Документация
Нашли ошибку? Сообщите нам ... Комментировать: Термопары и их применение Распечатать: 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
  • николай / 21.01.2010 - 08:56
    Владимир / 18.12.2009 11:07 Какие термопары используются в экструдерах. Подскажите пожалуйста. все зависит от того, какие измерительно-управляющие приборы имеются в наличии. если диапазон температур до 0-650 градусов, то 1)ТХК – термопара ТХК(L)хромель-капель 2)термопара ТЖК(J) (железо/константан)3)термометр сопротивления PT100 (платина 100). все остальные термопреобразователи, как правило, расчитаны либо на более высокие, либо более низкие диапазоны температур. и использовать из на температурах плавления пластмасс неудобно и нецелесообразно.
  • ден / 20.01.2010 - 19:05
    как сделать полуискусственную термопару?
  • Галчонок / 17.01.2010 - 07:18
    подскажите,можно ли измерить температуру тела с помощью мед. термометра с точностью до 0,01 градуса??.очень нужно..
  • Санек / 23.12.2009 - 15:30
    Скажите пожалуйста, как распечатать этот текст? Что-то у меня не получается, а очень нужно((((
  • Динар / 21.12.2009 - 21:16
    по советуйте где я могу найти информацмю на тему:Виды конструкций термопар?????Спасибо
  • Владимир / 18.12.2009 - 09:07
    Какие термопары используются в экструдерах. Подскажите пожалуйста.
  • Евгений / 12.11.2009 - 05:22
    чем спаять рабочий конец термопары,простым оловом или чем-то другим?Спасибо.
  • Дмитрий / 28.10.2009 - 12:33
    Что означает класс точности B. Как его расшифровать,может таблица какаято есть, или придел отклонения.
  • Леонид / 21.10.2009 - 03:57
    Подскажите пожалуйста, возможно ли с помощью термопары сделать простой измеритель теплопроводности твердых тел.
  • Виктор / 05.10.2009 - 15:46
    ГДЕ можно купить термопару к газовому котлу "ТЕРМО" (завод г.Луганск) vik.piskov@yandex.ru Волгоград
  • Виктор / 20.07.2009 - 19:17
    Приобрёл термопару ХА (до 600 градусов), хотел поставить на отпускную печь, но на термопаре оказалось четыре контакта (провода), если кто знает, подскажите, как подключить.
  • виталий / 04.06.2009 - 12:43
    Неподскажите назначение кранштейна термопар
  • Алексндр Теплоконтроль / 10.05.2009 - 14:37
    Нужно подобрать термопару и вторичный преобразователь для измерения темпиратуры рассплавленного силумина. Интервал измеряемых темпиратур 0-800 градусов. Предложения на alexxx211@gmail.com
  • Алексей / 09.04.2009 - 19:35
    Подскажите, кто знает, можно ли для измерения температуры поверхности (оцинкованная листовая деталь в бытовой плитке)использовать следующий метод: в листе сверлится отверстие в него ввинчивается саморез, под головку самореза зажимается термопара (усилие зажима - без фанатизма). Термопара NICR-NIAL KL.1 от фирмы CZAKI диаметр спая чуть больше миллиметра. Я думаю, что может в таком случае будет происходить короткое замыкание измерительной ЭДС. Или я не прав? ПОДСКАЖИТЕ ПЛЗ КТО ЗНАЕТ ПРАВИЛА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТЕРМОПАР ТАКОГО ТИПА.
  • Вячеслав / 12.03.2009 - 19:47
    В промышленности, если нужно точное измерение температуры, до(+,-)0,1 градуса, используйте термометры соротивления - это гарантия успеха, и всегда пожалуста, доверительная проверка, и контрольное измерение температуры непосредственно в аппарате простыми переносными эталонами (УПИП,Р4833,и тд), во всяком случае легко можно узнать истинную температуру пром.обьекта с точностью не хуже чем (+,-) 0,1 градуса. Естественно,при соблюд.несложных правил монтажа. Измерить с такой точностью температуру термопарой в условиях пром. производства нереально. Нереально провести и контрольное измерение и доверительную проверку в условиях пром. площадки теми-же эталонами, даже при соблюдение правил монтажа, с точностью более (+,-) 2,5 градуса. Сами термопары,согласно ГОСТа, 1-го класса точности (не говоря про 2 и 3 кл.) гарантируют точность (+,-) 1,5 градуса, только ЖК(J)в определенном интервале температур дают (+,-) 1,0 градуса. Это без учета помех от монтажа (разнородность материала клемников и компенса-ционных проводов, которах не одна пара до КИП) и точности компенсации температуры холодных концов. Итого получаем, что с термопарой 1го класса точности, судить о температуре пром. обьекта в условиях пром.площадки с точнотью более чем (+,-) 2,5 градуса не представляется возможным. Поэтому применяем термопары правильно: при высоких температурах, и при точечных измерениях при низких температурах, где применение термомеров сопротивления невозможно, и учимся у японцов.
  • Колян / 19.02.2009 - 10:15
    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 обман и провокация: R-тип это 10% родия и платина, и не могу понять, как можно сделать -13% родия!
  • Константин / 17.02.2009 - 12:36
    Подскажите пожалуйста,какие термопары (термометры и зонды)лучше всего подходят для измерения прессуемого алюминиевого профиля и где их можнео преобрести.
  • Владимир / 15.01.2009 - 07:30
    Стандартные и нестандартные термопары от Новосибирского изготовителя - НПК "Рэлсиб" можно найти на сайте http://www.relsib.com/content/blogcategory/54/214/ Мы также изготавливаем малогабаритные термопары, у которых нет аналогов.
  • Дмитрий Владимирович / 05.12.2008 - 08:40
    Уважаемые господа, подскажите какие марки термопар можно применять к котлам КОВ-63 "Сигнал" с автоматикой БАРГ, кроме родной.
  • Максим / 28.10.2008 - 09:07
    Необходим прибор записи диаграм нагрева, у нас стоят индукционные нагреватели "ТИМКЕН" помогите что нибудь подобрать. ОЧЕНЬ НАДО
Назад  1234 5  Вперед

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








 



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