Термопара: что это такое
Содержание
Изделия этой категории применяют для измерения температуры с достаточной точностью. Ниже рассказано о том, что такое термопара. Технические характеристики помогут выбрать комплектующие для успешной реализации конкретного проекта. Дополнительные рекомендации предотвратят ошибки при монтаже и в процессе последующей эксплуатации.
В типовой комплект, кроме термопары, добавляют электронный блок преобразования информации
Назначение
Термопары для измерения температуры применяют в промышленном и бытовом оборудовании. С помощью этих датчиков регистрируют рабочие и экстремальные показания. В комплексе со средствами автоматики (приводами, исполнительными устройствами) обеспечивают необходимые корректирующие действия.
Принцип работы термопары
Термоэлектрический преобразователь – это два проводника (А и В), которые созданы из разных металлов (сплавов). Они объединены в единую электрическую цепь. Места соединений (t1 и t2) помещают в зоны с разными температурами. Это действие инициирует возникновение электродвижущей силы (тока).
Схема, поясняющая принцип действия термопары
Примечания:
- А (В) – положительный (отрицательный) электрод, соответственно;
- t1 – «горячий спай», который устанавливают в области с высокой температурой;
- t2 – «холодный спай», расположенный снаружи для подключения измерительных приборов.
Современная термопара что это такое
В типовом исполнении рабочее соединение создают:
- пайкой;
- скруткой;
- сваркой.
Подключение и устройство термопары
Мультиметр подсоединяют, как показано на рисунке. Чтобы измерить показания с повышенной точностью, соединительные провода делают из одинаковых с рабочими электродами материалов. Также помещают «холодный спай» в область с контролируемой температурой. Для защиты от неблагоприятных внешних воздействий применяют специализированный корпус, керамические накладки.
Характеристики термопары по типам изделий
Ниже рассмотрены обозначения по стандартам ANSI. Типы изделий отличаются материалами, которые выбраны для изготовления положительного и отрицательного электродов. Чтобы находить без ошибок подходящий вариант, при выборе учитывают следующие характеристики:
- рабочий диапазон;
- стабильность показаний в разных режимах (если надо измерять повышение/ уменьшение температуры);
- точность и погрешность при типовом шаге в 1 градус;
- длительность сохранения функциональности при эксплуатации в определенной среде (жидкой, газовой, загрязненной или другой).
Типы применяемых спаев (горячая зона)
Термопары из неблагородных металлов
Применение материалов, представленных в данной категории, снижает себестоимость. Точность показаний и рабочий диапазон вполне достаточны для решения разных практических задач.
Для удобства изучения разных видов термопар общие параметры и технические характеристики (ТХА) представлены в одинаковых по форме таблицах.
Железо-константановые
| Параметры | Значения |
|---|---|
| Материал положительного/ отрицательного электрода | Железо (Fe)/ Константан (Cu-Ni) |
| Температурный коэффициент в mV на °С | 55,1 |
| Рабочий диапазон температур в кратковременном (длительном) варианте эксплуатации, °С | от -180 до +800 (от 0 до +700) |
| Класс точности при шаге в 1°С (в диапазоне) | ±1,5 (от -40 до +375) |
| Цветовая маркировка/ тип изделия по ANSI | черно-белая/J |
| Особенности: термопара предназначена для эксплуатации в средах с окислительными и восстановительными характеристиками; точность ухудшается с повышающим коэффициентом по мере термического процесса старения; железный элемент повреждается коррозией; для удаления окислов и загрязнений допустимо применение регулярного отжига. | |
Хромель-константановые
| Параметры | Значения |
|---|---|
| Материал положительного/ отрицательного электрода | Хромель (Сr-Ni)/ константан (Cu-Ni) |
| Температурный коэффициент (ТК) в mV на °С | 68 |
| Рабочий диапазон температур в кратковременном (длительном) варианте эксплуатации, °С | от -40 до +900 (от 0 до +700) |
| Класс точности при шаге в 1°С (в диапазоне) | ±1,5 (от -40 до +375) |
| Цветовая маркировка / тип изделия | фиолетово-белая/E |
Медно-константановые термопары
| Параметры | Значения |
|---|---|
| Материал положительного/ отрицательного электрода | Медь (Cu)/ константан (Cu-Ni) |
| Температурный коэффициент в mV на °С | - |
| Рабочий диапазон температур в кратковременном (длительном) варианте эксплуатации, °С | от -250 до +400 (от -185 до +300) |
| Класс точности при шаге в 1°С (в диапазоне) | ±0,5 (от -40 до +125) |
| Цветовая маркировка / тип изделия | коричнево-белая/Т |
| Особенности: термоэлемент сохраняет функциональность в условиях повышенной влажности; ограниченная стойкость к высоким температурам; повышенная точность –от -10 до +240°С. | |
Термопара хромель алюмель
| Параметры | Значения |
|---|---|
| Материал положительного/ отрицательного электрода | Хромель (Сr-Ni)/ алюмель (Ni-Al) |
| Температурный коэффициент в mV на °С | 40-41 |
| Рабочий диапазон температур в кратковременном (длительном) варианте эксплуатации, °С | от -180 до +1300 (от 0 до +1100) |
| Класс точности при шаге в 1°С (в диапазоне) | ±1,5 (от -40 до +375) |
| Цветовая маркировка / тип изделия | зелено-белая/К |
| Особенности: в диапазоне от +180 до +530 наблюдается гистерезис (различные показания при росте/ снижении температуры) с разницей показаний до 4-6°С; термопреобразователь пригоден для эксплуатации в нейтральной среде либо с избыточным содержанием кислорода; рекомендуется исключить присутствие серы. | |
Нихросил-нисиловые
| Параметры | Значения |
|---|---|
| Материал положительного/ отрицательного электрода | Нихросил (Ni-Сr-Si)/ нисил (Ni-Si-Mg) |
| Рабочий диапазон температур в кратковременном (длительном) варианте эксплуатации, °С | от -270 до +1300 (от 0 до +1100) |
| Класс точности при шаге в 1°С (в диапазоне) | ±1,5 (от -40 до +375) |
| Цветовая маркировка / тип изделия | сиренево-белая/N |
| Особенности: отличается повышенной точностью, по сравнению с иными изделиями данной категории; данное сочетание материалов препятствует искажению измерений при высоком уровне загрязненности. | |
Термодатчики из благородных металлов
Применение таких материалов увеличивает себестоимость термопар, но вместе с тем обеспечивает высокую точность измерений. Позитивным фактором является устойчивость к разрушительным процессам коррозии. Иногда такие термопары применяют в качестве образцов для калибровки (настройки) приборов.
Платинородий-платиновые
| Параметры | Значения |
|---|---|
| Материал положительного/ отрицательного электрода | Платинородий (Pt-Rh)/ платина (Pt) |
| Рабочий диапазон температур в кратковременном (длительном) варианте эксплуатации, °С | от -50 до +1700 (от 0 до +1600) |
| Класс точности при шаге в 1°С (в диапазоне) | ±1 (от 0 до +1100) |
| Цветовая маркировка / тип изделия | оранжево-белая/N |
| Особенности: допустимо применение в среде с восстановительными характеристиками только при дополнении защитными средствами; измеритель отличается стабильностью показаний в рабочем температурном диапазоне; рекомендуется исключить загрязнение в процессе эксплуатации. | |
Платинородий-платинородиевые
| Параметры | Значения |
|---|---|
| Материал положительного/ отрицательного электрода (при содержании родия 30% и 6%, соответственно) | Платинородий (Pt-Rh)/ платинородий (Pt-Rh) |
| Рабочий диапазон температур в кратковременном (длительном) варианте эксплуатации, °С | от 0 до +1820 (от +200 до +1700) |
| Класс точности при шаге в 2°С (в диапазоне) | ±0,0025*Т (от +600 до +1700) |
| Цветовая маркировка / тип изделия | -/В |
| Особенности: опытные специалисты советуют ограничить применение нижним порогом на уровне от +580 до +620 °С; как и предыдущее изделие, отличается повышенной чувствительностью к загрязнению рабочей поверхности. | |
Промышленная термопара что это
Промышленный вариант исполнения подразумевает хорошую приспособленность к условиям эксплуатации. Определение условий указывают на стадии подготовки технического задания.
Термопары могут применяться группами для измерения температуры воды на разных уровнях в технологической ванной. Как отмечено выше, улучшают точность размещением контрольного выхода холодной спайки в среде с контролируемыми параметрами. Дополнительные меры применяют для защиты изделий от разрушения кислотами, другими агрессивными химическими соединениями.
Преимущества
Простота конструкции объясняет небольшие технологические расходы и соответствующую демократическую стоимость многих серийных изделий. Вполне допустима по экономическим параметрам установка термопары в духовку, газовую плиту, нагревательную колонку или котел системы отопления. Исключение – модели, созданные с применением благородных металлов.
Другие плюсы:
- точность;
- долговечность;
- широкий рабочий диапазон.
Недостатки
Для объективности надо перечислить имеющиеся минусы:
- нелинейные характеристики;
- существенное влияние на точность места установки внешнего (холодного) спая, схемы соединений;
- ухудшение функциональности под воздействием загрязнений, других внешних факторов.
Монтаж термопары
Для минимизации отмеченных выше негативных влияний применяют подключение термопары проводами из тех же материалов, которые использованы для изготовления положительного (отрицательного) электрода. Обязательно соблюдают соответствие полярности. Измерительный блок (преобразователь) размещают на небольшом удалении. Данные с него в цифровой форме поступают в компьютерный центр для индикации показаний, последующей обработки.
Монтажные схемы
Измерение температуры в контрольных точках (1) применяют для создания компенсационного напряжения. Если приборы подключают в разрыв цепи (2), выбирают проводники с одинаковыми параметрами.
Неисправность термопары плит
При нарушении функциональности загорания пламени следует проверить термопару. Предварительно отключают подачу газа, электропитание.
В некоторых ситуациях проблему устраняют очисткой. Применять чрезмерные механические воздействия не рекомендуется, чтобы не повредить исправную деталь. Работоспособность проверяют мультиметром. При нагреве рабочей области регистрируют появление напряжения в диапазоне измерений 10-60 мВ.
Для замены приобретают изделия, рекомендованные производителем бытовой техники
Неисправность устройств котлов
Проверку выполняют по аналогичному с рассмотренным алгоритму. Отключают электропитание, газовую магистраль. Далее уточняют с помощью мультиметра, как работает термопара. При необходимости устанавливают новое изделие.
