Термопара – что это такое?
Термопара – что это такое?
У каждого в повседневной жизни есть инструменты и оборудование, и одним из определяющих факторов является температура. От температуры систем отопления до промышленных предприятий, производственные процессы которых требуют строгого соблюдения температурного режима, процедуры контроля этого параметра очень важны как для экономии жизни, так и для энергосбережения. Одним из устройств контроля температуры является термопара или термоэлектрический преобразователь. Термопара – что это?
Термопара газового котла
Назначение
Термоэлектрические преобразователи или термопары — это устройства, используемые для контроля температуры на промышленных предприятиях, в процессах научных исследований, автоматизированных операциях и медицинских учреждениях.
Физическая величина, численно определяющая энергию (зависящую от теплоты), приобретаемую предметом за счет движения молекул вещества, называется температурой. Поскольку температуру вещества нельзя измерить непосредственно, ее значение определяется путем преобразования других физических параметров вещества. Этими физическими параметрами могут быть давление, сопротивление, объем, интенсивность излучения, температура, электродвижущая сила, коэффициент расширения материала и многие другие параметры.
Есть два способа регулирования температуры:
- Используйте термопары для прямого контакта с объектами;
- Пирометрия или радиационная термометрия используется, когда необходимо измерить очень высокие температуры без прямого контакта с объектом.
Принцип действия термопары
Характерной особенностью термопар является наличие термоэлектрического эффекта или эффекта Зеебека, названного в честь учёного, открывшего это явление в XIX веке. Суть этого эффекта заключается в контактной разности потенциалов между разнородными проводниками. Таким образом, принцип работы термопары заключается в следующем.
При скручивании двух концов разнородных проводников или сплавов вместе с образованием круговой цепи, если противоположные концы проводов держать при разных температурах, в цепи возникнет термоэлектродвижущая сила, величина которой будет равна разнице температур между жилами проводника Прямо пропорционально. Следовательно, цепь, состоящая из двух разных проводников или сплавов, представляет собой термопару или термопару.
Значение тока, при котором работает термопара, зависит от:
- проводниковые материалы;
- Разница температур между противоположными соединениями.
Проводник термоэлектрического преобразователя является положительным электродом, когда ток течет от горячего конца к холодному концу, когда ток течет от горячего конца к холодному концу, горячий электрод является отрицательным электродом. Маркировка термопар производится в следующем порядке:
- Право собственности на само устройство;
- Материал положительного проводника;
- Материал отрицательного проводника.
Разновидности и конструктивные особенности
По конструктивным особенностям термопары делятся на следующие типы:
- В соответствии с конкретным применением:
- внешний;
- Можно нырять.
- По характеристикам защитного чехла:
- Без корпуса;
- Корпус из полосовой стали – это устройство используется для контроля температуры до 600°C;
- Имея стальной корпус из специального сплава – прибор необходим для измерения температуры до 1100°С;
- С керамическим корпусом – это устройство используется для контроля температуры до 1300°C;
- Имеет стальной корпус из тугоплавкого сплава – устройство работает при температуре выше 2000°С.
- По способу крепления теплообменника:
- Имеет фиксированный чувствительный элемент;
- Имеет подвижный чувствительный элемент;
- Со съемным монтажным основанием.
- По герметичности терминала:
- Сочетайте его с простым верхом;
- С водонепроницаемой крышей;
- Без крышки выходные клеммы специально герметизированы.
- По карантину:
- Держитесь подальше от активных или неагрессивных воздействий окружающей среды;
- Не изолирован.
- Для герметизации под высоким давлением:
- Незапечатанный;
- тюлень.
- По устойчивости к механическим воздействиям:
- Устойчив к вибрации;
- Ударопрочный;
- Простой.
- По количеству зон контроля:
- Разработан специально для определенной местности;
- Предназначен для нескольких областей.
- По скорости реакции на изменение температуры:
- Имеет высокую инерционность. Скорость ответа до 210 секунд;
- Вкупе с собственной инерцией и бездарностью. Скорость ответа – до 60 секунд;
- Имеет низкую инерционность. Скорость ответа – до 40 секунд;
- Имеет ненормализованную скорость реакции.
- По длине функционального участка:
- Длина от 120 мм до 1580 мм. Они находят применение в однозонных термопарах;
- Длина до 20 000 мм. Для использования с многозонными термопарами.
Конструктивные особенности термопары включают в себя:
Читайте также статью: Как вырастить репку
- Рабочее соединение двух проводников в основном образуется дуговой сваркой предварительно скрученных горячих электродов. Одним из способов соединения является сварка, однако соединение вольфрам-рениевой или вольфрам-молибденовой термопары можно выполнить простой скруткой без дополнительной сварки;
- Проводники подключаются только в активной части. Остальные провода строго изолированы;
- Изолирующий материал может быть любого происхождения, даже воздуха, но температура измеряемой среды должна быть ниже 120°C. Керамические изоляторы применяются при температуре материала до 1300°С. Поскольку при t > 2000°С фарфор теряет свои физические свойства и размягчается, применяют трубки из оксида алюминия, магния, бериллия, тория и циркония;
- Для предотвращения механических воздействий на термопару ее помещают в защитный трубчатый корпус с запаянными концами. Корпус должен обеспечивать изоляцию от внешней среды, защищать от механических воздействий и обеспечивать хорошую теплопроводность. Длительное сохранение температурных пределов термопары и стойкость к активной среде контролируемых веществ являются основными требованиями к вводу.
Типы термопар и их характеристики
Термопара хромель-алюмель (ТХА)
Термопара из хромоникелевого сплава TP6
Термоэлектрические преобразователи из хромоникелевого сплава предназначены для эксплуатации в агрессивных и благородных средах, а также могут использоваться в сухом водороде и вакууме, но лишь в течение непродолжительного времени. Отличительной особенностью ТСА является его максимальная устойчивость к радиации внутри ядерного реактора. К недостаткам этого устройства относятся сравнительно высокая чувствительность к механическим воздействиям и непостоянство температуры ЭДС. Этот тип термопары подходит для измерения температуры материалов в диапазоне от -200°C до 1100°C и в основном используется в сталеплавильных печах, электрооборудовании, нагревательных устройствах и в научных работах.
Видео: КИП и А, Термопара, Термометр сопротивления
Положительный электрод представляет собой проводник из никелевого сплава хромоникелевого сплава НХ9,5, а роль отрицательного электрода выполняет проволока из никелевого сплава хромоникелевого сплава НМцАК2-2-1.
Термопара хромель-копель (ТХК)
Хромель-копелевая термопара THK 1199
Основными областями применения хромель-копелевых термопар являются промышленность, производственные предприятия и научные исследования. Как и другие термопары, это устройство в основном используется для долговременных измерений температуры до 600°C, но ограничено температурным диапазоном от -253°C до 1100°C. Все термопары изготавливаются с максимальной чувствительностью, а датчики температуры также обладают высокой чувствительностью к механическим воздействиям. Проводником положительного зонда является сплав никеля хромоникелевый сплав НХ9,5, а проводником отрицательного зонда – медно-никелевый сплав копель МНМц43-0,5.
Термопара железо-константан (ТЖК)
Термопара вольфрам-рений (ТВР)
Вольфрам-рениевые термопары применяются при производстве керамики, тугоплавких металлов, карбидов, литейной стали, контроле температуры газовых потоков и низкотемпературной плазмы. Эти типы термопар считаются лучшими в отрасли и работают при температуре >1800°C. Веществами, с которыми работают термопары, являются сухой водород, азот, гелий, аргон и вакуум при температуре 1300°С
К преимуществам VR-оборудования относятся:
- Оптимальная механическая стабильность при высоких температурах;
- Стабильная работа при переменных нагрузках;
- Устойчив к повторяющимся и быстрым термическим изменениям.
- Простота изготовления и меньшая подверженность загрязнениям.
Недостатками являются недостаточная воспроизводимость температуры ЭДС и нестабильная работа при облучении.
Материалы положительных и отрицательных проводников:
- ВР5 и ВР20;
- ВАР5 и ВР20;
- ВР10 и ВР20.
Термопара вольфрам-молибден (ТВМ)
Эти типы термопар являются очень дешевыми термопарами и широко используются в
Положительный и отрицательный электроды изготовлены из вольфрамовой и молибденовой проволоки, которые являются промышленными чистыми металлами.
Термопара платинородий-платина (ТПП)
ТЭС функционирует с максимальной надежностью и стабильностью и поэтому широко используется в научных экспериментах и технике. Кроме того, благодаря своим физическим свойствам ТПП стал эталоном температурной шкалы МПТШ-68. Комфортный температурный диапазон – до 1600°С. Недостатками ТПП являются повышенная подверженность загрязнению, очень высокая цена и нестабильная работа при облучении. Материалами, используемыми для зондов, являются платиново-родиевый сплав PR10 или PR13 (положительный зонд) и платина (отрицательный зонд.
Термопара платинородий-платинородий (ТПР)
Эти типы термопар в основном используются в производстве цемента, стали и стекла, а также огнеупорных материалов благодаря способности контролировать температуру, превышающую 1400°C, в течение длительных периодов времени. Помимо возможности использования в вакууме, другие преимущества TPR включают относительно высокую стабильность при чрезвычайно высоких температурах, лучшую механическую прочность, практически отсутствие хрупкости и минимальную восприимчивость к загрязнению. Проводник положительного зонда изготовлен из платинородия PR30, а отрицательного зонда — из платинородия PR6.
В предоставленном материале объясняется, что такое термопары, их виды, конкретные функции и области использования. Становятся понятными физический смысл и порядок определения температуры в конкретной среде.
Читайте также статью: Что сделать, чтобы теплый пол работал правильно — рекомендации компании Watts Industries