Документация
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Термопары и их применениеРаспечатать: Термопары и их применение

Термопары и их применение


"Документация" - техническая информация по применению электронных компонентов, особенностях построения различных радиотехнических и электронных схем, а также документация по особенностям работы с инженерным программным обеспечением и нормативные документы (ГОСТ).


Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры. Они гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний день хорошо изучена и описана в специальной литературе. К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах. Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01°С. Они вырабатывают на выходе термоЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.

Таблица 1

Тип термо-
пары
Букве-
нное обозна-
чение НСХ*
Материал термоэлектродов Коэффициент термоЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С) Диапазон рабочих температур, °С Предельная темпе-
ратура при кратко-
временном приме-
нении, °С
положительного отрицательного
ТЖК J Железо (Fe) Сплав константен (45% Сu + 45% Ni, Mn, Fe) 50-64 (0-800) ОТ -200 до +750 900
ТХА К Сплав хромель (90,5% Ni +9,5% Сr) Сплав алюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co) 35-42 (0-1300) от -200 до +1200 1300
ТМК Т Медь (Сu) Сплав константан (55% Си + 45% Ni, Mn, Fe) 40-60 (0-400) от -200 до +350 400
ТХКн Е Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr) Сплав константан (55% Сu + 45% Ni, Mn, Fe) 59-81 (0-600) от-200 до+700 900
ТХК L Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr) Сплав копель (56% Си + 44% Ni} 64-88 (0-600) от -200 до +600 800
ТНН N Сплав никросил (83,49% Ni +13,7% Сr + 1,2% Si+ 0,15% Fe + 0,05% С + 0,01% Mg) Сплав нисил (94,98% Ni + 0,02% Сr + 4,2% Si + 0,15% Fe + 0,05% С + 0,05% Mg) 26-36 (0-1300) от -270 до +1300 1300
ТПП13 R Сплав платина-родий (87%Pt + 13%Rh) платина (Pt) 10-14 (600-1600) от 0 до +1300 1600
ТПП10 S Сплав платина-родий (87% Pt — 13% Rh) платина (Pt) 10-14 (600-1600) от 0 до +1300 1600
ТПР В Сплав платина-родий (70% Pt - 30% Rh} Сплав платина-родий (94% Pt-6%Rh) 10-14(1000-1800) от 600 до+1700 1800
ТВР А-1
А-2
А-3
Сплав вольфрам-рений (95% W - 5% Re) Сплав вольфрам-рений (80% W-20% Re) 14-7 (1300-2500) от 0 до +2200
от 0 до +1800
от 0 до +1800
2500
ТСС I Сплав сильд Сплав силин - от 0 до + 800 900

Примечание: НСХ — номинальные статические характеристики преобразования по международной классификации ТСС

Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру (Т не равно Т2), то в цепи протекает электрический ток (рис. 1). Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока.

Явление Зеебека

Рис. 1 Явление Зеебека

Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов.

Таким образом, термопара может образовывать устройство (или его часть), использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры. В сочетании с электроизмерительным прибором термопара образует термоэлектрический термометр. Измерительный прибор или электронную измерительную систему подключают либо к концам термоэлектродов (рис. 2,а), либо в разрыв одного из них (рис. 2,б).

Подключение термопары к измерительному прибору

Рис. 2 (а,б) Подключение термопары к измерительному прибору

В местах подключения проводников термопары к измерительной системе возникают дополнительные термоЭДС. В результате их действия на вход измерительной системы фактически поступает сумма сигналов от рабочей термопары и от «термопар», возникших в местах подключения (рис. 3).

Принцип работы термопары

Рис. 3 Принцип работы термопары

Существуют различные способы избежать этого эффекта. Самым очевидным из них является поддержание температуры холодного спая постоянной.

На практике при измерении температур широко используется техника «компенсации холодного спая»: температура холодного спая измеряется другим датчиком температуры, а затем величина термоЭДС холодного спая программно или аппаратно вычитается из сигнала термопары (рис. 4). Места подключения термопары к измерительной системе должны иметь одинаковую температуру, то есть находиться в изотермальной зоне. Кроме того, в схеме с компенсацией холодного спая в этой же зоне должен находиться и датчик температуры холодного спая. Разработчик должен учитывать эти требования при конструировании измерительной системы.

Техника компенсации холодного спая

Рис. 4 Техника компенсации холодного спая

Основные характеристики выпускаемых промышленностью термопар приведены в табл. 1 (ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические»).

На рис. 5 представлены зависимости ЭДС от температуры наиболее распространенных типов термопар, у которых температура холодного спая поддерживается равной 0°С. Из него видно, что термопары типа Е наиболее чувствительны и развивают наибольшее выходное напряжение при одном и том же изменении температуры, чем другие. С другой стороны, термопары типа S являются наименее чувствительными. К сожалению, у большинства термопар эти зависимости в некоторых диапазонах температур носит нелинейный характер.

Зависимости ЭДС от температуры наиболее распространенных типов термопар

Рис. 5 Зависимости ЭДС от температуры наиболее распространенных типов термопар

При выборе термопары для производства замеров температуры в некотором диапазоне следует выбирать ту термопару, коэффициент линейности которой изменяется менее других в рамках этого диапазона. Для достижения высокой точности измерений термопарного термометра во всем диапазоне рабочих температур необходима его калибровка. В ГОСТ 50431-92 «Термопары» приведены вид и порядок полинома, а также коэффициенты полиноминальной аппроксимации зависимости выходного напряжения термопар от температуры, которые определяются по градуировоч-ным таблицам для каждого типа термопар.

В табл. 2 приведены особенности и области применения некоторых типов термопар.

Таблица 2

Тип термопары Особенности применения
ТХА Обладают: — наиболее близкой к прямой характеристикой. Предназначены для работы в окислительных и инертных средах
ТХК Обладают: — наибольшей чувствительностью;
— высокой термоэлектрической стабильностью при температурах до 600°С.
Предназначены для работы в окислительных и инертных средах.
Недостаток: высокая чувствительность к деформациям
ТПП Обладают: — хорошей устойчивостью к газовой коррозии, особенно на воздухе при высоких температурах;
— высокой надежностью при работе в вакууме (но менее стабильны в нейтральных средах).
Предназначены для длительной эксплуатации в окислительных средах.
Недостаток: высокая чувствительность термоэлектродов к любым загрязнениям, появившимся при изготовлении, монтаже или эксплуатации термопар
ТВР Обладают: — возможностью длительного применения при температурах до 22О0°С в неокислительных средах;
— устойчивостью в аргоне, гелии, сухом водороде и азоте.
Термопары с термоэлектродами из сплава платины с 10% родия относительно электрода из чистой платины могут использоваться как стандартные для установления номинальных статических характеристик термопар методом сравнения.
Недостаток - плохая воспроизводимость термоЭДС, вынуждающая группировать термоэлектродные пары по группам с номинальными статическими характеристиками А-1, А-2, А-3
ТНН Обладают: — высокой стабильностью термоЭДС (по сравнению с термопарами ТХА, ТПП, ТПР);
— высокой радиационной стойкостью;
— высокой стойкостью к окислению электродов.
Предназначены в качестве универсального средства измерения температур в диапазоне температур 0-1230°С

В зависимости от конструкции и назначения различают термопары погружаемые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и т.д. Внешний вид некоторых конструкций термопар представлен на рис. 6.

Основное применение термопары — электронные термометры.

Отечественная промышленность выпускает электронные термометры для измерения температуры контактным способом. Так, например, одно из отечественных предприятий наладило производство серии измерителей температуры, каждый из которых состоит из электронного блока и набора сменных датчиков температуры, представляющих собой стандартные хромель-алюмелевые термопары (тип К) в различных конструктивных исполнениях. Серия состоит из трех приборов: ETI-2OO1, ETI-2OO2 и ETI-2OO3 (табл. 3). Прибор ETI-2001 имеет 2 диапазона температур, переключение между которыми выполняется кнопками на лицевой панели. Узкий диапазон температур характеризуется более высоким разрешением и точностью. Приборы ETI-2OO2 и ETI-2OO3 имеют только по одному диапазону. Приборы имеют кнопку HOLD, с помощью которой можно зафиксировать измеренное значение температуры на индикаторе.

Внешний вид некоторых конструкций термопар

Рис. 6 Внешний вид некоторых конструкций термопар

Таблица 3

Тип прибора ETI-2001 ETI-2002 ETI-2003
Число диапазонов 2 1 1
Диапазон измерений,°С -49,9...199,9(1)
-50...1000(2)
-49,9...199,9 -50...1000
Разрешение 0,1°C(1) 0,1°С 1°С
Точность ±0,5°С+1%(1)) ±1°С ±0,5%(2) ±0,5°С ±1% ±1°С ±0,5%
Питание батарейка 9 В («Крона»)
Срок работы батареи 150 часов 175 часов 175 часов
Тип сенсора ТХА термопара (К тип)
Тип индикатора ЖК, высота знака 13 мм
Размеры 141x73x35 мм
Вес 220 г 210 г 210 г

На рис. 7 показан внешний вид контактного термометра ЕТ1-2001, в комплект поставки которого входят термопары: поверхностная (для измерения температуры поверхности твердых тел - tmax = 1000°C, погружная (для измерения температуры в объеме сыпучих и жидких веществ — tmax = 25О°С и бескорпусная (для измерения температуры воздуха и других газов — tmax = 250°С.

Внешний вид контактного термометра ЕТ1-2001

Рис. 7 Внешний вид контактного термометра ЕТ1-2001

На рис. 8 показан внешний вид миниатюрного термометра (Thermapen™) широкого применения. Высоконадежный и удобный в обращении. Оснащен встроенным складывающимся зондом. Диапазоны измерения температуры: ~49,9...199,9°С. Существуют не только специализированные приборы с термодатчиками для измерения температуры, но и универсальные мультиметры с функцией измерения температуры.

Внешний вид миниатюрного термометра (Thermapen™)

Рис. 8 Внешний вид миниатюрного термометра (Thermapen™)


Дата публикации: 24.03.2004
Мнения читателей
  • Антон / 01.08.2017 - 14:21
    Я бы сказал, что материал для изготовление термопар намного больше. Вот все возможные (достал с оф. сайта термопар termopara.org): Сталь; Хромель-алюмель; Платина; Хромель-копель; Медь; Алюминь; Алюмооксидная керамика; Железо-константан; Платинородий; платинородий-платина; Платина-родий; Термостойкий пластик; Вольфрам-родий; Платина-платина; Титан; Железо; Константан; Латунь; Нисил; Нихросил; Пластикат; Полиэтилен.
  • Александр / 19.12.2014 - 21:31
    По моему самое ценное это график зависимости термоЭДС от температуры.
  • алексей / 16.01.2014 - 08:12
    Емое, да тут целый институт
  • Вася / 17.08.2013 - 17:26
    Какая термопара лучше? китайская за 1$ или с прибора за 8$ ?
  • валерий / 19.07.2013 - 17:19
    надо установить термопару на форму, которая вращается в двух полоскостях. кто знает марку и характеристики, помогите!
  • валерий / 19.07.2013 - 17:18
    надо установить термопару на форму, которая вращается в двух полоскостях. кто знает марку и характеристики, помогите!
  • дмитрий / 14.05.2013 - 20:54
    какие термопары ставят на термокамеры
  • дмитрий / 14.05.2013 - 20:51
    друзья подскажите какие термопары ставят на термокамеры колбасного производство
  • Денис / 16.04.2013 - 05:15
    Добрый день. Помогите пожалуйста с выбором. Нам необходимо приобрести термопары для измерения температуры в различных точках печатной платы в процессе ее прохождения через печь конвекционного плавления. Пиковые температуры 220-250 градусов. Какие типы или модели термопар нам могут подойти? Заранее спасибо за ответ.
  • саня / 28.01.2013 - 12:23
    могу ли я в кратце узнать как работают термопары?
  • Айпери / 14.11.2012 - 15:53
    основное применение термопары-электронные термометры
  • Наталья / 01.11.2012 - 07:51
    Подскажите, знает ли кто-нибудь, где возможно приобрести термопары японского производства Anritsu типа N? Или аналоги российского производства?
  • Сергей / 27.09.2012 - 11:39
    У термопар есть еще одно замечательное свойство, о котором часто забывают. Если через спай термопары пропускать электрический ток, то на нем (спае), в зависимости от направления движения тока будет вырабатываться либо тепло, либо холод. На этом принципе можно построить как нагревательный так и охладительный элемент. Температура спая будет зависеть от направления тока и от его силы. Чем сильнее ток тем сильнее нагревается или охлаждается спай. Помню в годах 90-х прошлого века мне приходилось видеть холодильник размером со спичечную коробку, который охлаждал объем чуть больше 2 куб. см до температуры -35 град. Вода замерзает практически мгновенно после подачи тока.
  • Сергей / 27.09.2012 - 11:32
    Ответ Игорю. (правда времени уже прошло с апреля 2008г, но все же). Вашу проблему можно режить с помощью датчика температуры устроенного на измерении сопротивления медного провода. Берется очень несколько сот метров тонкого медного провода, покрытого лаковой изоляцией. Чем тоньше тем лучше. Из этого провода делается подобие мочалки. Т.е. провод как бы сваливают в одну кучу и придают ему тонкую плоскую фыорму, равномерно распределяя по требуемой площади. Измерив сопротивление вашего пласта при различных заранее известных температурах и зная термическое сопротивление меди можно измерить температуру любой поверхности. Если образовавшимся пластом обернуть место измерения и сверху закрыть теплоизоляционныи материалом, то по сопротивлению медного провода вы сможете определить температуру поверхности вашей трубы.
  • пиу / 07.06.2012 - 11:37
    :)
  • нина / 06.06.2012 - 06:21
    При измерение температуры в муфельной печи с помощью термопары хромель-алюмель показание милливольтметра 8мВ.Чему равна измеряемая температура если спай сравнения находился при 0градусов.
  • Катя / 17.05.2012 - 00:21
    Как провести экономический анализ термопар?Как найти себестоимость термопары?
  • Илюха)) / 02.05.2012 - 21:51
    Вячеслав / 29.01.2012 14:16 А какое сопротивление у термопары ТХК при 0 гр.Ц? Или как откалибровать прибор ТРМ? ответ: ну что я могу Вам сказать про калибровку ТРМ ,если Вы имели ввиду параметр компенсации то берёте электрочайник (закоротите чтоб не отключался) ,термометр(со шкалой более 100С) и опускаете рабочий спай в кипящую воду прикрутив его к термометру(термометр не обязательно но желательно)вот вам и эталон 100С(погрешность на термометре) вводите на ТРМе компенсацию согласно 100С на диаграмме.(желательна фильтр на единицу поставить временно ,быстрей обсчёт будит) а на счёт сопротивления - эталона термопары нет так как сплав он и в африке "сплав" РS ТРМ откалиброван на заводе и можно сбросить на настройку по умолчанию и ещё раз внимательно прочитать инструкцию к прибору.
  • Сергей kz / 21.03.2012 - 17:43
    Мужики подскажите что намагнитится в термопаре ха и главное почему?буду очень благодарен
  • серго / 20.03.2012 - 15:41
    какую термопару подобрать для печей с диапазоном 170-180 градусов
1 2345  Вперед

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics