Co to jest termopara?

Co to jest termopara?

Jest to powszechnie stosowany element wykrywania temperatury w instrumentach pomiaru temperatury. Bezpośrednio mierzy temperaturę i przekształca sygnał temperatury w termoelektryczny sygnał potencjału, który jest następnie przekształcany przez przyrządy elektryczne (przyrządy wtórne) w temperaturę zmierzonego ośrodka. Chociaż kształty różnych termoparów mogą się znacznie różnić w zależności od ich zastosowania, ich podstawowa struktura jest w dużej mierze taka sama, zwykle składająca się z elementu termoelektrycznego, rurki ochronnej rękawy izolacyjnej i skrzynki złącze. Te termopary są zwykle używane w połączeniu z instrumentami wyświetlaczowymi, instrumentami rejestrującymi i elektronicznymi regulatorami. Jak działa termopara Ta relacja jest szeroko stosowana w praktycznym pomiarach temperatury. Ponieważ zimne połączenie T0 pozostaje stałe, potencjał termoelektryczny generowany przez termoparę zmienia się tylko wraz ze zmianami temperatury gorącego połączenia (koniec pomiaru). Oznacza to, że określony potencjał termoelektryczny odpowiada określonej temperaturze. Stosując metodę pomiaru potencjału termoelektrycznego, możemy osiągnąć cel pomiaru temperatury, podstawową zasadą pomiaru temperatury termopary jest to, że obwód zamknięty jest przez dwa przewodniki wykonane z różnych materiałów. Gdy między dwoma końcami występuje gradient temperatury, prąd przepływa przez obwód, generując siłę elektromotoryczną (EMF) między dwoma końcami. Zjawisko to znane jest jako efekt Seebeck. Dwa przewody, wykonane z różnych materiałów, to termoelementy, z gorętszym końcem służącym jako koniec roboczym i chłodniejszym końcem jako wolny koniec, który jest zwykle utrzymywany w stałej temperaturze. W oparciu o związek między EMF a temperaturą tworzona jest tabela kalibracji termopary. Ta tabela opiera się na stanie, w którym temperatura wolnej końcowej wynosi 0 stopni, a różne termopary mają własne tabele kalibracyjne. Gdy do obwodu termopary dodaje się trzeci materiał metalowy, o ile temperatury na obu połączeniach tego materiału są takie same, potencjał termoelektryczny generowany przez termoparę pozostanie niezmieniony, nie ma wpływu na dodanie trzeciego metalu. Dlatego przy użyciu termopary do pomiaru temperatury można podłączyć przyrząd pomiarowy do pomiaru potencjału termoelektrycznego, co pozwala na określenie temperatury mierzonej pożywki. Podczas pomiaru temperatury za pomocą termopary istotne jest, aby temperatura na zimnym połączeniu (koniec podłączony do obwodu pomiarowego przez przewody) pozostała stała, ponieważ zapewnia to, że potencjał termoelektryczny jest proporcjonalny do zmierzonej temperatury. Jeśli temperatura na zimnym połączeniu (środowisko) zmienia się podczas pomiaru, może to znacząco wpłynąć na dokładność pomiaru. Aby zrekompensować wpływ zmian w temperaturze zimnego połączenia, pomiary są podejmowane na zimnym połączeniu, które jest określane jako rekompensata na zimno. Specjalne przewody kompensacyjne służą do łączenia się z instrumentem pomiarowym.

Wspólne typy i cechy termopar

Wspólne termopary można podzielić na dwa główne typy: standard i non -. Standardowe termopary to te, dla których krajowy standard określa ich potencjał termoelektryczny - relacja temperatura, dopuszczalny błąd i zunifikowana tabela kalibracji. Są dostarczane z pasującymi instrumentami wyświetlania do wyboru. Non - standardowe termopary mają mniejszy zakres lub ilość zastosowań w porównaniu ze standardowymi termoparami i ogólnie nie mają zunifikowanej tabeli kalibracji, co czyni je przede wszystkim do pomiarów w specjalnych sytuacjach. Od 1 stycznia 1988 r. Chiny standaryzowały produkcję termometrów termopar i oporności zgodnie z międzynarodowymi standardami IEC, oznaczając siedem typów - S, B, E, K, R, J, T - jako zjednoczone standardowe termoprzestanie dla Chin.

Teoretycznie dowolne dwa różne przewodniki (lub półprzewodniki) można sparować, aby utworzyć termoparę. Jednak jako praktyczne elementy pomiaru temperatury muszą one spełniać wiele wymagań. Aby zapewnić niezawodność i wystarczającą dokładność w zastosowaniach inżynieryjnych, nie wszystkie materiały są odpowiednie dla termopar. Zasadniczo podstawowe wymagania dotyczące materiałów elektrody termopar to:

1. W zakresie pomiaru temperatury właściwości termoelektryczne są stabilne i nie zmieniają się z czasem, a stabilność fizyczna i chemiczna nie jest łatwa do utleniania lub skorodowania;

2, mały współczynnik oporności temperatury, wysoka przewodność, małe ciepło właściwe;

3. Potencjał termoelektryczny wygenerowany w pomiarze temperatury powinien być duży, a potencjał termoelektryczny jest liniową lub prawie liniową zależnością funkcji pojedynczej wartości z temperaturą;

4. Materiał ma dobrą odtwarzalność,

Jak zainstalować termoparę?

W produkcji, ze względu na różne obiekty, różne warunki środowiskowe, różne wymagania pomiarowe i różne metody instalacji rezystorów termicznych i pomiarów, należy wziąć pod uwagę wiele problemów. Zasadniczo można to wziąć pod uwagę z trzech aspektów: dokładność pomiaru temperatury, bezpieczeństwo i wygoda konserwacji. Aby zapobiec uszkodzeniu elementu wykrywania temperatury, należy upewnić się, że ma wystarczającą wytrzymałość mechaniczną. Aby chronić element przed zużyciem, należy dodać ekran ochronny lub rurkę. Aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność, należy określić metodę instalacji elementu wykrywania temperatury w oparciu o określone warunki, takie jak temperatura i ciśnienie medium, które należy zmierzyć, długość elementu, jego pozycja instalacyjna i forma. Poniżej znajduje się kilka przykładów, aby zwrócić uwagę:

Wszystkie elementy wykrywania temperatury zainstalowane w celu wytrzymania ciśnienia muszą zapewnić ich uszczelnienie. W przypadku termopar działających w wysokich temperaturach, aby zapobiec odkształceniu rurki ochronnej, należy je ogólnie zainstalować pionowo. Jeśli konieczna jest instalacja pozioma, nie powinna być zbyt długa, a do ochrony termopary należy użyć wspornika. Jeśli element wykrywania temperatury jest zainstalowany w rurociągu o wysokiej prędkości przepływu średniej, należy go zainstalować pod kątem. Aby zapobiec nadmiernej erozji, najlepiej jest zainstalować element wykrywania temperatury na zakrętach rurociągu. Gdy średnie ciśnienie przekracza 10 MPa, do elementu pomiarowego należy dodać rękaw ochronny. Lokalizacja instalacji termopar i rezystorów termicznych powinna również uwzględniać wystarczającą przestrzeń do demontażu, konserwacji i kalibracji. Termopary i rezystory termiczne z dłuższymi rurkami ochronnymi powinny być łatwe do demontażu i złożenia

Metoda pomiaru temperatury termopary

Czas reakcji termicznej jest złożony, a różne warunki eksperymentalne mogą prowadzić do różnych wyników pomiaru. Wynika to z faktu, że na czas reakcji termicznej wpływa szybkość transferu ciepła między termoparą a otaczającym medium; Wyższa szybkość transferu ciepła powoduje krótszy czas reakcji termicznej. Aby upewnić się, że czas reakcji termicznej produktów termoparowych jest porównywalny, krajowe standardy określają, że czas reakcji termicznej należy zmierzyć za pomocą specjalistycznego urządzenia testowego przepływu wody. Szybkość przepływu wody powinna być utrzymywana przy 0,4 ± 0,05 m/s, z początkową temperaturą od 5-45 stopni i etapem temperatury 40-50 stopni. Podczas testu temperatura wody nie powinna zmieniać się o więcej niż ± 1% etapu temperatury. Termopara powinna być wstawiona na głębokość 150 mm lub głębokość wstawienia projektu (w zależności od tego, która jest mniejsza) i należy ją odnotować w raporcie testowym.

Ponieważ urządzenie jest stosunkowo złożone, tylko kilka jednostek ma obecnie ten sprzęt, więc krajowy standard stanowi, że producent i użytkownik mogą negocjować w celu przyjęcia innych metod testowych, ale podane dane muszą wskazywać na warunki testowe.

Ponieważ potencjał termoelektryczny termopary typu B jest bardzo mały w pobliżu temperatury pokojowej, czas reakcji termicznej nie jest łatwy do zmierzenia. Dlatego krajowy standard stanowi, że montaż elektrody termoelektrycznej tej samej specyfikacji termopary typu S może być wykorzystany do wymiany własnego zespołu elektrody termoelektrycznej, a następnie test można przeprowadzić.

Podczas eksperymentu zapisuj czas T0.5, gdy wyjście termopary zmienia się na 50% zmiany etapu temperatury. W razie potrzeby zapisuj również 10% czasu reakcji termicznej T0.1 i 90% czasu reakcji termicznej T0.9. Zarejestrowane czasy odpowiedzi termicznej powinny być średnią co najmniej trzech testów, przy czym każdy pomiar odbiega od średniej o ± 10%. Dodatkowo czas wymagany dla zmiany temperatury nie powinien przekraczać jednego - dziesiątej T0.5 testowanej termopary. Czas odpowiedzi instrumentu lub miernika nagrywania nie powinien również przekraczać jednego - dziesiątego T0.5 testowanej termopary.

Główne typy termoparów

1. Klasyfikacja według rodzaju urządzenia mocującego jako głównym środkom pomiaru temperatury, termopara ma szeroki zakres zastosowań, więc istnieje wiele wymagań dotyczących ustalania urządzeń i wydajności technicznej. Dlatego urządzenia mocujące termoparę są podzielone na sześć rodzajów: brak urządzenia mocującego, typ gwintowany, stały typ kołnierza, ruch ruchomego kołnierza, ruchowy typ linijki kąta kołnierza, stożkowy typ rurki ochronnej.

2. Klasyfikacja Zgodnie z montażem i strukturą Według wydajności i struktury termopar, można je podzielić na: Odłączalne termopary, eksplozja - Dowod termopar, termopary termopar opancerzonych i termopary specjalne, takie jak sprężyna ciśnieniowa stałe termopar.

Na jakie wymagania należy zwrócić uwagę podczas instalowania termopary?

W przypadku instalacji termopar i termometrów oporowych należy zwrócić uwagę na dokładność pomiaru temperatury, bezpieczeństwa i niezawodności oraz wygodnej konserwacji, a nie wpływać na działanie sprzętu i operacji produkcyjnych. Aby spełnić powyższe wymagania, przy wyborze części instalacyjnych i głębokości wstawienia termometrów termoropisów i oporu zwróć uwagę na następujące punkty:

1. W celu zapewnienia wystarczającej wymiany ciepła między końcem pomiaru termopary i termometru rezystancyjnego a zmierzonym medium, punkt pomiarowy powinien być rozsądnie wybrany, a termometr termopary lub oporności należy zainstalować jak najdalej od zaworów, łokci i martwych zakątków rurociągów i urządzeń.

2. Termopary i termistory z rękawami ochronnymi mają straty przenoszenia ciepła i rozpraszania ciepła. Aby zmniejszyć błędy pomiaru, termopary i termistory powinny mieć wystarczającą głębokość wstawienia:

(1) W przypadku termopary mierzącej temperaturę płynu w środku rurociągu należy ją ogólnie wstawiać do środka rurociągu (instalacja pionowa lub instalacja nachylona). Jeżeli średnica rurociągu wynosi 200 mm, należy wybrać głębokość wstawiania termopary lub oporu na 100 mm;

(2) W przypadku pomiarów temperatury wysokiej - ciśnienia wysokiego - i wysokich - płynów (takich jak główna temperatura pary), w celu zmniejszenia oporności rękawów ochronnej na płyn i zapobiec jej pęknięciu pod ciśnieniem płynnym, metodę insercji płytkiej może być wykorzystana metodą insercji płytkiej. Głębokość ochronnej rękawy dla płytkiej wstawki termopary nie powinna być mniejsza niż 75 mm, gdy zostanie włożona do głównej rury pary; Standardowa głębokość wstawienia termopary termicznej wynosi 100 mm;

(3) Jeżeli konieczne jest zmierzenie temperatury spalin w spalinie, chociaż średnica spływu wynosi 4 m, głębokość wstawienia termopary lub rezystancji wynosi 1 m;

(4) Gdy głębokość wstawienia oryginału pomiarowego przekracza 1M, należy ją zainstalować w pionie, w miarę możliwości, lub należy dodać ramkę wsporczą i rurę ochronną.

Należy zwrócić uwagę na następujące punkty, aby prawidłowo użyć termopary, aby uniknąć błędów

Prawidłowe użycie termopary może nie tylko dokładnie uzyskać wartość temperatury, zapewnić kwalifikację produktu, ale także zaoszczędzić zużycie materiału termopary, zarówno oszczędzają pieniądze, jak i zapewnić jakość produktu. Nieprawidłowa instalacja, przewodność cieplna i błędy opóźnienia czasowe, są to główne błędy w użyciu termopary.

1. Błędy wprowadzone przez niewłaściwą instalację, jeśli pozycja instalacji i głębokość wstawienia termopary nie odzwierciedlają dokładnie rzeczywistej temperatury pieca, na przykład termopara nie powinna być umieszczona zbyt blisko drzwi lub obszarów ogrzewania, a jej głębokość wstawienia powinna być co najmniej 8 do 10 razy większa niż średnica rurki ochronnej. Różnica między ochronną rękawem termopary a ścianą pieca nie jest wypełniona materiałem izolacyjnym, który może powodować ucieczkę ciepła lub zimne powietrze zaatakować piec. Dlatego szczelinę między ochronną rękawem termopary a ścianą pieca powinna być uszczelniona gliną ogniotrwałą lub liną azbestową, aby zapobiec konwekcji gorącego i zimnego powietrza, co może wpłynąć na dokładność pomiaru temperatury. Jeśli zimny koniec termopary jest zbyt blisko korpusu pieca, temperatura może przekraczać 100 stopni. Instalacja termopary powinna jak najwięcej unikać silnych pól magnetycznych i pól elektrycznych, więc nie należy jej instalować w tym samym przewodzie, co kable zasilania, aby zapobiec zakłóceniu, które mogą powodować błędy. Termopara nie powinna być instalowana w obszarach, w których zmierzone średnio niewiele płynie. Podczas pomiaru temperatury gazu wewnątrz rury za pomocą termopary termopara musi być zainstalowana w kierunku przeciwnym do szybkości przepływu i musi mieć wystarczający kontakt z gazem.

2. Błąd wprowadzony przez pogorszenie izolacji, jeśli termopara jest izolowana, zbyt dużo pozostałości brudu lub soli na rurce ochronnej i płycie ciągnięciu powoduje słabą izolację między słupami termopary a ścianą pieca, która jest poważniejsza w wysokiej temperaturze. Spowoduje to nie tylko utratę potencjału termoelektrycznego, ale także wprowadzi zakłócenia, a błąd spowodowany przez to czasami może osiągnąć setki stopni.

3. Błąd wprowadzony przez bezwładność termiczną bezwładność termoparów powoduje, że odczyt instrumentu opóźnia się za faktycznymi zmianami temperatury, co jest szczególnie zauważalne podczas szybkich pomiarów. Dlatego wskazane jest stosowanie termopar z drobniejszymi termoelementami i mniejszymi średnicami rur ochronnych. Gdy na to pozwala środowisko pomiarowe, rurkę ochronną można usunąć. Z powodu opóźnienia pomiaru amplituda fluktuacji temperatury wykrytych przez termopar jest mniejsza niż w temperaturach pieca. Im większe opóźnienie pomiarowe, tym mniejsza amplituda fluktuacji termopary i większa różnica od rzeczywistej temperatury pieca. Podczas stosowania termopar o dużej stałej czasowej do pomiaru lub kontroli temperatury przyrząd może wykazywać minimalne fluktuacje temperatury, ale rzeczywistą temperaturę pieca może się znacznie różnić. Aby zapewnić dokładny pomiar temperatury, należy wybrać termopary o niewielkiej stałej czasowej. Stała czasowa jest odwrotnie proporcjonalna do współczynnika transferu ciepła i wprost proporcjonalna do średnicy gorącej końcówki termopary, gęstości materiału i jego ciepła właściwego. Aby zmniejszyć stałą czasową, oprócz zwiększenia współczynnika przenoszenia ciepła, najbardziej skuteczną metodą jest zminimalizowanie wielkości gorącego końca. W praktyce zwykle stosowane są materiały o dobrej przewodności cieplnej, cienkich ścian rur i małych średnicach wewnętrznych. W przypadku bardziej precyzyjnych pomiarów temperatury stosuje się termopar na gołe drucie bez rękawów ochronnych, ale można je łatwo uszkodzić i wymagać terminowej kalibracji lub wymiany.

4. Błąd oporności termicznej w wysokiej temperaturze, jeśli jest do niej przymocowana warstwa sadzy na rurce ochronnej i kurzu, oporność termiczna wzrośnie, a przewodnictwo cieplne zostanie utrudnione. W tym czasie wskazanie temperatury jest niższe niż prawdziwa wartość zmierzonej temperatury. Dlatego należy zachować zewnętrzną czystość rurki ochronnej termopary, aby zmniejszyć błąd.

Główne zalety termopar

1. Dokładność wysokiej pomiaru. Ponieważ jest on bezpośrednio kontaktowy z zmierzonym obiektem, nie ma na nim wpływu pośrednie medium.

2. Szeroki zakres pomiaru. Wspólne termopary można mierzyć w sposób ciągły od-50 stopni-1600 stopni, a niektóre specjalne termopary można mierzyć jako niskie AS-269 stopni (takie jak chrom niklu złota żelaza) i nawet 2800 stopni (takie jak Tungsten, Rhenium).

3. Prosta struktura i łatwa w użyciu. Termopary składają się zwykle z dwóch różnych drutów metalowych i nie są ograniczone rozmiarem i początkiem. Mają ochronną rękaw na zewnątrz, co czyni je bardzo wygodnymi w użyciu.

Jakie są przyszłe trendy i pola zastosowania termopary?

I. Przyszły rozwój materiałów innowacje i poprawa wydajności Nowe materiały termoelektryczne: Opracuj materiały o wyższej czułości i szerszym zakresie temperatur (takie jak termopary tlenkowe, nanokompozyty) w celu zastąpienia tradycyjnych stopów metali (takie jak K - typu J -) elastyczne termokupie: zapotrzebowanie na zapotrzebowanie na zaburzenia noszenia i zakurzony temperaturę Sceniczne opracowywanie elastycznego typu elastycznego typu elastycznego. cienkie - Film Thermocouples (takie jak drukowana elektronika). Materiały nadprzewodzące w wysokiej temperaturze: badanie stabilnych schematów pomiaru temperatury w ekstremalnych środowiskach (takich jak reaktory lotnicze i jądrowe). Inteligentne i zintegrowane przetwarzanie sygnału wbudowanego: Zintegrowany miniaturowy wzmacniacz i cyfrowy obwód kompensacyjny, bezpośrednie wyjście sygnału cyfrowego, zmniejsz zakłócenia zewnętrzne. IoT Fusion: Zdalne monitorowanie za pośrednictwem transmisji bezprzewodowej (takie jak Lora, NB - IOT) w celu obsługi aplikacji branżowych 4.0 i Smart City. System zasilany self -: Korzystanie z efektu SeeBeck termopar do zasilania urządzeń zasilania Low - (takie jak węzły czujnika bezprzewodowego). Optymalizacja dokładności i niezawodności technologii kalibracji AI: poprzez uczenie maszynowe do dynamicznego kompensowania nieliniowego błędu i starzenia się dryfu, przedłużyć żywotność usług. Multi - Fusion: w połączeniu z podczerwień, RTD itp., Aby poprawić niezawodność pomiaru w złożonym środowisku. Proces MEMS o niskich kosztach i standaryzacji: Duża - Produkcja systemów mikroelektromechanicznych zmniejsza koszt mikro termopar i rozszerza aplikacje konsumenckie. Międzynarodowe standardowe zjednoczenie: dostosuj się do globalnego łańcucha dostaw, uproszcz proces selekcji i konserwacji.

2, Pojawiające się pola zastosowania nowe energia i neutralność węglowa fotowoltaiczna i magazynowa energii: Monitoruj temperaturę panelu słonecznego (aby zapobiec efektowi gorącego miejsca) i zarządzanie termicznym systemów magazynowania energii. Energia wodoru: produkcja wodoru pod wysokim ciśnieniem i monitorowanie temperatury stosów ogniw paliwowych. Fuzja jądrowa: ekstremalne pomiary w wysokiej temperaturze dla przyszłych reaktorów (takich jak termopar termopar wolframu i renium). High - Produkcja końcowa i automatyzacja produkcji półprzewodnikowej: precyzyjna kontrola temperatury urządzeń do przetwarzania i trawienia (wymagana odpowiedź milisekundowa). Produkcja addytywna: Real - Informacje zwrotne czasowe temperatury topni w procesie drukowania 3D w celu optymalizacji jakości formowania. Robot: Wspólna ochrona przegrzania stawu robota. Biomedyczna i zdrowie minimalnie inwazyjna operacja: Ultrafine Thermocoples są zintegrowane z cewnikiem lub endoskopem w celu monitorowania temperatury tkanki w czasie rzeczywistym. Urządzenia do noszenia: ciągłe monitorowanie zmian temperatury ciała (takie jak zarządzanie zdrowiem po epidemii). Terapia niskiej temperatury: precyzyjna kontrola temperatury podczas krioterapii ciekłego azotu. Samoloty naddźwiękowe i obronne: aerodynamiczne monitorowanie ogrzewania powierzchni (wymagane materiały odporne na ponad 2000 ° C). Satelitarna kontrola termiczna: poprawa niezawodności w ekstremalnym środowisku temperatury przestrzeni. Zarządzanie zdrowiem silnika: Monitorowanie rozkładu temperatury turbiny. Inteligentne urządzenia domowe i elektronika konsumpcyjna inteligentne urządzenia domowe: precyzyjna kontrola temperatury piekarników, maszyn do kawy i innych urządzeń domowych. Urządzenia AR/VR: Zapobiegaj wpływowi procesora wpływającym na wrażenia użytkownika. Środowisko i rolnictwo inteligentne rolnictwo: monitorowanie temperatury cieplarnianej i gleby. Eksploracja geotermalna: pomiar temperatury głębokiej studni, aby pomóc w rozwoju energii.

streszczać

Przyszłość termoparów skupia się na trzech kluczowych obszarach: Materiały wydajnościowe -, integrację domeny -. Będą nadal penetrować wysokie - sektor końcowy, takich jak nowa energia, opieka zdrowotna i lotnicza, i wejdą na rynek konsumentów w miarę spadku kosztów. Ich podstawowe zalety - prosta struktura, brak zapotrzebowania na zasilanie i odporność na ciepło - zapewniają ich niezastąpienie, ale muszą również rozwinąć się w tandemie z pojawiającymi się technologiami czujników.