Термопары Это устройства, широко используемые в промышленности для измерения температуры. Благодаря своей универсальности, низкой стоимости и надежности термопары стали одним из самых популярных вариантов точного мониторинга и измерения температуры в различных средах. Его конструкция и работа основаны на простых физических принципах, но область применения варьируется от промышленных процессов до научных исследований.
Несколько типы термопар, каждый из которых предназначен для различных температурных диапазонов и условий окружающей среды. В этой статье мы подробно рассмотрим различные типы термопар, их применение, ключевые особенности и способы выбора наиболее подходящей из них в зависимости от окружающей среды и конкретных потребностей в измерениях.
Что такое термопара?
Un термопара Это датчик, который измеряет температуру посредством соединения двух разных металлических проводников. Эти проводники генерируют напряжение, которое меняется в зависимости от разницы температур между концами датчика, что позволяет определить точную температуру в точке измерения. Это явление называется Эффект Зеебека, что является основой работы термопар.
Принцип работы
Как мы уже упоминали, термопара основана на Эффект Зеебека. Когда два металла соприкасаются и подвергаются разнице температур, они генерируют напряжение. Один конец термопары соприкасается с объектом, температуру которого измеряют (т. горячее соединение), в то время как другой конец поддерживается при известной температуре, например комнатной температуре ( холодный союз).
Это генерируемое напряжение преобразуется в полезные показания температуры. Важно отметить, что выходной сигнал термопары очень мал, обычно измеряется милливольтами, поэтому необходима схема усиления, чтобы преобразовать этот сигнал в управляемую величину.
Типы термопар
Существует несколько типов термопар в зависимости от материалов, из которых изготовлены проводники, и каждый тип обладает уникальными свойствами с точки зрения температурного диапазона и точности. Ниже мы опишем наиболее распространенные из них.
Termopar тип K
Термопара типа К Он является наиболее распространенным в отрасли. Он состоит из комбинации никель-хром (Хромель®) как положительный элемент и никель-алюминий (Алюмель®) как отрицательный элемент. Он идеально подходит для измерения температур в широком диапазоне от -200°C до 1250°C.
Этот тип термопар особенно полезен в средах, где присутствуют окислительные и высокотемпературные атмосферы. Низкая стоимость и долговечность делают его отличным вариантом для широкого промышленного применения.
Термопара типа J
Термопара типа J Он известен своим использованием в средах с температурой от -210°C до 760°C. Он состоит из железо как положительный проводник и константан (медно-никелевый сплав) в качестве отрицательного проводника.
Это одна из более дешевые термопары и подходит для сред с температурой не выше 760°C, так как железо быстро окисляется при более высоких температурах. Поэтому он идеально подходит для применений, требующих недорогого датчика и умеренных температур.
Термопара типа Т
El Термопара типа Т Он отлично подходит для измерений при низких температурах, например, в диапазоне от -200°C до 350°C. Его драйверы состоят из медь с положительной стороны и константан с отрицательной стороны. Он один из лучших по стабильности и точности при работе в неэкстремальных криогенных или атмосферных диапазонах.
Термопары из драгоценных металлов: типы R, S и B
эти типы термопар В основном они изготовлены из драгоценных металлов, таких как платина, что делает их идеальными для применений, требующих измерения очень высоких температур, до 1700°C. Они очень точны и стабильны, но и дороги.
Термопара типа R использует комбинацию платина-родий в качестве водителей. Он подходит для температур до 1450°C и очень стабилен, что делает его пригодным для лабораторий и высокоточных сред.
El термопара типа S Он похож на тип R, но соотношение платина-родий у него немного другое, что делает его подходящим для применений, требующих высокого уровня стабильности и долговечности.
Термопара типа B Он выделяется своей способностью измерять чрезвычайно высокие температуры, до 1700°C, без необходимости компенсации в холодном спае до 50°C. Это делает его полезным в промышленных условиях высокого риска и агрессивных средах.
Термопара типа N
El Термопара типа N Он был разработан как развитие типа К и характеризуется большей устойчивостью к окислению и стабильностью при высоких температурах. Здесь используются сплавы никросил y Нисил, что позволяет ему работать в диапазоне до 1280°C.
Этот тип термопары является идеальным выбором для применений, требующих высокой устойчивости к термическому разложению и длительного срока службы.
Диапазоны и пределы погрешностей термопары
Стандарт IEC 60584-1 устанавливает различные температурные диапазоны и пределы погрешности для каждого типа термопары. Хотя они различаются в зависимости от диаметра провода и условий окружающей среды, в общих чертах можно определить следующее:
- Тип J: От -210°C до 760°C, с погрешностью ±2.2°C или ±0.75%.
- Тип К: От -200°C до 1250°C, с погрешностью ±2.2°C или ±0.75%.
- Тип Т: От -200°C до 350°C, с погрешностью ±1.0°C или ±0.75%.
- Тип Н: От -200°C до 1280°C, с погрешностью ±2.2°C или ±0.75%.
Как правильно выбрать термопару?
Выберите подходящая термопара Это зависит от нескольких факторов, таких как диапазон температур, которые вы хотите измерить, среда, в которой будет использоваться датчик, и доступный бюджет. Важно учитывать такие аспекты, как:
- Максимальная и минимальная температура: Каждый тип термопары имеет определенный рабочий диапазон.
- Начало работы: Окислительная, восстановительная, криогенная атмосфера и т. д. могут повлиять на срок службы датчика.
- Химическая устойчивость: Некоторые материалы более подвержены коррозии, что влияет на срок службы датчика.
- прецизионный: Чем выше точность, тем, как правило, увеличивается стоимость, поэтому этот фактор необходимо сбалансировать с функциональностью.
Общие приложения
термопары Они используются в миллионах применений в различных отраслях промышленности благодаря своей универсальности и надежности. Вот некоторые примеры:
- электростанции где контролируется температура турбин и других критически важных компонентов.
- Исследовательские лаборатории где требуется высокая точность измерений при экстремальных температурах, как высоких, так и низких.
- Промышленные процессы например, автоматизация производства, где потребность в температурном контроле постоянна.
Преимущества и недостатки термопар
Несмотря на широкое использование, не все среды подходят для термопар. Давайте проанализируем его сильные и слабые стороны.
преимущество
- Прочность и долговечность даже в экстремальных условиях.
- Бюджетный по сравнению с другими датчиками, такими как RTD.
- Широкий температурный диапазон, от криогенных применений до высокотемпературных контрактов.
недостатки
- Ограниченная точность по сравнению с более продвинутыми технологиями, такими как RTD.
- Чувствительность к электрическим шумам, особенно при длинных кабелях.
- Необходимо реализовать компенсация холодного спая для получения точных показаний.
При выборе подходящей термопары для конкретного применения важно принять во внимание все эти факторы, взвесив ее преимущества, такие как низкая стоимость и широкий рабочий диапазон, с ограничениями в точности и чувствительности к окружающей среде. . Термопары продолжают оставаться одним из наиболее эффективных и универсальных решений для измерения температуры в самых требовательных промышленных приложениях.