: хромели марок К и КМ, а также копели и константана.

Термопарная проволока представлена следующими типами:

  • алюмель – хромель (ТХА), работает в приделах от +200 до +1000°C;
  • копель – хромель (ТХК), работает в приделах от + 200 до +800°C;
  • константан – хромель (ТХК), работает в приделах от –40 до +880°C;
  • железо-константан, предназначена для измерения криогенных температур;
  • медь-константан, работает в приделах от +250 до +300°C;
  • железо-копель, работает в приделах от 0 до +750°C;
  • вольфрам-рений, предназначена для измерения высоких температур в инертной среде до +3000°C .

О поставке

Компанией «Метаторг» оставляется только сертифицированная термопарная проволока. К ней прилагается техническая документация, в которой приведены данные относительно химического состава, процентного содержания примесей, механических свойств. Продукция реализуется оптом и в розницу. Обработка и доставка заказа выполняется оперативно.

О приобретении

Компания «Метаторг» предлагает термопарную проволоку высокого качества по оптимальной цене. Стоимость товара зависит от цен на цветные металлы на мировом рынке. Если нужна консультация – менеджеры предприятия предоставят вам необходимую информацию и ответят на вопросы. Важно учесть, что от того на сколько правильно выбрана термопарная проволока, зависит работоспособность и продолжительность эксплуатации оборудования. Компания «Метаторг» предлагает своим клиентам не только демократичные цены, но и выгодные условия сотрудничества.

Термопары: подробно простым языком

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector