Горячий и холодный спай термопары: принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.

принцип действия, схемы, таблица типов термопар и т.д.

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.

Стандартная термопара

Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термопары

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Спай термопары

В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.

Цепь термопары

Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.

Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.

Воздействие нагрева одного спая термопары

Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Цепь термопары с компенсирующим резистором

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Рабочий спай и холодный спай

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Типы термопар и диапазон их температур

Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными.
Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.

Цвет изоляции проводов термопар

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Потенциометр

Спай горячий — Энциклопедия по машиностроению XXL

Так как термо-ЭДС термопары зависит от температуры обоих спаев (горячего и холодного), то термопару часто применяют для измерения разности температур в двух точках — так называемая дифференциальная термопара. В этом случае в схеме отсутствует холодный спай и термо-ЭДС термопары соответствует разности температур. Схема дифференциальной термопары представлена на рис. 3.8,  [c.94]











Проволоки (из двух разных металлов) 1 и 2 термопары, спаянные в точке 3 (так называемый горячий спай), соединены проводами 4 и 5 с гальванометром. Место соединения проволок 1 и 2 с проводами 4 и 5 называется холодным спаем. Горячий спай  [c.110]

Ребра имеют только один спай — с наружной оболочкой, в то время как у гофров — два спая, с наружной и внутренней стенками. Учитывая, что последний спай горячий , то, естественно, его прочность меньше холодного . Следовательно, при использовании гофров прочность связи  [c.107]

Температуру металлов измеряют обычно при помощи термопары. Принцип измерения температуры следующий. Термопара состоит из двух проволок разных металлов, сваренных в одном конце (так( называемый горячий спай ), два других конца подключены к гальванометру или другому прибору (например, потенциометру), измеряющему ток очень малой разности потенциалов .  [c.114]

Если будет нагреваться горячий спай, то в термопаре, присоединенной к гальванометру, возникает ток, тем больший, чем выше температура горячего спая. Предварительно проградуировав систему термопара — гальванометр, г. е. зная, какое напряжение в милливольтах какой температуре соответствует, можно этим прибором определять температуру в печи, в расплавленном металле и т. д.  [c.115]

Тем пература кристаллизации определяется следующим образом, В печь 1 (рис. 89) помещают тигелек 2, в котором расплавляют исследуемый сплав 3. Затем в расплав погружают горячий спай 4 термопары 5 (защищенной фарфоровым или  [c.115]

Термопары очень широко применяются для измерения температуры в самых различных условиях. В этой главе будут рассмотрены лишь наиболее важные аспекты термометрии, использующей термопары. Термопара остается основным прибором для измерения температуры в промышленности, в частности в металлургии и нефтехимическом производстве. Прогресс в электронике способствовал в последнее время росту числа применений термометров сопротивления, так что термопару уже нельзя считать единственным и важнейшим прибором промышленного применения. Преимущества термометра сопротивления по сравнению с термопарой вытекают из принципа действия этих устройств. Термометр показывает температуру пространства, где расположен его чувствительный элемент, и результат измерения мало зависит от подводящих проводов и распределения температуры вдоль них. Термопара позволяет найти разность температур между горячим и холодным спаями, если измерена разность напряжений между двумя опорными спаями. Эта разность напряжений возникает в температурном поле между горячим и холодным спаями. Разность напряжений идеальной термопары зависит только от разности температур двух спаев, однако для реальной термопары приходится учитывать неоднородность свойств электродов, находящихся в температурном поле она и является основным фактором, ограничивающим точность измерения температуры термопарами.  [c.265]

Рис. 6.1. Распределение потенциала вдоль проволоки термопары, изготовленной из электродов А и В п имеющей горячий спай в области постоянной температуры Т . Электроды присоединены к одинаковым проводам С в области холодного спая при постоянной температуре То. Проводники С присоединены к детектору в области постоянной температуры Г]. Полагая, что величина Ес(То—>Т ]) одинакова для обоих проводников С, получаем измеренную э. д. с. [ а—Яв](7 о—>Т г)- Электроды Л и В проходят через одно и то же температурное поле.

Еав(Т(г Т2) зависит только от Го и Г2, если термоэлектрод однороден в области температурного градиента. В той области термоэлектрода, где имеется неоднородность, возникает небольшая добавочная термо-э.д.с. Поскольку термо-э.д.с. зависит от температуры почти линейно, неоднородность проявляется в большей мере в районе максимума температурного градиента. Это означает, что термо-э.д.с. неоднородной термопары становится функцией ее размещения, а не только разности температур горячего и холодного спаев.  [c.270]

Рис. 8-11. Зависимость к. п. д. идеального преобразователя от температуры горячего и холодного спаев.

I — электроизолятор 2 — сферический приемник излучения 3 — проводящий конус 4 — плоскость горячего спая термопары 5 — плоскость холодного спая термопары б — опорное устройство 7 — сечение А-А через опоры термопары 8 — опора типа п 9 — опора типа р.  [c.197]

Для измерения температуры образцов на концах их рабочей части должно быть установлено не менее двух термопар. Термопары устанавливают так, чтобы горячие спаи плотно соприкасались с поверхностью образца. Горячий спай термопары должен быть защищен от воздействия раскаленных стенок печи.  [c.106]

Устройство термоэлемента Схема термоэлектрического генератора ясна из рис. 19.6, а. На горячем спае двух полупроводниковых материалов  [c.602]

Принцип измерения теплового потока этим методом заключается в том, что разность температуры в центре и на краю фольги А7 прямо пропорциональна тепловому потоку, воспринятому константановой фольгой. Для измерения ДТ к центру константановой фольги припаивают тонкий медный провод 3. Таким образом получается дифференциальная термопара, составленная из медного провода 3, константановой фольги 1 и медного блока 2, горячий и холодный спаи которой образованы соответственно в центре и на периферии фольги. Сигнал этой термопары (термо-ЭДС) е пропорционален АГ и, следовательно, значению измеряемого теплового потока с плотностью q. Для случая постоянной плотности теплового потока по поверхности фольги эта связь установлена аналитическим путем  [c.279]

Схема термобатареи показана на рис. 14.10,6. Для более полного поглощения излучения рабочие ( горячие ) спаи термопар 1 зачернены либо электролитическим способом, либо путем напыления сажи или окислов металлов. Холодные спаи термопар -образуются приваркой их свободных концов к тонким металлическим пластинкам 3, установленным на слюдяном кольце 4 и расположенным вне зоны облучения.  [c.291]

Теплота, подводимая к горячим спаям, Qi = Nlr i = = 10/0,0991 = 101 Вт, а отводимая от холодных—Qi -= Qj — Л/ == 101 — 10 — 91 Вт.  [c.171]

Схема термоэлектрического генератора показана на рис. 8.54. На горячем (с температурой Ti) спае двух полупроводниковых материалов (вверху расположен полупроводник р-типа, внизу — полупроводник п-типа) электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости и перемещаются к холодному спаю с температурой Та, а затем переходят в примесную зону полупроводника /э-типа. В результате в цепи протекает электрический ток по направлению часовой стрелки. На стыке полупроводников п- и р-типов развивается термо-ЭДС  [c.576]

Термо-ЭДС термопары определяется алгебраической суммой контактных разностей потенциалов горячего и холодного спаев при обходе замкнутой цепи в одном направлении  [c. 113]

Чтобы по измеренному значению изм(определить температуру горячего спая t, необходимо знать температуру холодного спая и располагать градуировочной зависимостью термопары E=E t, fo=0° ). Если температура холодного спая в опытах была равна О °С, то t непосредственно определяют по градуировке, представленной в виде таблицы, графика или аппроксимирующей формулы. Если же о О°С, то поступают  [c.113]

Температура поверхности пластины измеряется в пяти точках по длине пластины, расположенных на расстояниях от передней кромки от 7 до 130 мм. Координаты х закладки горячих спаев термопар приведены в табл. 4.2.  [c.158]

Так как термо-э. д. с. термопары зависит от температуры обоих спаев (горячего и холодного), то термопара часто применяется для измерения разности температур в двух точках—так называемая дифференцлальная термопара. В этом случае в схеме отсутствует холодный спай, находящийся при температуре 0° С, и термо-э. д. с. термопары непосредственно соответствует разности температур. Схема дифференциальной термопары представлена на рис. 3-9, где термопарой измеряется изменение температуры i/i газа вследствие нагре- вания.  [c.97]

Дефекты литья классифицированы ГОСТом их 22 вида заливы, коробление, корольки, наросты, недолив, отбел, пригар, газовые и шлаковые раковины, рыхлоты или пористость, спаи, горячие и холодные трещины, ужимины, несоответствие металла стандартам и техническим условиям по химическому составу, микроструктуре и. физико-механическим свойствам, несоответствие массы отливок стандартам, механические повреждения и др. 262  [c.262]

Термопара — это два проводника из разнородных металлов, концы которых спаяны между собой. В основе определения температур с помощью термопар лежит явление термоэлектричества если один из спаев (горячий) нагревать, а другой (холодный) держать при постоянной температуре, то в цепи термопары возникает, TJЭJД. ., связанная определенной зависимостью с температу рой я измеряемая милливольтметром или потенциометром.  [c.92]

В интервале в МПТШ-68 определяется термопарой из платины и сплава 10 % родия с платиной, градуированной при 630,74 °С, а также в точках затвердевания серебра и золота с использованием квадратичной интерполяционной формулы. Разработаны требования к величинам термо-э. д. с. термопары в реперных точках, которым этот прибор должен удовлетворять при воспроизведении шкалы. В гл. 6 будет показано, однако, что эти требования часто неоправданно строги. Было найдено, что если один из электродов термопары изготовлен из чистой платины, а другой содержит родий в пределах от 10 до 13%, то шкала воспроизводится удовлетворительно. Главная проблема при использовании термопар состоит в их недостаточной воспроизводимости. Причины этого рассматриваются в гл. 6 и хотя они понятны, их воспроизводимость очень трудно улучшить. Проблема в том, что измеряемая термо-э. д. с. возникшая вследствие разности температур спаев термопары, зависит не только от этой разности температур, но и от однородности проволоки электродов термопары. Если электроды не вполне однородны, то измеренная термо-э. д. с. начинает зависеть от конкретного распределения температуры вдоль проволок от горячего до холодного спаев. Найдено, что по этой причине для термопар из Р1 —10% НМ/Р в интервале 630—1064 °С достижимая точность не превышает 0,2 °С. Современные требования к точности измере-  [c.55]

Классический опорный спай термопары имеет температуру о °С, получаемую в тающем льде. Этот способ обычен в лабораторных условиях, хотя и требует ряда предосторожностей для получения высокой точности. Влияние растворенных минеральных примесей в водопроводной воде редко изменяет точку льда более чем на —0,03°С, однако лучше применять дистиллированную воду. Для приготовления ледяной ванны толченый лед из холодильника помешается в широкогорлый сосуд Дьюара и заливается дистиллированной водой, пока лед не будет покрыт полностью. Холодные спаи термопар помещаются в стеклянные пробирки, погружаемые в ванну на глубину около 15 см, и в пределах нескольких милликельвинов их температура оета-ется равной 0°С в течение десятков часов. Иногда рекомендуется для улучшения теплового контакта заполнять пробирки минеральным маслом до уровня воды в ледяной ванне. Делать это не обязательно, и, кроме того, возникает возможность проникновения масла внутрь изоляции к горячим частям термопары за счет капиллярных эффектов. Число холодных спаев, диаметр проволок и их теплопроводность могут существенно повлиять на характеристики ледяной ванны. Вполне достаточно погрузить одну пару медных проводов диаметром 0,45 мм на глубину 15 см, но 20 таких же проводов в одной и той же стеклянной трубке дадут погрешность около 0,02 °С. Рис. 6.19 II табл. 6.5 иллюстрируют некоторые характеристики ледяной ванны.  [c.304]

Склонность к образованию горячих трещин при образовании окисла СпаО и наличии серы, висмута и других вредных примесей резко охрупчивающих металл.  [c.136]

I — концеитратор солнечного излучения 2 — регулятор потока излучения 3 — ирисовая диафрагма 4 — приемник излучения (горячий спай) 5 — радиатор  [c. 194]

Радиационный пирометр. Пирометр, определяющий радиационную температуру, называется радиационным пирометром. Схема радиационного пирометра показана на рис. 14.5. Оптическая система пирометра позволяет сфокусировать резкое изображение удаленного источника И на приемнике П так, чтобы изображение обязательно перекрыло всю пластинку приемника. При этом условии энергия излучения источника, падающая в единицу времени на приемник, не будет зависеть от расстояния между истоничком и приемником. Тогда температура нагрева пластинки приемника и термоэлектро-движущая сила в цепи батареи термопар, горячие спаи которых заложены в пластинке приемника, зависят только от интегральной излучательной способности Е Т) тела, температуру которого определяем. Шкала милливольтметра, включенного в цепь термопар, градуируется по излучению абсолютно черного тела в градусах. Следовательно, вышеописанный пирометр позволит определить радиационную температуру произвольного нечерного тела.  [c. 334]

Теплопроводность батарейных датчиков определяется теплопроводностью обоих термоэлектродов >1,1 и и заполнителя Ха, а также соотношением сечений этих электродов. Рассмотрим возможность изменения Хд при изготовлении и эксплуатации наиболее применимых батарейных датчиков, коммутация которых осуществляется гальваническим покрытием отдельных отрезков термоэлектродной проволоки материалом с контрастными потермо-э. д. с. свойствам (спиральные, слоистые, решетчатые датчики) [8, 44]. На рис. 3,8,6 приведена схема такого датчика. Тепловой поток с плотностью д последовательно проходит три слоя. В первом слое толщиной х не вырабатывается сигнал — он служит для механической и электрической защиты термоэлектродов и выполняется из материала, заполняющего пространство между термоэлектродами во втором слое толщиной к — 2х. Основным элементом второго слоя является термоэлектрод 1 сечением f . Каждая вторая ветвь термоэлектрода покрыта слоем другого термоэлектродного материала 2 сечением имеет термоэлектрические свойства, близкие к материалу покрытия [7]. Места переходов от одиночного к биметаллическому электроду находятся на гранях среднего слоя и играют роль горячих либо холодных спаев дифференциальной термобатареи, сигнал которой и определяет плотность теплового потока д. Пространство между электродами занимает заполнитель 3 сечением /з. Если датчик диффузионно проницаем, то в /з входит и сечение капилляров. Наконец, теплота проходит снова через слой заполнителя толщиной х.  [c.71]

В соответствующих точках закладываются горячие спаи четырех термопар на наружной поверхности образца. Электроды этих термопар предварительно укладываются в двухканальную фарфоровую соломку, а затем заделываются непосредственно в образце по образующим. ЭДС термопар измеряется с помощью цифрового вольтметра постоянного тока типа Щ1516 через механический переключатель термопар. Определение температуры по термо-ЭДС термопар осуществляется по табл. 3.1.  [c.132]

В каждом калориметре в среднем сечении установлены две термопары. Одна из них помещается на оси, другая — в точке с коордиНатой / =0,707 R. Все термопары выполнены по дифференциальной схеме. Горячие спаи термопар находятся в термостате. Измерительная цепь каждой тер- мопары содержит усилитель и узкопрофильный миллиамперметр. Коэффициент усиления может дискретно изменяться с помощью переключателя, что позволяет установить шкалу приборов на начальную разность между температурами термостата и калориметров, равную 25, 15 или 10 °С. В крайней левой позиции переключателя проводится установка нулевых значений усилителей.  [c.143]

Температура поверхности по длине опытной трубы является практически постоянной. Она изменяется по окружности трубы, так как в этом направлении переменны толщина пограничного слоя и местный коэффициент теплоотдачи. Температура поверхности трубы измеряется 12 хромель-алюмелевыми термопарами, равномерно размещенными по ее длине и периметру. Горячие спаи термопар впаяны в сверления диаметром 0,5 мм, сделанные в стенке трубы в различных точках по периметру. Электроды термопар выведены наружу через полые камеры токоподводящих фланцев и трубчатые стойки к механическому переключателю. Общий для всех термопар холодный спай термостатируется при температуре окружающего воздуха. Термоэлектродвижущая сила термопар измеряется цифровым вольтметром 10 147  [c.147]

Для измерения температуры поверхности опытной трубы установлены четыре хромель-копелевые термопары. Горячие спаи термопар приварены с внутренней стороны в среднем сечении трубы в разных точках по периметру, так как восходящий поток жидкости в сосуде имеет поперечное направление. Холодный спай, общий для всех термопар, помещается в рабочем объеме сосуда с термостатированной жидкостью. Следовательно, термопары измеряют избыточную температуру стенки опытной трубы относительно окружающей среды. Термо-ЭДС термопар измеряется цифровым вольтметром типа Щ1413. Нахождение по термо-ЭДС температуры осуществляется по градуировочной табл. 3.1.  [c.152]

Экспериментальная установка. Изучение местных характеристик теплоотдачи осуществляется на двух одинаковых пластинах из нержавеющей стали, находящихся в свободном потоке воздуха (рис. 4.9). Пластины изолированы друг от друга каркасами из стеклотекстолита и нагреваются непосредственным пропусканием через них электрического тока. Пластины имеют высоту 1540 мм, ширину 205 мм и толщину 1 мм. В нижней части пластин установлена медная токопроводящая перемычка. В верхней части каждой из них предусмотрены электрические шины, по которым подводится ток от понижающего трансформатора напряжением 220/12 В. Регулирование электрической мощности осуществляется регулятором напряжения РНО-250. Одинаковые токи, проходящие через пластины, исключают перетоки теплоты через каркас и обусловдивают теплоотдачу только с внешних поверхностей каждой из пластин. Опыты проводятся раздельно с каждой из пластин. Температуру поверхности измеряют 12 хромель-алюмелевыми термопарами, горячие спаи которых приварены к внутренним поверхностям пластин. Координаты закладки горячих спаев термопар в направлении движения воздуха приведены в табл. 4.1.  [c.154]

Для измерения температуры стенки опытной трубки в десяти точках ее боковой поверхности приварены горячие спаи (корольки) хромель-алюмелевых термопар. Эти термопары имеют один общий холодный спай, помещенный во входную камеру. Таким образом, измерение температуры стенки трубки и температуры воздуха на выходе из опытного участка в данной работе проводится относительно температуры воздуха на входе, т. е. относительно комнатной температуры /к, измеряемой ртутным термометром.  [c.168]

Спаи термопар, горячий и холодный

    Это особое положение термопары № 2 станет более ясным из рассмотрения телесных углов, под которыми находятся охлаждаемая и нагреваемая поверхности бомбы по отношению к снаям каждой термопары (рис. 2). Ясно, что чем глубже в бомбе находится спай термопары, тем больше телесный угол излучения горячей поверхности на спай термопары и тем, соответственно, меньше телесный уго. ч излучения спая термопары в холодную стенку бомбы. Так как количество получаемой и теряемой спаем лучистой энергии пропорционально соответственным телесным углам, то чем глубже помещена термопара в бомбе, тем выше ее температура. [c.272]

    I — камера сжигания 2 — решетка 3 — водяная рубашка 4 — слой топлива 5 — дутьевая коробка 6 — штуцеры 7 — мешалка 8 — электропечь 9 — щель газоотсосной трубки 70 — патрон II — горячий спай термопары 12 — холодный спай 13 — оптический пирометр 14 — аккумулятор 15 — гальванометры 16 — газозаборная батарея 17 — манометры 18 — диафрагма [c.241]

    II — кожаный уплотнитель диска прерывателя основного потока газа 1г — диск прерывателя основного потока газа 13 — уплотняющее кольцо 14 — пружина прерывателя основного потока газа J5 — пружина устройства для регулировки и запуска 16 —ось устройства для регулировки и запуска 17 кнопка И — якорь электромагнита 19 — горячий спай 20 — спай термопары 21 — холодный спай 22 — регулятор подачи воздуха 23 — винт для закрепления термопары в требуемом положении 24 — отверстия разъемных плашек 25 — отверстие для первичного воздуха 26 — инжектор запальной горелки.  [c.67]

    Горячий спай термопары помещают в ячейку А, дифференциальной термопары — в ячейку В холодные спаи термопар помещают в сосуд с тающим льдом или снегом. Затем термопары включают. [c.219]

    Эта термопара применима в пределах от —200 до 350° поскольку одним из элементов спая является медь, можно применить относительно короткий кусок проволоки константана для получения горячего спая и близлежащего холодного спая. Для присоединения термопары к измерительному инструменту, расположенному там, где это удобно для [c.234]

    Термином холодный и горячий спаи термопары мы будем обозначать спаи, на которых соответственно происходит поглощение и выделение тепла Пельтье. Таким образом, эти термины указывают не на соотношение между температурами спаев, а на направление электрического тока в термопаре (термобатарее), [c.12]

    Таким образом, тепловой баланс на спаях термопары, включенной в цепь источника постоянного тока, в стационарных условиях определяется тремя составляющими а) теплом Пельтье, поглощаемым на холодном спае и выделяемым на горячем б) джоулевым теплом, выделяющимся в ветвях термопары, которое приблизительно равными потоками вытекает через оба спая  [c. 13]

    У—электрическая нагревательная печь 2—горячие спаи дифференциальной термопары горячий спай простой термопары горячий спай термопары терморегулятора 5 тигель с исследуемым веществом ( —тигель с эталонным веществом (М 0, кварц) 7—холодные спаи термопар 5—сосуд Дьюара с тающим льдом Р—милливольтметр шунт зеркального гальванометра //—добавочное сопротивление зеркального гальванометра /2—зеркальный гальванометр /зеркального гальванометра со шкалой /4—программный терморегулятор с часовым механизмом 15—реле нагрева печи. [c.215]

    Поместив тигли с образцом и эталоном в печь, в них вводят горячие спаи термопар через отверстия в крышке простой 3— в образец 5, дифференциальной 2—в образец 5 и эталон 6. Спаи погружают на одинаковую глубину, в чем удостоверяются по положению контрольных рисок на термопарах относительно крышки. Холодные спаи 7 погружены в сосуд Дьюара 8 с тающим льдом. [c.217]

    При точных измерениях температуры неспаянные концы термопары поддерживают при постоянной температуре, например при температуре тающего льда или паров кипящей воды (холодные концы термопары). Спаянный конец термопары, помещенный в нагреваемое пространство, называется горячим спаем термопары. [c.18]

    Измерение разности температур О осуществляется медь-константановой термопарой, изготовленной из термоэлектродов диаметром 0,1 мм. Термопара подключается через магазин сопротивлений 1 типа МСР-63 к зеркальному гальванометру 2 типа М17/5. Горячий спай термопары заводится в калориметр через фарфоровую трубочку и размещается посредине между его торцами, холодный спай помещается в воздушный термостат. [c.22]

    Величина т. э. д. с., развиваемая термопарой, зависит от материала термоэлектродов и температуры рабочего и свободных концов термопары горячего и холодного спая термопары). [c.75]

    В термостате помещается только одна термопара, горячий спай которой приобретает температуру термостата. Эта температура и является температурой холодных спаев для всех рабочих термопар. [c.69]

    Вернее, разности температур нагретого горячего спая 2 и холодного конца термопары.  [c.96]

    Пусть разность э.д.с. холодного и горячего спаев термопары и температура горячего спая связаны следующей зависимостью  [c.125]

    Для замера более высоких температур (300—1800 °С) применяют термопары, состоящие из двух спаянных проволочек, выполненных из различных металлов или сплавов. При повышении температуры в месте спая проволочек ( горячий спай) возникает электрический ток, измеряемый гальванометром, к клеммам которого присоединены свободные концы термопары ( холодный спай). Термопару помещают в защитную гильзу, обычно стальную, фарфоровую или кварцевую. [c.392]

    В основе фазочувствительного вольтметра может лежать также использование термоэлектрических приборов. Простейшая схема ТЭП показана на рис. 51,а. Измеряемый ток протекает через сопротивление в цепи аЬ и нагревает точку спая термопары Тп. Возникающая термо-э.д.с. измеряется микровольтметром V, который может быть проградуирован в единицах измеряемого тока. Термо-э.д.с. ( пропорциональна разности температур горячего и холодного спая, которая в свою очередь пропорциональна количеству джоулева тепла, выделенного нагревательным элементом аЬ, т.е. пропорциональна квадрату эффективного значения измеряемого синусоидального тока или выделяемой на нагревателе мощности. [c.103]

    Принцип действия термоэлектрических термометров основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутой цепи из двух или нескольких разнородных металлов или полупроводников возникает термоэлектродвижущая сила (т. э. д. с.), если места соединения (спая) проводников имеют разную температуру. Термопара состоит из двух различных металлических проводов, сваренных или спаянных одними концами ( горячий спай), а другими концами соединенных с гальванометром. Места скрепления обоих проводов с проводниками цепи называют холодными спаями. Если горячий спай помещен в среду с более высокой температурой, чем холодный, который для большей точности измерения помещают в сосуд с постоянной температурой (лучше всего 0°С), то на концах проводников возникает разность потенциалов (рис. 97). Разность потенциалов неодинакова для разных пар металлов и будет тем выше, чем больше разность температур горячего и холодного спаев. [c.183]

    Дифференциальную термопару изготовить из константановой проволоки диаметром 0,1 мм, покрыв ее электролитически на длину 100 мм слоем меди толщиной 0,04 0,01 мм. Термопару градуировать с помощью гальванометра 8, определяя число делений шкалы гальванометра п на градус разности температур между горячим и холодным спаями термопары. [c.113]

    В Пробирку горячий спай термопары. Термопара не должна касаться дна и стенок пробирки. Холодный спай поместить в сосуд Дьюара, наполненный измельченным льдом. Через несколько минут после расплавления соли пробирку с расплавом как можно быстрее перенести в предварительно нагретую песчаную баню или поместить в другую большего диаметра пробирку (воздушная рубашка). Это позволит исключить быстрое охлаждение расплава. Закрыть пробирку сверху асбестом и сразу же приступить к регистрации показаний милливольтметра. После кристаллизации расплава (температурная остановка) сделать еще 5—6 отсчетов и опыт прекратить. Для извлечения термопары из пробирки закристаллизовавшуюся массу необходимо расплавить. Аналогичные опыты провести с остальными смесями и МаМОз. Показания милливольтметра для чистых веществ и их смесей записать в таблицу по форме  [c.89]

    Выло найдено, что прп низких концентрациях кислорода слабое диффузное холодное пламя наполняет вершину реакционного сосуда. По мере увеличения концентрации кислорода пламя становится более ярким и затем разделяется на два отдельных пламени. Второе, устанавливающееся ближе к выходному отверстию реакционного сосуда, и ость так называемое голубое пламя, образующееся в продуктах холодного. Его интенсивность с увеличением концентрации кислорода растет быстрее, чем холодного иламени, и оно обладает резко очерченным контуром. При некотором значении концентрации кислорода возникает горячее самовоспламенение. Введение спая термопары в холодное иламя показало, что его температура па 100 выше температуры иечи. Образование голубого пламени сопровождается значительно большим приростом температуры. [c.258]

    Термоэлектрический пирометр (фиг. 47) состой из пары разнородных проволок (термоэлектродов), спаянных между собой в одном конце. Место спая термопары называется горячим спаем, который погружается в среду, где необходимо производить замер температуры. Два другие ксвободными концами или холодными спаями один из кондов имеет положительный потенциал ( + ), другой — отрицательный (—). [c.195]

    В лабораториях очень распространено измерение температуры при помощи термопар (рис. 48). Термопара представляет собой две проволокп из разных металлов или сплавов, два конца которых сварены в так называемый горячий спай /, который помещается в место измерения температуры в печи 2. Два других конца проволок 3 сварены с двумя проволоками из одного материала (медная, железная). Эти два так называемых холодных спая термопары помещаются в сосуд 4 со смесью льда и воды (0°С). Отходящие от холодных спаев проволоки присоединяются к прибору для измерения ЭДС 5 (низкоомный потенциометр постоянного тока, милливольтметр). [c.57]

    Пластинку с конусами помещают на керамической подставке в жаровую трубу печи таким образом, чтобы ось, проходящая чер рз середину визирной трубки, находилась на середине высоты конусов. Сверху через отверстие в крышке аводят платино-платинородиевую термопару, заключенную в газонепроницаемую фарфоровую трубку, запаянную с нижнего конца. Горячий спай термопары устанавливается на расстоянии 10 мм от пластинки над центром ее. Вблизи холодного спая термопары укрепляют ртутный термометр на 100° С. При определении температуры плавления, превышающей 1 500° С, применяют оптический пирометр. [c.256]

    Температура слоя измерялась лабораторным потенциометром с ХК термопарой, горячий спай которой размещался ка уровне датчика 10 на расстоянии 10 мм от его торца, а холодный спай термопары помещался в дьюаров сосуд 13 с тающим льдом.  [c.113]

    Перед началом работы надевают на горячий спай простой термопары стеклянную пробирку и помещают его в сосуд Дьюара с тающим льдом, где находятся холодные спаи термопар. Стрелка милливольтметра при этом доллсна остановиться на нуле. Если [c.216]

    Отсчет разности температур во время опыта проводился по показаниям гальванометра типа М 17/2, к которому подключалась дифференциальная термопара 4, ее горячий спай находится в центре диска и прижимается к нему винтом 5. Термоэлектроды термопары выводятся из бикалориметра через сальниковое уплотнение 5. Холодный спай термопары помещается в термоста-тирующую жидкость, заполняющую термостат. [c.24]

    При последовательном подключении термопар горячие и холодные спаи помещены в зоны соответственно равных температур) результирующая т. э. д. с. их возрастает пропорционально числу включенных термопар. Это дает возможность увеличивать точность измерения небольших температур. Такое соединение термопар называют термобатареей (рис. П1-3, г). Батарею с очень большим числом спаев называют гипертермопарой. [c.82]

    Чувствительность извещателя к скорости нарастания температуры определяется толщиной заливки холодных спаев термопар эпоксидным компаундом, а порог срабатывания -их количеством. При быстром повышении температуры окружающей среды «горячие» спаи терлхобатареи нагреваются быстрее «холодных», создается разность температур и на выходе термобатареи появляется ЭДС, вызывающая срабатывание реле М237/052. Если температура окружающей среды изменяется медленно, то оба спая прогреваются с одинаковой скоростью и возникающая на выходе батареи ЭДС недостаточна для срабатывания реле. [c.26]

    Регулирование температуры воздуха производится автоматически контактным гальванометром 4. Горячий спай термопары помещен в воздуховод у входа в сушильную камеру навстречу потоку горячего воздуха. Холодный спай помещен в сосуд ДьЮара, в котором поддерживается постоянная температура, контролируемая термометром 15Термопара соединена с контактным магнитоэлектрическим гальванометром, смонтированным на щите. В цепь термопары введен двухполюсный рубильник для проверки нуля контактного гальванометра. [c.185]

    Для измерения температур выше 250—360° обычно пользуются термоэлементами или термопарами, а также платиновым термометром сопротивления. Принцип действия термоэлемента основан на возникновении э. д. с. в цепи термопары, спаи которой имеют разные температуры. Различные термопары при одной и той же разности температур горячего и холодного спаев будут развивать различные термоэлектродвижущие силы. Например, при 700° горячего спая и 20° холодного спая платина-платиноро-диевая термопара покажет примерно 6 мв, хромель-алюмеле- [c.32]

    Спай термопары, помещаемый в измерительную среду, называется горячим спаехм. Обычно он помещается в металлической оболочке, предохраняющей тонкие проволоки спая от повреждения. Свободные концы про1водов термопары, присоединяе.мые к гальванометру, называются холодным спаем. Гальванометр устанавливается на щите управления, и термопара подсоединяется к нему специальными проводами.  [c.115]

Горячий спай — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Горячий спай

Cтраница 1

Горячий спай для термопар из неблагородных металлов делается пайкой или сваркой скрученных концов проволоки. Термопары хорошо опаиваются серебром; спайка особенно незаменима при изготовлении тонких термопар. Для этой цели зачищенные термоэлектроды т месте будущего спая обматываются тонкой серебряной проволокой ( 0 1 — 0 2 мм), слабо нагретое место спайки посыпается порошком буры. Затем расплавляют серебряную скрутку в пламени паяльной горелки, и как только серебро расплавилось, спай погружают в воду.
 [1]

Горячий спай двух проволок ничем не защищен и может быть разрушен химически активными газами; кроме того, такую термопару нельзя герметически укрепить в аппаратуре.
 [3]

Горячие спаи всех термопар выведены к двухполюсному переключателю. Холодный спай, общий для всех термопар, помещен в сосуд с тающим льдом. Измерение электродвижущей силы термопар производится с помощью лабораторного потенциометра ПП-1. При заданном расходе воды подачу пара необходимо отрегулировать так, чтобы температура конденсата была близка к температуре насыщения.
 [4]

Горячий спай помещается в среде, температура &1 которой регулируется. Холодный спай должен располагаться в среде, температура которой приблизительно постоянна, или же должны применяться дополнительные компенсационные устройства.
 [5]

Горячие спаи, расположенные на центральной площадке дис-тса радиусом г0, начиная с момента времени t 0, подвергаются воздействию излучения постоянной мощности. Холодные спаи на краю диска г R поддерживаются при постоянной температуре окружающей среды TQ. Начальное и граничные условия в цилиндрических координатах гиг выглядят следующим образом.
 [6]

Горячие спаи нагревают и испаряют соленую воду, на холодных спаях пар конденсируется, и отводится опресненная вода.
 [8]

Горячие спаи, расположенные на центральной площадке дис-тса радиусом г0, начиная с момента времени t 0, подвергаются воздействию излучения постоянной мощности. Начальное и граничные условия в цилиндрических координатах гиг выглядят следующим образом.
 [9]

Горячие спаи / термопар помещены в измеряемую среду. Скоростная термопара состоит из трех электродов: хромель — алюмель — хромель.
 [10]

Горячий спай вводят в испытуемый прибор или среду.
 [12]

Горячие спаи находятся ближе к центру спирали, с удалением от центра их температура постепенно снижается, это уменьшает тепло-потерн в окружающую среду.
 [13]

Горячий спай вводят в испытуемый прибор или среду.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5

Где холодный спай на коммерческих термопарах?

«Холодный» переход (на самом деле он может быть теплее, чем измерительный переход) — это место, где провода материала термопары переходят в материал схемы (обычно медь). Для большинства термопар (кроме медь-константана типа Т) есть два соединения, которые будут физически близко друг к другу, обычно на винтовой клеммной колодке.

Если вам нужна какая-либо точность, вы должны предотвратить температурные градиенты в области этой клеммной колодки (например, предотвратить надувание воздуха по ней), минимизировать нагрев от других частей цепи, минимизировать возмущения, вызванные теплопроводностью сами провода, и используйте датчик, чтобы точно измерить температуру точки, где провода переходят в медь. Поддержание большой тепловой массы в области клеммного блока помогает. Погрешность в 3 ° C между измеренной температурой и температурой этих соединений означает, что у вас будет (как правило) дополнительная погрешность ~ 3 ° C в измеренной температуре, поэтому точность измерения компенсации холодного спая чрезвычайно важна при высокой точности и / или температурах близко к окружающей измеряются. Если вы измеряете высокую температуру (скажем, 400 ° C) и вам не важно, какая температура составляет 5 ° C, вы можете быть намного более неряшливым. По крайней мере, для одной термопары (B) холодный спай почти не требуется из-за крайней нелинейности (он фактически переворачивается ниже комнатной температуры, поэтому он не монотонен).

Традиционный метод контролировал температуру на переходах с ледяной баней, но это явно нецелесообразно для большинства современных применений.

Получив температуру, вы можете рассчитать результирующее термоэлектрическое напряжение из холодных спаев, отрегулировать измеренную ЭДС по этому коэффициенту и рассчитать температуру из отрегулированной ЭДС. Можно использовать прямолинейную линейную коррекцию (так много мкВ / ° C), если допускается небрежная точность, но в целом функции прямого и обратного хода слегка нелинейны, поэтому это компромисс.

Термопара. Виды, устройство, монтаж термопар.

1. Термопары

Термопара (ТП) — это термоэлектрическое устройство замкнутой цепи, чувствительное к температуре, которое состоит из двух проводников, выполненных из разнородных металлов, которые соединены на обоих концах. Электрический ток создается, когда температура на одном конце или спае, отличается от температуры на другом конце. Это явление носит название эффекта Зеебека, который является основой измерения температуры с помощью термопар.

Один конец называется горячим спаем, а другой конец называется холодным спаем. Измерительный элемент с горячим спаем помещается внутрь оболочки первичного преобразователя, и на него воздействует температура технологического процесса. Холодный спай или опорный спай — это точка подключения вне технологического процесса, где температура известна и где измеряется напряжение. (например, в измерительном преобразователе, на входной плате системы управления или в устройстве формирования сигналов.)

В соответствии с эффектом Зеебека, напряжение, измеряемое на холодном спае, пропорционально разнице температур горячего и холодного спаев. Это напряжение может называться напряжением Зеебека, термоэлектрическим напряжением или термоэлектрической э.д.с. По мере роста температуры горячего спая напряжение, наблюдаемое на холодном спае, также возрастает нелинейно в зависимости от роста температуры. Линейность кривой «температура-напряжение» зависит от сочетания металлов, образующих термопару.

2. Компенсация температуры холодного спая (КХС)

Напряжение, измеряемое на холодном спае, зависит от разницы температур горячего и холодного спаев; поэтому, необходимо знать температуру холодного спая, чтобы рассчитать температуру горячего спая. Этот процесс называется «компенсацией холодного спая» (КХС). КХС выполняется управления, устройством аварийных отключений или другим устройством формирования сигнала. В идеале измерение КХС выполняется как можно ближе к точке измерения, потому что длинные провода термопары очень чувствительны к электрическим помехам, и сигнал в них ухудшается.

Рисунок 2a — Компенсация холодного спая

Точное проведение КХС имеет решающее значение для точности измерения температуры. Точность КХС зависит от двух факторов: точности измерения эталонной температуры и близости точки эталонного измерения к холодному спаю. Во многих измерительных преобразователях используется изотермическая клеммная колодка (часто выполненная из меди) со встроенным прецизионным термистором, ТС или транзистором для измерения температуры колодки.

СОВЕТ: Следует использовать полевые измерительные преобразователи, а не преобразователи с подключением проводами напрямую к диспетчерской.

3. Изготовление термопар

Процесс начинается с выбора высококачественной проволоки из материала, который требуется для термопары изготавливаемого типа. Проволоки соединяются различными способами, включая скручивание, сжатие, пайку, в т.ч. и высокотемпературную, а также различные виды сварки (например, сварка узким швом и сварка встык). Чтобы получить наилучшие рабочие характеристики горячий спай должен быть механически прочным, электрически непрерывным, не загрязнен никакими химическими примесями материалов, использующихся при сварке или пайке. При изготовлении высококачественных термопар большое внимание уделяется выбору марки проволоки и контролю процесса изготовления.

См. рисунок 3a.

Совет: Спай, полученный путем скручивания проволок, очень быстро теряет свои свойства, и использовать такой способ получения спая не рекомендуется.

Рисунок 3a — Способы изготовления горячего спая

3.1 Типы спаев

Спаи термопар изготавливаются в различных конфигурациях, каждая из которых имеет свои преимущества для применения в определенных системах. Спаи могут быть заземленными или незаземленными, а двухэлементные термопары могут быть изолированными или неизолированными. См. рисунок 3.1a.

Рисунок 3.1a — Конфигурации горячих спаев

Заземленные спаи термопар образуются, если спай термопары соединяется с оболочкой первичного преобразователя. Заземленные спаи обладают лучшей теплопроводностью, что, в свою очередь, повышает быстродействие. Однако заземление также делает цепи термопар более подверженными влиянию электрических шумов, которые могут искажать сигнал напряжения термопары, если контрольно-измерительный прибор не обеспечивает развязку. (Все высококачественные измерительные преобразователи и платы ввода/ вывода предусматривают электрическую развязку в стандартной комплектации). Заземленный спай также в большей степени подвержен загрязнению химическими примесями со временем.

Незаземленные спаи получаются тогда, когда элементы термопары не соединяются с оболочкой первичного преобразователя, а окружены изолирующим порошком. Незаземленные спаи имеют несколько меньшее быстродействие, чем заземленные спаи, но менее чувствительны к электрическим шумам.

Термопары с открытым спаем имеют горячий спай, выступающий из загерметизированного конца оболочки, обеспечивая высокое быстродействие. Герметизация препятствует попаданию влаги или других загрязнений внутрь оболочки. Обычно такие термопары применяются только в некоррозионных газах, например, в воздуховодах.

3.2 Термопары с двумя чувствительными элементами

Термопары с двумя чувствительными элементами бывают трех разных видов. См. рисунок 3.1a.

Изолированные конструкции имеют место в тех случаях, когда два независимых спая термопары размещаются в одной оболочке. Изолированные спаи могут давать неодинаковые показания температуры, но могут выявлять дрейф показаний вследствие загрязнения одного из элементов химическими примесями. Если один из спаев выходит из строя, это не обязательно влияет на второй спай.

Неизолированные конструкции имеют место, когда два спая термопары помещаются в одну оболочку и все четыре проволоки термопары физически соединяются. Неизолированные спаи дают одинаковые показания температуры для повышения достоверности измерения в данной точке. Однако если один из спаев выходит из строя, это вероятнее всего означает, оба спая отказали одновременно.

4. Типы термопар

Существует много типов термопар, в которых используются различные сочетания металлов. Эти сочетания имеют разные выходные характеристики, которые определяют диапазон температур, в котором можно применять ту или иную термопару, и соответствующий выходной сигнал напряжения. См. рисунок 4a и таблицу 4b. Чем больше амплитуда напряжения на выходе, тем выше разрешение измерения, что повышает повторяемость и точность результатов. Существуют соотношения между разрешением измерения и диапазоном температур, которые делают отдельные типы термопар подходящими для определенных диапазонов и применений.

Рисунок 4a — Зависимости э.д.с. термопары от температуры для широко используемых типов термопар

КАКОВЫ ДИАПАЗОНЫ ИЗМЕРЯЕМЫХ ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ТЕРМОПАР?

Существует много типов термопар, в которых используются различные сочетания металлов. Эти сочетания имеют разные выходные характеристики, которые определяют диапазон температур, в котором можно применять ту или иную термопару, и соответствующий выходной сигнал напряжения. Чем больше амплитуда напряжения на выходе, тем выше разрешающая способность измерения, что повышает повторяемость и точность результатов. Существуют соотношения между разрешением измерения и диапазоном температур, которые делают отдельные типы термопар подходящими для определенных диапазонов и применений.

Есть типы термопар, которые способны измерять очень низкие температуры, до — 270°C (-464°F), и другие типы, способные измерять температуры до 1768°C (3214°F).

4.1 Термопары типа K, хромель — алюмель

• Хромель (Chromel®) — это сплав, состоящий на 90% из никеля и на 10% из хрома, а Алюмель (Alumel®) — это сплав, содержащий 95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния.

• Термопары типа K — одни из самых распространенных термопар общего назначения, имеющие чувствительность приблизительно 41 мВ/ °C. 

• Термоэлектрод из сплава Chromel® имеет положительный потенциал относительно термоэлектрода из сплава Alumel®.

• Это недорогие термопары, их диапазон измеряемых температур составляет от -270°C до +1372°C (от -454°F до +2501°F) и характеристика относительно линейна.

• Содержание никеля делает сплав магнитным и, как и в случае других магнитных металлов, выходной сигнал термопары отклоняется, когда материал достигает своей температуры Кюри, которая составляет примерно 350°C (662°F) для термопар типа K. Температура Кюри — это температура, при которой магнитный материал претерпевает серьезное изменение своих магнитных свойств, что вызывает существенное смещение выходного сигнала.

• Такие термопары можно использовать в постоянно окислительных или нейтральных средах.

• В основном они используются при температурах выше 538°C (1000°F)

• Воздействие серы приводит к преждевременному отказу термопар.

• Эксплуатация при определенных низких концентрациях кислорода вызывает отклонение

в работе, которое называется преимущественным окислением хрома в положительном термоэлектроде, что приводит к состоянию, которое принято называть “зеленой гнилью” и которое вызывает большой отрицательный уход калибровки, наиболее серьезно проявляющийся в диапазоне 816 — 1038 °C (1500 — 1900°F). Это состояние можно предотвратить / уменьшить с помощью вентиляции или инертного уплотнения защитной трубки.

• Не рекомендуется подвергать термопару воздействию температур, циклически меняющихся так, что они становятся выше и ниже 1000 °C (1800 °F), потому что в этом случае выходной сигнал меняется из-за эффектов гистерезиса.

СОВЕТ: Исторически сложилось так, что термопары типа K предлагается использовать всегда, если только нет причин для применения других типов термопар.

4.2 Термопара типа J, железо — константан

• Диапазон измеряемых температур термопар типа J уже, чем у термопар типа К, от -200 до +1200 °C (от 346 до 2193 °F), но у них выше чувствительность, которая составляет порядка 50 мкВ/ °C.

• Они имеют очень близкую к линейной характеристику в диапазоне от 149 до 427 °C (от 300 до 800 °F), а при температуре ниже 0 °C (32 °F) становятся хрупкими

• При температуре Кюри железа, которая составляет 770 °C (1418 °F), происходит резкое и имеющее постоянный характер измерение выходной характеристики, которое определяет практически достижимый верхний предел температуры.

• Железо подвержено окислению при температурах выше 538 °C (1000 °F), что отрицательно влияет

на точность термопар. В таких условиях следует использовать только проволоку крупного диаметра.

• Термопары типа J подходят для применения в вакууме, в восстановительной или инертной среде.

• При использовании в окислительной среде срок службы термопар сокращается.

• Оголенные элементы не должны подвергаться воздействию сред, в которых присутствует сера, при температурах выше 538°C (1000°F)

4.3 Термопары типа E, хромель — константан)

• Хромель — это сплав, состоящий из 90% никеля и 10% хрома, и из него изготавливается положительный термоэлектрод

• Константан — это сплав, обычно состоящий из 55% меди и 45% никеля

• Термопары типа E имеют диапазон измеряемых температур от -270 до 1000°C (от -454°F до 1832°F)

• Это немагнитные термопары, и они имеют наибольшее изменение выходного напряжения в зависимости от температуры среди всех стандартных типов термопар (68 мкВ/ °C)

• Они также имеют большую тенденцию к дрейфу показаний по сравнению с другими типами.

• Такие термопары рекомендуется использовать в постоянно окислительных или инертных средах.

• Пределы их погрешностей при использовании при температурах ниже нуля не установлены.

4.4 Термопары типа T, медь — константан

• Термопары типа T имеют чувствительность 38 мкВ/

°C и диапазон измеряемых температур от -270°C до 400°C (от -454°F до 752°F)

• Их можно использовать в окислительных, восстановительных или инертных средах, а также в вакууме

• Они имеют высокую стойкость к коррозии во влажной среде.

• Такие термопары демонстрируют хорошую линейность характеристики и обычно используются при температурах от очень низких (криогенных) до средних.

4.5 Термопары типа N, нихросил — нисил

• Нихросил — это никелевый сплав, содержащий 14,4% хрома, 1,4% кремния и 0,1% магния, и являющийся положительным плечом в термопаре

• Нисил — это сплав никеля и 4,4% кремния

• Термопара типа N — это самая новая конструкция, одобренная международными стандартами, и ее применение во всем мире растет.

• Эти сплавы позволяют термопарам типа N достигать значительно более высокой термоэлектрической стабильности, чем у термопар из основных металлов типа E, J, K и T.

• Термопары типа N имеют чувствительность 39 мкВ/

°C и возможный диапазон температур от -270°C до 1300Т(от -454 °F до 2372 °F)

• Термопары типа N надежно эксплуатировались в течение продолжительного времени при температурах по крайней мере до 1200 °C (2192 °F)

• Некоторые исследования показали, что в окислительных средах термоэлектрическая стабильность термопар типа N примерно такая же, как у термопар из благородных металлов типа R и S при температурах примерно до 1200 °С (2192 °F)

• Термопары типа N не следует использовать в вакууме или восстановительных средах, или в средах которые меняются с восстановительных на окислительные.

4.6 Термопары типов R и S, платинородий-платина

• Термопары типа R (платина-13% родия / платина) и типа S (платина-10% родия / платина) имеют возможный температурный диапазон от -50 до 1768°C (от 58°F до 3214°F)

• Оба эти типа имеют чувствительность порядка 10 мкВ/ °C и таким образом не подходят для применения при низких температурах, где лучше использовать другие типы.

• Поскольку они изготавливаются из платинового сплава, они достаточно дорогие и обычно используются при очень высоких температурах, где другие термопары работают плохо.

• Благодаря высокой стабильности, термопары типа S используются для определения Международной температурной шкалы между точкой замерзания сурьмы (630,5°C / 1166,9°F) и точкой плавления золота (1064,43°C (1945,4°F))

• Для правильной установки требуется, чтобы термопара была защищена неметаллической защитной трубкой и керамическими изоляторами.

• Длительное воздействие высоких температур вызывает рост зерен металла и может привести

к механическому отказу и отрицательному уходу показаний из-за диффузии родия в термоэлектрод из чистой платины, а также из-за улетучивания родия.

• Вообще термопары типа R используются в промышленности, а термопары типа S в основном используются в лабораториях.

4.7 Термопары типа B, платинородий — платинородий

• Термопары типа B (платина-30% родия / платина-6% родия) имеют возможный диапазон температур примерно от 0 °C до 1820 °C (от 32 °F до 3308 °F).

• Термопары типа B обычно размещаются в чистом воздухе / окислительных средах, но не должны подвергаться воздействию восстановительных сред.

• Повышенное содержание родия в термопарах типа B помогает уменьшить рост зерна, позволяя несколько увеличить температурный диапазон по сравнению с термопарами типа R и S..

5. Стандарты на цвета проводников термопар

Проводники термопар состоят из двух отдельных термоэлектродов (положительного и отрицательного), имеющих цветную изоляцию. Ввиду эффекта Зеебека провода термопар имеют определенную полярность, поэтому положительные и отрицательные провода необходимо подключать к правильным клеммам. Имеются разнообразные стандарты на цвета изоляции проводников для идентификации каждого типа

термопар. См. таблицу 5a В разных стандартах используются уникальные цвета проводов, чтобы отличать положительные и отрицательные выводы. В Северной Америке обычно отрицательный вывод имеет красную изоляцию в соответствии со стандартом ASTM E230. Но самым широко используемым в мире стандартом на провода термопар является IEC 60584, согласно которому отрицательный провод обычно белый. Ясно, что стандарты, согласно которым термопара изготовлена, должны быть известны, чтобы правильно подключать провода по их цветам. Существуют другие стандарты, используемые в различных странах, включая BS1843 (Великобритания и Чешская республика), DIN43710 (Германия), JIS-C1610 (Япония) и NFC 42-324 (Франция). См. таблицу 5a.

СОВЕТ: Пользователь должен проверить, какой стандарт используется на его предприятии, и убедиться в том, что цветовая кодировка доведена до сведения персонала, занимающегося установкой, пусконаладкой и техническим обслуживанием.

6. Удлинительные провода

Удлинительные провода используются либо для связи термопар с системой управления / контроля, либо для соединения их с удаленным измерительным преобразователем. Удлинительные провода термопар, за очень редким исключением, выполняются из того же металла, что и провода термопар. Если металлы не соответствуют друг другу, на каждом конце удлинительного провода создаются дополнительные холодные спаи, которые существенно влияют на измерение температуры. На рисунке 6a видно, что если медные провода используются для подключения термопары, создается «предварительный холодный спай», который может вызывать значительную погрешность, существенно варьирующуюся с изменением температуры окружающей среды вокруг спая 1. Измеряемое напряжение термопары с медными удлинительными проводами не равно измеряемому напряжению термопары с правильными удлинительными проводами. Фактически, если используются медные удлинительные провода, почти невозможно получить какую-либо температуру технологического процесса с приемлемой точностью по измеряемому напряжению.

Рисунок 6a — Несколько спаев, появляющихся при использовании разнородных удлинительных проводов

В некоторых случаях, когда экономические соображения могут не позволять использовать дорогостоящие удлинительные провода из редких металлов, таких как платиновые сплавы, используемые в термопарах типа R, S и B, можно использовать в узком диапазоне менее дорогие медные сплавы, которые имеют э.д.с., похожую на э.д.с. самой термопары. Такие выводы называются «компенсационными проводами» и они несколько снижают вышеуказанную погрешность.

Совет: Имеется множество факторов, отрицательно влияющих на измерения с помощью дистанционно смонтированных термопар, включая

— возможные погрешности, которые могут вноситься в измерение с помощью термопар из-за ЭМП и РЧП при применении удлинительных проводов или компенсационных проводов,

— стоимость специальных проводов,

— стоимость замены удлинительных проводов термопар на регулярной основе

— возможность ошибок при подключении проводов из-за несоблюдения цветовой кодировки.

Учитывая все это, настоятельно рекомендуется применять измерительные преобразователи, монтируемые непосредственно на первичный преобразователь, везде, где это возможно.

7. Способы монтажа

Так как термопары изготавливаются с использованием таких же размеров , что и ТС, описанные выше способы монтажа применимы и к термопарам. См. п. 3.2.3.3 выше в разделе, посвященном ТС.

8. Точность термопар

На точность термопар влияют несколько факторов, включая тип термопары, ее диапазон измеряемых температур, чистоту

материала, электрические шумы (ЭМП и РЧП), коррозию, ухудшение свойств спая и процесс изготовления. Термопары выпускаются со стандартным классом допуска или специальным классом допуска, которые называются классом 2 и классом 1, соответственно. Наиболее часто применяемым международным стандартом является IEC-60584-2. В США чаще всего применяется стандарт ASTM E230. Каждый стандарт устанавливает пределы допусков, которым должны соответствовать изделия. См. таблицу 8a и таблицу 8b.

1) Материалы термопар обычно поставляются таким образом, чтобы они отвечали производственным допускам, указанным в таблице для температур выше -40 °C. Однако эти материалы могут не укладываться в производственные допуски при низких температурах, указанных в колонке класса 3 для термопар типа T, E, K и N . Если требуется, чтобы термопары соответствовали предельным значениям класса 3, а также класса 1 или 2, заказчик должен указать это, поскольку в этом случае обычно требуется выбирать материалы

Допуски на значения э.д.с. в зависимости от температуры для термопар

ПРИМЕЧАНИЕ 1 — Допуски в этой таблице применяются к новым, практически однородным проводам термопар, обычно имеющим диаметр в диапазоне 0,25 — 3 мм и используемым при температуре, не превышающей рекомендуемые предельные значения таблицы 6 . Если изделия используются при более высоких температурах, эти допуски могут оказаться неприменимы.

ПРИМЕЧАНИЕ 2 — При данной температуре, указанной в градусах °C, точность, указанная в °F, в 1,8 раза больше, чем точность, указанная в °C. В тех случаях, когда точность указывается в процентах, значение в процентах применяется к измеряемой температуре, выражаемой в градусах Цельсия. Чтобы определить точность в градусах Фаренгейта, умножьте точность в градусах Цельсия на 9/5.

ПРИМЕЧАНИЕ 3 — Внимание: Пользователи должны иметь информацию об определенных характеристиках материалов термопар, включая то, что зависимость э.д.с. от температуры может меняться со временем; следовательно, результаты испытаний и эксплуатационные характеристики, полученные на момент изготовления, не обязательно могут оставаться постоянными в течение всего продолжительного периода эксплуатации. Точности, указанные в этой таблице, применимы только к новым проводам, поставленным пользователю, и не учитывают изменений характеристик в ходе эксплуатации. Величина такого изменения будет зависеть от таких факторов, как размер термоэлектрода, температура, время воздействия и окружающая среда. Кроме того, следует заметить, что ввиду возможных изменений однородности, попытка повторной калибровки бывших в эксплуатации термопар вероятнее всего даст неправильные результаты, и проводить ее не рекомендуется. Но может оказаться целесообразным сравнение бывшей в употреблении термопары на месте с новыми или гарантированно обладающими хорошими точностными характеристиками термопарами, чтобы убедиться в ее пригодности для дальнейшей эксплуатации в условиях, в которых проводилось сравнение.

* Указанные стандартные допуски не применимы к термопарам типа E с минеральной изоляцией, с металлической оболочкой (MIMS). Стандартные допуски для термопар MIMS типа E соответствуют большему из значений ±2,2 °C или ±0,75% в диапазоне от 0 до 870 °C и большему из значений ±2,2 °C или ±2% в диапазоне от -200 до 0 °C.

A Термопары и материалы термопар обычно поставляются таким образом, чтобы они соответствовали допустимым отклонениям, указанным в таблице для температур выше 0 °C. Однако эти же материалы могут не укладываться в допуски при температурах ниже 0 °C во второй части таблицы. Если требуется, чтобы материалы соответствовали допускам, указанным для температур ниже 0° C, покупатель должен указать это при оформлении заказа. Обычно в этом случае требуется подбор материалов.

B Специальные допуски для температур ниже 0 °C трудно подтвердить ввиду ограниченного объема имеющейся информации.

Тем не менее, при обсуждении поставки между покупателем и поставщиком рекомендуется руководствоваться следующими значениями для термопар типа E и T :

Тип E, от -200 до 0 °C, ±1,0 °C или ±0,5% (в зависимости от того, что больше)

Тип Т, от -200 до 0 °C, ±0,5 °C или ±0,8% (в зависимости от того, что больше)

Начальные значения допуска для термопар типа J при температурах ниже 0 °C и специальных допусков для термопар типа K при температурах ниже 0 °C не указаны из-за характеристик материалов. Данных по термопарам типа N при температурах ниже 0 °C в настоящее время нет.

Быстродействие измерения

Динамическое быстродействие первичного преобразователя может быть важно, если температура технологического процесса меняется быстро и в систему управления необходимо подавать быстро меняющиеся входные сигналы. Первичный преобразователь, установленный непосредственно в технологическую линию, будет иметь большее быстродействие, чем первичный преобразователь с защитной гильзой.

Важно отметить, что если никакой защитной гильзы не применяется, чувствительный элемент подвергается воздействию среды технологического процесса и его невозможно заменить, не прерывая потока, для чего часто требуется останавливать технологический процесс и опорожнять технологическую систему. Указания по проектированию на большинстве производств не позволяют использовать первичные преобразователи без защитных гильз. Такие установки гораздо менее безопасны с точки зрения возможной разгерметизации технологических установок, в них возможны более частые выходы из строя первичных преобразователей из-за воздействия неблагоприятных условий технологического процесса, и они часто требуют дорогостоящих остановок технологического процесса для замены отказавшего первичного преобразователя. Применение защитных гильз решает эту проблему.

Но если используется защитная гильза, очевидно, что время реакции увеличивается (быстродействие уменьшается) из-за возрастания тепловой массы узла. Ключом к оптимизации быстродействия является уменьшение массы при сохранении достаточной физической прочности, чтобы узел выдерживал давление технологического процесса и силы, создаваемые потоком среды. Защитные гильзы меньшего диаметра обеспечивают более высокое быстродействие, так как требуется нагревать и охлаждать меньшее количество материала. Также важно правильно установить первичный преобразователь, чтобы добиться высокого быстродействия. Первичный преобразователь должен быть достаточно длинным, чтобы его конец касался дна защитной гильзы для обеспечения хорошей теплопроводности. Диаметр первичного преобразователя также должен быть таким, чтобы он плотно входил в защитную гильзу и воздушный зазор между первичным преобразователем и защитной гильзой был минимален. Кроме того, быстродействие улучшается путем использования подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем. Характеристики измеряемой среды также влияют на быстродействие, особенно ее скорость потока и плотность. Быстро движущаяся среда передает тепло и меняющуюся температуру лучше, чем медленно движущаяся, а более плотные среды (жидкости) являются лучшими проводниками тепла, чем среды с малой плотностью (газы).

Сравнение быстродействия систем измерения температуры, использующих термопару без защитной гильзы или ТС без защитной гильзы в системе с текущей водой показало, что заземленный конец термопары имеет быстродействие примерно в 2 раза выше, чем подпружиненный датчик ТС. При измерениях в потоке воздуха ТС работает несколько быстрее, чем термопара.

Однако эти преимущества существенно нивелируются, если не исчезают полностью, когда первичный преобразователь устанавливается в защитную гильзу. Масса защитной гильзы настолько велика по сравнению с массой первичного преобразователя, что она очевидно оказывает доминирующее влияние на быстродействие системы.

При использовании первичного преобразователя диаметром 6 мм (1/4 дюйма) в системе измерения температуры воды, быстродействие термопары и ТС примерно одинаковое, а при использовании первичного преобразователя диаметром 3 мм, термопара несколько быстрее, чем ТС. При измерении температуры воздуха быстродействие термопар и ТС примерно одинаковое при использовании как 3-миллиметровых (1/8 дюйма), так и 6-миллиметровых первичных преобразователей.

Поскольку в очень малом количестве технологических процессов используются для измерения первичные преобразователи без защитных гильз, изначально присущее термопарам преимущество в быстродействии значительно нивелируется. Вдумчивый разработчик выбирает наилучший первичный преобразователь для данной системы, основываясь на множестве других факторов, и не руководствуется вводящими в заблуждение утверждениями, которые можно слышать так часто: «термопары всегда быстрее, чем ТС».

Многоточечные первичные преобразователи и первичные преобразователи для измерения температурного профиля

Многоточечные первичные преобразователи температуры для измерения температурного профиля измеряют температуры в различных точках вдоль линии. Они нашли широкое применение в химической и нефтехимической отраслях для снятия распределения температур в баках, реакторах, установках каталитического крекинга и дистилляционных установках или колоннах фракционирования. Многоточечные первичные преобразователи температуры для снятия распределения температуры обеспечивают экономичное, легко устанавливаемое и обслуживаемое решение сбора данных.

Эти первичные преобразователи для снятия распределения температуры способны обеспечивать измерение в нескольких точках, от 2 до 60, в одной защитной трубке с одной точкой ввода в установку. Первичными преобразователями могут быть либо датчики ТС, либо термопары, в зависимости от требований конкретной системы. Полные данные см. в листах технических данных поставщиков, а также см. главу 9, где приведены некоторые примеры применения таких первичных преобразователей.

Заключение

В этой главе мы подробно рассмотрели теорию, расчет, конструкцию, установку и эксплуатацию двух первичных преобразователей температуры, наиболее широко применяемых в промышленных технологических процессах — термопреобразователей сопротивления и термопар. Из сказанного выше о точности и эксплуатационных характеристиках каждого из типов первичных преобразователей можно сделать вывод, что существует множество факторов, влияющих на принятие решения, которые необходимо учитывать при выборе правильного первичного преобразователя для конкретной системы.

В некоторых системах с высокими температурами термопары являются единственным возможным решением, а в других системах могут работать любые первичные преобразователи. При принятии решения следует руководствоваться и другими соображениями, включая требуемую точность системы измерения, эксплуатационные характеристики при длительной эксплуатации и стоимость эксплуатации.

Компенсационные провода для термопар | Сиб Контролс

Провода удлинения термопары

В каждом контуре термопары должен быть и «горячий» спай (в месте измерения температуры) и «холодный» спай (в месте подключения измерительного прибора) — это неизбежное последствие формирования замкнутого контура измерений, использующего разнородные металлические провода. Мы уже знаем, что напряжение, полученное измерительным прибором от термопары, будет разницей между напряжениями «холодного» и «горячего» спаев. Так как цель большинства температурных инструментов состоит в том, чтобы точно измерить температуру в определенном местоположении, эффект «холодного» спая нужно компенсировать возможными средствами средствами: или в контур добавить некоторое напряжение компенсации или с помощью программного алгоритма. Для эффективной компенсации «холодного» спая механизм компенсации должен «знать» температуру его места нахождения. Этот факт настолько очевиден, что едва ли требует упоминания. Однако, что не настолько очевидно, эта проблема может быть решена просто применением проводов определенного типа в контуре термопары. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим простой способ установки термопары тип K, когда она соединяется непосредственно с термометром с помощью собственных длинных проводов:   

Как и у всех современных приборов, при измерения температуры с помощью термопары, в изображенном приборе имеется термистор для измерения температуры терминала, к которому присоединяются провода термопары. Соответственно, прибор вырабатывает компенсирующее напряжение для того, чтобы на индикаторе отображалась температура именно той точки, в которой мы ее измеряем. Теперь рассмотрим подключение той же термопары длинным медным кабелем (состоящим из двух проводов) к терминалу индикатора: 

Даже при том, что ничего не изменилось в контуре термопары, за исключением типа соединительных проводов от термопары к индикатору, местоположение «холодного» спая полностью изменилось. «Холодный» спай переместился на терминал, установленный в поле совершенно при другой температуре, чем измеряется термистором индикатора. Это означает, что компенсации «холодного» спая не будет.

Единственный практический способ избежать этой проблемы состоит в том, чтобы держать «холодный» сплав там, где это положено. Если нам необходимо использовать удлинительные провода, чтобы присоединить термопару к расположенному на далеком расстоянии инструменту, то провода должны иметь тип, который не образуют дополнительного соединения разнородных металлов в «голове» термопары, а сформируют только одно такое соединение на терминале прибора.

Очевидный подход состоит в том, чтобы просто использовать удлинительный провод из того же самого металла, из которого изготовлены провода используемой термопары. Это означает, что для нашей гипотетической термопары типа K для соединения терминала «головы» термопары с терминалом индикатора должен применяться удлинительный кабель типа K:

Единственная проблема данного метода — потенциальный расход кабеля из материала термопары. Это особенно заметно с некоторыми типами термопар, где используемые металлы являются несколько экзотическими. Более экономичная альтернатива состоит в применении провода более дешевого, но имеющего такие же термоэлектрические характеристики в более узком диапазоне температур, в которых используется удлинительный кабель. Это дает более широкий выбор металлических сплавов для применения, некоторые из которых существенно дешевле, чем применяемые в термопарах.

Компенсация холодного (эталонного) спая термопары

В этом сообщении в блоге я кратко рассмотрю термопары и особенно холодный спай и различные методы компенсации холодного спая.

За многие годы работы с калибровкой технологических приборов меня часто удивляет, что даже люди, которые много работают с термопарами, не всегда понимают, как работают термопары, и особенно холодный (эталонный) спай, и поэтому они могут погрешности измерения и калибровки.

Чтобы иметь возможность обсудить холодный спай, нам нужно сначала кратко рассмотреть теорию термопары и то, как термопара работает.

Я не буду углубляться в теоретическую науку, но остановлюсь больше на практических соображениях, которые вам следует знать, когда вы работаете с измерениями и калибровкой термопар на типичном технологическом предприятии.

Загрузите эту статью бесплатно в формате pdf:

Терминология: Холодный спай или эталонный спай

«Холодный спай» термопары часто называют «эталонным спаем», но мне кажется, что люди используют «Холодный спай» чаще, поэтому я буду использовать его в этом тексте.

Термопары

Термопары — очень распространенные датчики температуры на производственных предприятиях. Термопары имеют несколько преимуществ, которые делают их широко используемыми. Их можно использовать для измерения очень высоких температур, намного превышающих RTD (резистивный датчик температуры). Термопара также является очень прочным датчиком, поэтому ее нелегко сломать. Хотя термопары не так точны, как датчики RTD, они достаточно точны для многих приложений. Термопары также являются относительно дешевыми датчиками, и схема измерения термопары не требует тока возбуждения, как схема RTD, поэтому схема в этом смысле более проста в изготовлении.Существует множество различных типов термопар, оптимизированных для различных применений.

Датчик термопары кажется очень простым в использовании — всего два провода — что может пойти не так?

Но, учитывая холодный спай и все спая в измерительной цепи, это не всегда так просто, как кажется.

Давайте приступим к обсуждению холодного спая, но перед этим еще несколько слов о теории термопар, чтобы лучше понять обсуждение холодного спая.

Как работает термопара?

Давайте посмотрим, как работает термопара. Термопара состоит из двух проводов, состоящих из разных электрических проводников, соединенных вместе на одном конце («горячий» конец), то есть на конце, которым вы хотите измерять температуру.

Как обнаружил еще в 1821 году Томас Иоганн Зеебек, когда точка соединения этих проводов подвергается разным температурам, возникает термоэлектрический ток, вызывающий небольшое напряжение между проводами на открытом конце.Напряжение зависит от температуры и материалов используемых токопроводящих проводов. Этот эффект получил название эффекта Зеебека.

Упрощенное принципиальное изображение термопары:

На рисунке выше: «Материал термопары 1 и 2» представляет два разных материала, из которых изготовлена ​​термопара. «T1» — это горячий конец термопары, то есть точка, которая используется для измерения температуры. Два «Tcj» — это температуры холодных спаев.

Приведенное выше объяснение несколько упрощено, поскольку термовольт фактически создается градиентами температуры в проводе термопары на всем пути между «горячим» и «холодным» спаями. Таким образом, на самом деле напряжение генерируется не в точках соединения, а в градиенте температуры вдоль провода. Это легче понять, если подумать, что термовольт создается в переходах, горячих и холодных. Возможно, более научная теория термопар может быть представлена ​​в каком-нибудь другом посте позже, но в этом давайте остановимся на практических соображениях.

Типы и материалы термопар

Существует множество типов термопар, которые изготавливаются из различных материалов и сплавов. Различные материалы будут вызывать разную чувствительность, различное количество термовольт, генерируемых при одной и той же температуре, и будут влиять на другие характеристики, такие как максимальная температура.

Стандартизированы несколько различных типов термопар, и указаны названия используемых материалов. Имена, как правило, очень короткие, часто из одной буквы, например типа K, R, S, J, K и т. Д.

Некоторые из наиболее распространенных термопар и их материалы перечислены в таблице ниже:

Цвета проводов

Хорошей новостью является то, что провода термопар имеют цветовую маркировку для облегчения распознавания.

Плохая новость в том, что существует много разных стандартов для цветовых кодов, и они отличаются друг от друга.

Основными стандартами являются IEC60584-3 (международный) и ANSI (США), но есть и многие другие, такие как японский, французский, британский, нидерландский, немецкий и т. Д.стандарты. Так что, к сожалению, распознать шрифт по цвету немного сложно.

Термонапряжение термопары

Поскольку разные термопары изготавливаются из разных материалов, термовольтное напряжение также разное, это показано на рисунке ниже. Существует большая разница в напряжении, генерируемом при одинаковой температуре между разными типами.

Если вы хотите измерить более низкую температуру, очевидно, что лучше использовать более чувствительные типы, поскольку они дают более высокое напряжение, которое легче измерить.Но если вам нужно перейти на высокие температуры, вам нужно выбрать некоторые из менее чувствительных типов, которые можно использовать при таких высоких температурах.

Коэффициент Зеебека показывает, насколько изменяется напряжение термопары по сравнению с изменением температуры. Подробнее об этом позже.

Приведенный выше рисунок, иллюстрирующий разную чувствительность различных термопар, также объясняет, почему калибратор термопар обычно имеет разные характеристики точности для разных типов термопар.Измерительное устройство или калибратор обычно имеет точность измерения напряжения, указанную в напряжении. Например, он может иметь точность до 4 микровольт. Эта точность в 4 микровольта соответствует разной точности измерения температуры в зависимости от типа термопары из-за разной чувствительности термопары.

Пример измерительного устройства (калибратора)

Давайте посмотрим на два конца: тип E и B при температуре 200 ° C. Чувствительность (коэффициент Зеебека) типа E при 200 ° C составляет около 74 мкВ / ° C, а коэффициент для типа B при 200 ° C составляет около 2 мкВ / ° C.Итак, разница между этими двумя значениями составляет 37 раз.

Например, если ваше измерительное устройство может выполнять измерения с электрической точностью 4 мкВ, это означает, что оно обеспечивает точность около 0,05 ° C (4 мкВ, деленные на 74 мкВ / ° C) для типа E при 200 ° C, и точность 2 ° C (4 мкВ разделить на 2 мкВ / ° C) для типа B при 200 ° C.

Итак, мы можем понять, почему часто существуют очень разные характеристики точности для измерительного устройства / калибратора термопары для разных типов термопар.

Точность калибратора

Если вы видите технический паспорт калибратора температуры, который имеет одинаковые характеристики точности для всех типов термопар, будьте осторожны! Обычно это означает, что спецификации / технические данные были составлены в отделе маркетинга, а не в техническом отделе… 😉

Это просто не очень реалистично.

Стандарты

Существуют также некоторые стандарты (например, AMS2750E), которые требуют одинаковой точности для всех типов термопар, и это не имеет большого практического смысла из-за огромной разницы в чувствительности для разных типов. .

Коэффициенты Зеебека

Я уже упоминал коэффициент Зеебека ранее. Это чувствительность термопары, то есть она объясняет, сколько напряжения генерируется при изменении температуры.

На рисунке ниже показаны коэффициенты Зеебека для некоторых различных термопар:

Холодный спай

Теперь приступим к изучению «холодного спая» …

Ранее я показал изображение упрощенного принципа термопары. показывая, что термовольт создается в соединении с «горячим» концом, где два разных проводника соединены вместе. Главный вопрос, который вы должны здесь задать: А как насчет другого конца проводов?

Какой хороший вопрос! Я рад, что вы спросили… 😉

Когда вы измеряете напряжение термопары, вы можете соединить провода термопары в мультиметр, просто не так ли? Не совсем! Материал соединения мультиметра обычно медный или позолоченный, поэтому это другой материал, чем материал термопары, означает, что вы создаете две новые термопары в соединениях мультиметра!

Давайте проиллюстрируем это на картинке:

На картинке выше материал 1 и материал 2 представляют собой два материала термопары, которые образуют термопару.«Горячий конец» — это точка, где они свариваются, и это точка, которая измеряет температуру процесса, здесь генерируется напряжение U1. Этот U1 и есть то, что мы хотим измерить. В точках «холодного спая» термопара подключается к измерителю напряжения, соединения которого выполнены из другого материала, материала 3. В этих соединениях генерируются термовольтные напряжения U2 и U3. Именно эти напряжения U2 и U3 мы не хотим измерять, поэтому мы хотим избавиться от них или компенсировать их.

Как видно на рисунке выше, вы фактически измеряете напряжение трех (3) термопар, соединенных последовательно. Очевидно, вы хотели бы измерять только напряжение / температуру только «горячего» перехода, а не двух других переходов.

Итак, что вы можете сделать?

Вам нужно как-то устранить или компенсировать образование термопар в холодных спаях. Это можно сделать разными способами. Давайте посмотрим на них дальше.

Варианты холодного спая и методы компенсации

1.Холодный спай в ледяной ванне

По своей природе спай термопары не генерирует термовольт при температуре 0 ° C (32 ° F). Таким образом, вы можете сделать холодный спай при этой температуре, например, в ледяной бане или в точном температурном блоке. Вы можете соединить провода термопары с медными проводами в ледяной ванне, и в этом соединении не будет генерироваться термовольт. Тогда вам вообще не придется беспокоиться о холодном спине.

Соединения должны быть электрически изолированы от воды в ледяной ванне, чтобы избежать каких-либо токов утечки, вызывающих ошибки, или возможной коррозии.

Это очень точный способ, которым обычно занимаются калибровочные лаборатории. В любом случае это не очень практично на производственных цехах, поэтому обычно не используется на производственных предприятиях.

Пример:

Термопара типа N подключается, как показано на рисунке. Измеритель напряжения показывает 20808 мкВ. Какая измеренная температура?

E = E _N (t _U1 ) — E _N (t _r )

Где:

• E = измеренное напряжение = 20808 мкВ
• E _N (t _U1 ) = напряжение, генерируемое в горячем спай
• E _N (t _r ) = напряжение, генерируемое в холодном (опорном) спайе = 0 мкВ (IEC 60584 тип N, 0 ° C)
• E _N (t _U1 ) = E + E _N (t _r ) = 20808 мкВ + 0 мкВ = 20808 мкВ = 605 ° C (IEC 60584 тип N, 20808 мкВ)

Итак, температура 605 ° C.

2. Холодный спай при известной фиксированной температуре

Поскольку ледяная ванна оказалась непрактичной, вы также можете выполнить соединение холодного спая при некоторой другой известной фиксированной температуре. У вас может быть небольшая соединительная коробка с контролем температуры, поддерживающая постоянную температуру в коробке. Как правило, температура выше, чем температура окружающей среды, поэтому шкафу требуется только нагрев, а не охлаждение.

Если вам известна температура холодного спая, а также тип термопары, вы можете рассчитать и компенсировать термовольтное напряжение холодного спая.

Многие измерительные устройства или калибраторы температуры имеют функцию, в которой вы можете ввести температуру холодного спая, и устройство выполнит все вычисления за вас и произведет компенсацию.

Пример:

Термопара типа N подключается, как показано на рисунке. Измеритель напряжения показывает 19880 мкВ. Температура холодного (эталонного) спая 35 ° C. Какая измеренная температура?

E = E _N (t _U1 ) — E _N (t _r )

Где:

• E = измеренное напряжение = 19880 мкВ
• E _N (t _U1 ) ) = напряжение, генерируемое горячим концом
• E _N (t _r ) = напряжение, генерируемое в опорном (или холодном) переходе = 928 мкВ (IEC 60584 тип N, 35 ° C)
• E _N ( t _U1 ) = E + E _N (t _r ) = 19880 мкВ + 928 мкВ = 20808 мкВ = 605 ° C (IEC 60584 тип N, 20808 мкВ)

Итак, измеренная температура составляет 605 ° C.

Обратите внимание, , что расчеты термопар всегда должны производиться по напряжению. Распространенной ошибкой является поиск значения измеренного напряжения в таблице и прибавление температуры холодного спая. В этом случае соответствующая температура для измеренного значения 19880 мкВ согласно стандарту IEC 60584 составляет 581,2 ° C. Расчет с использованием значений температуры даст 581,2 ° C + 35 ° C = 616,2 ° C. Погрешность + 11,2 ° C.

3. Измерьте температуру холодного спая

Если вы не регулируете температуру холодного спая, как в предыдущем примере, вы можете в любом случае измерить температуру холодного спая с помощью датчика температуры.Затем вы можете компенсировать эффект холодного спая, но это немного сложнее, поскольку вам нужно постоянно измерять температуру холодного спая и, зная тип термопары, производить расчеты, чтобы узнать эффект холодного спая.

К счастью, многие калибраторы температуры предоставляют возможность использовать температурный датчик для измерения температуры холодного спая, и устройство выполняет все компенсации и вычисления автоматически.

4.Автоматическая онлайн-компенсация в измерительном устройстве

Я упоминал, что предыдущий пример был трудным, поскольку вам нужно было рассчитывать компенсацию в любое время, но вы можете оставить это измерительному устройству, чтобы оно выполнялось автоматически. Измерительное устройство (преобразователь, входная плата DCS или калибратор температуры) может постоянно измерять температуру холодного спая и автоматически выполнять оперативную компенсацию ошибки холодного спая. Поскольку измерительный прибор также знает тип термопары (вы выбираете его в меню), он может выполнять компенсацию автоматически и непрерывно.

Это, естественно, самый простой и практичный способ компенсации холодного спая при обычных измерениях и калибровках, так как вам не нужно беспокоиться о холодном спаде и оставить оборудование для ухода за ним. Вы просто вставляете провод термопары в устройство.

Калибраторы температуры Beamex также поддерживают такую ​​автоматическую компенсацию.

Скачать бесплатно технический документ

Загрузите эту статью бесплатно в формате pdf:

Сопутствующие продукты Beamex

Обратите внимание на калибратор температуры Beamex MC6-T.Он также может использоваться для калибровки термопар и имеет автоматическую компенсацию холодного спая. Он также предлагает универсальный разъем, к которому вы можете подключать различные разъемы термопар или оголенные провода термопар.

Щелкните изображение ниже, чтобы узнать больше о Beamex MC6-T:

Также обратите внимание на калибратор Beamex MC6 для справки.

Что такое компенсация холодного спая? Как это связано с использованием термопар в качестве датчиков температуры?

ЖЕНЕВА, Огайо, 14 марта 2019 г.

  Автор: Дэн Джексон, менеджер по продукции TEGAM  

Меня недавно спросили: «Что делает компенсация холодного спая?» Этот вопрос требует, чтобы я кратко изложил принцип работы термопар и их физику.

Термопара создает термоэлектрическое напряжение на основе принципа, известного как эффект Зеебека . Итак, что такое эффект Зеебека?

В 1800-х годах Томас Зеебек пытался получить электричество из тепла, он экспериментировал со схемой висмут-медь и висмут-сурьма и показал, что, когда два соединения двух материалов были при разных температурах, они производили устойчивый ток; преобразование тепловой энергии в электрическую.

Я попытаюсь превратить это в аналогию, которая сделает его более понятным:
Представьте себе полую трубку с низким давлением на одном конце и высоким давлением на другом. Что случится? Воздух будет проходить через трубку от конца высокого давления к концу низкого давления (как через соломинку). Чтобы связать это с термопарой, на горячем конце тепло возбудило электроны, и они движутся быстрее (высокое давление). На холодном конце электроны ближе друг к другу и движутся медленнее, при низком давлении.В результате электричество перетекает с горячего на холодное. Чем больше разница температур, тем больше напряжение — эффект Зеебека .

Это основа термопары. Что еще не ясно, так это то, как измеренное напряжение преобразуется в измерение температуры. Величина термоэлектрического напряжения, создаваемого термопарой, зависит от разницы температур между двумя концами (и материалом). Разница в температуре? Да, термопара фактически измеряет разность температур, а не фактическую температуру на горячем конце.Чтобы узнать, какая температура на горячем конце, вам нужно знать производимое напряжение И температуру на другом (холодном) конце. Чтобы термопара стала полезным инструментом в 1800-х годах, холодный конец помещали в ледяную баню; то, что могла бы легко воспроизвести любая лаборатория. Затем были разработаны таблицы напряжений для термопар на основе того, что конец холодного спая находится в ледяной бане. В этот момент провода термопары были подключены к медным проводам без термоэлектрического эффекта и по медным проводам подводились к измерительному устройству.Напряжение было записано и найдено в таблицах, относящихся к ледяной бане (0 ° C / 32 ° F), и получена температура горячего конца.

Сегодня

КОМПЕНСАЦИЯ ХОЛОДНОГО СПАЯ заменяет ледяную баню. Электронная схема заменяет ледяную баню, регулируя напряжение, компенсируя, как если бы холодный конец находился в ледяной ванне — отсюда компенсация холодного спая .

Термометр с термопарой имеет точку подключения, к которой присоединяется термопара.Это «холодный спай». Это не точка обледенения (0 ° C / 32 ° F), поэтому измеренное термоэлектрическое напряжение не коррелирует с данными в таблицах термопар. Точка, в которой термопара подключается к медным соединениям прибора, является холодным спаем. Для измерения температуры в этой точке используется прецизионный RTD или термистор. Электроника системы определяет температуру в этой точке, а затем вычисляет напряжение, которое термопара создаст от точки льда до этой температуры.Горячий конец вырабатывает только напряжение, эквивалентное разнице температур между горячим концом и подключением прибора. Этот сигнал неправильно привязан к столам для ледяной ванны. Схема холодного спая компенсирует это недостающее напряжение, добавляя ( или вычитая, если температура холодного спая ниже точки обледенения ) к измеренному напряжению, поступающему с горячего конца. Комбинированное напряжение затем должным образом соотносится с холодным спаем в точке обледенения и может быть точно преобразовано в истинную температуру горячего конца с использованием стандартных таблиц термопар.

Резюме

Компенсация холодного спая компенсирует недостающее термоэлектрическое напряжение из-за того, что холодный конец термопары на приборе не имеет температуры (0 ° C / 32 ° F). Затем это позволяет электронике использовать установленные таблицы термоэлектрических напряжений ( или полиномы ) для определения температуры на горячем конце. Компенсация холодного спая стала причиной того, что термопара перешла из лаборатории в наиболее широко используемый на сегодняшний день датчик температуры в промышленности.

Посмотреть термометры термопары TEGAM можно здесь. TEGAM также предлагает термометры RTD и термисторные термометры. Мы также разрабатываем и производим калибраторы температуры. Как всегда, если у вас есть вопросы по поводу этого сообщения в блоге, технологии термометрии в целом или если вы хотите поговорить с TEGAM о наших продуктах, свяжитесь с нами здесь. Не стесняйтесь запросить демонстрацию наших цифровых термометров или другого контрольно-измерительного оборудования.

Горячие и холодные термопары

Общий датчик температуры содержит термопару, состоящую из двух разнородных металлов, сваренных вместе для образования электрического спая.Генерируется напряжение, которое изменяется в зависимости от температуры. Чуть менее точные, чем резистивные датчики температуры (RTD), термопары покрывают широкий диапазон температур и быстро реагируют.

Комбинации разных металлов создают разные характеристики напряжения. Все разнородные металлы, используемые для создания термопар, показывают изменение напряжения из-за эффекта Зеебека, но для изготовления коммерческих термопар используются несколько конкретных комбинаций. Эти датчики можно разделить на два типа: термопары из недрагоценных металлов и термопары из благородных металлов.

Термопары из недрагоценных металлов являются наиболее распространенными. В термопарах из благородных металлов используются драгоценные металлы, такие как платина и родий. Термопары из благородных металлов более дорогие и используются для измерения более высоких температур.

Каждый тип термопары обозначается одной буквой, обозначающей два содержащихся в ней металла. Например, термопара J-типа содержит железо и константан. Термоэлектрические свойства стандартизированы для каждого типа, поэтому измерения температуры можно повторить.Провода и разъемы термопар также стандартизированы с цветными штекерами и гнездами, указывающими тип термопары. Различные цвета изоляции и выводных проводов также указывают на класс термопары и степень удлинения.

Самая распространенная термопара — это тип K. Диапазон рабочих температур в непрерывном режиме составляет от 0 до 1100 ° C. Чувствительность 41 мкВ / ° C. Два металла — хромель и алюмель. Хромель — это сплав на 90% никеля и на 10% хрома. Алюмель — это сплав, состоящий из 95% никеля, двух процентов алюминия, двух процентов марганца и одного процента кремния.Термопары, изготовленные из магнитных материалов, таких как никель, отличаются тем, что температурная чувствительность отклоняется в точке Кюри, что случается с термопарами типа K при 185 ° C.

Для точных измерений обратные провода различных металлов термопары должны иметь одинаковую известную температуру. Кроме того, любое соединение между двумя разными металлами создает спай термопары. Таким образом, соединения термопары с измерительными приборами должны быть простыми и симметричными, чтобы избежать непреднамеренных переходов термопары.

Поскольку обе стороны биметаллического перехода в идеале имеют одинаковую температуру, в этой точке нет перепада напряжения. На самом деле перепад напряжения является результатом температурного градиента вдоль провода между переходом и контрольной точкой.

Типичные ответы для типов термопар. Нажмите, чтобы увеличить.

Выходы термопар небольшие, обычно измеряются в микровольтах. Таким образом, измерительные приборы должны быть достаточно чувствительными, чтобы работать с этими слабыми сигналами.Измерительный прибор также должен быть согласован по сопротивлению, чтобы предотвратить нагрузку на цепь.

Еще одно замечание о термопарах — их выход по температуре нелинейный. Следовательно, стандарт Международной температурной шкалы 1990 г. (ITS-90) определяет уравнения, которые коррелируют между температурой термопары и выходным напряжением. Эти данные доступны на веб-сайте Национального института стандартов и технологий (NIST) (http://srdata.nist.gov/its90/main/).

Поскольку напряжение, создаваемое термопарой, нелинейно зависит от температуры холодного спая на измерительном приборе, необходима так называемая компенсация холодного спая.Блок холодного спая соединяет выводы термопары с измерительным прибором. Этот блок удерживает оба вывода термопары при одинаковой температуре и часто представляет собой соединитель, сделанный из большой металлической массы. Воздушные потоки могут повлиять на температуру, поэтому имеет смысл поместить блок в ограждение.

Точное измерение блока холодного спая действует как эталонная температура. В классическом методе установки температуры холодного спая выводы термопары находятся в ледяной бане, обеспечивая тем самым эталонную температуру 0 ° C.Однако обычной практикой является измерение температуры холодного спая с помощью RTD или термистора. Зная эталонную температуру, можно определить напряжение термопары для этой температуры (относительно 0 ° C) и добавить его к напряжению, измеренному на выводах термопары. Это напряжение требуется при обращении к диаграммам NIST, поскольку значения в диаграммах указаны относительно 0 ° C.

Таким образом, чтобы точно определить температуру термопары, мы сначала преобразуем температуру холодного спая в напряжение, добавляем напряжение холодного спая к измеренному напряжению термопары, а затем преобразуем суммарное напряжение холодного спая и напряжение термопары в температуру термопары.

Провода термопары

защищены изоляцией и часто имеют защитную оболочку на конце перехода для защиты чувствительного элемента. Термопара без защитной оболочки называется открытой термопарой. Отсутствие оболочки позволяет использовать небольшой датчик с прямой теплопередачей от измеряемого объекта. Этот тип термопары также быстро реагирует.

В заземленной термопаре датчик приварен к оболочке. В этом случае оболочка часто бывает металлической, что обеспечивает теплопередачу, но защищает от агрессивных сред.Однако электрическое соединение между термопарой и металлической оболочкой делает измерения чувствительными к помехам от контуров заземления. Незаземленные термопары изолированы от оболочки слоем изоляции между термопарой и измеряемым объектом. Но изоляционный слой замедляет температурный отклик датчика.

Точность и диапазон измерения температуры зависят от типа используемой термопары и стандарта, которого придерживается ее производитель. Стандарт Международной электротехнической комиссии, изложенный в IEC-EN 60584, содержит производственные допуски для термопар из недрагоценных и благородных металлов.ASTM E230 описывает параллельный стандарт, используемый в США Американским обществом испытаний и материалов.

Термопары

показывают широкий диапазон погрешности в зависимости от класса допуска. Однако некоторые термопары имеют допуск на погрешность лучше ± 1 ° C.

В некоторых конфигурациях измерения термопарам требуется напряжение смещения постоянного тока для установки рабочей точки датчика. Есть несколько способов смещения термопары. Чаще всего используются два одинаковых больших резистора, подключенных к каждому концу термопары.Затем противоположный конец резисторов подключается к источникам положительного или отрицательного напряжения. Этот метод устанавливает рабочее напряжение термопары на среднем уровне при условии, что напряжение термопары относительно невелико.

Номиналы резистора

обычно находятся в диапазоне от 500 кОм до 10 МОм в зависимости от входного тока. Но если выводы термопары длинные, то смещение резистора может вызвать ошибку. Длинные резистивные провода
будут реагировать с током смещения, вызывая ошибку измерения напряжения.

Другой метод смещения связывает отрицательный вывод термопары с известным источником напряжения.Использование источника напряжения устраняет ток смещения, проходящий через термопару. Остается только входной ток измерительного прибора, который обычно на порядки меньше.

Что такое компенсация холодного спая для зонда термопары?

Когда требуются точные измерения с помощью термопары, обычно обе ветви привязаны к медному проводу в точке обледенения, чтобы медные выводы могли быть подключены к прибору для считывания ЭДС из-за наличия холодного спая.Эта процедура позволяет избежать возникновения термоэдс на выводах считывающего прибора. Изменения температуры холодного спая влияют на выходной сигнал, и практические приборы должны быть снабжены средствами для устранения этого потенциального источника ошибок.

фигура 1

Генерируемая ЭДС зависит от разницы температур, поэтому для проведения измерения необходимо знать эталон. Это схематично показано на рис. 1 и может быть достигнуто путем помещения эталонного спая в ванну с ледяной водой при постоянной температуре 0 ° C (32 ° F).Поскольку ледяные ванны часто неудобны в обслуживании и не всегда практичны, часто используются несколько альтернативных методов.

Основной принцип компенсации холодного спая заключается в том, что для расчета температуры горячего спая необходимо знать температуру холодного спая. Это связано с тем, что напряжение, генерируемое в цепи термопары, пропорционально разности клемм между горячим и холодным спаем.

Основное уравнение для этого:

E _ЭДС = −S∆T = S (T _HOT — T _COLD ), где:

• E _ЭДС — выходное напряжение термопары
• S — это свойство материала, зависящее от температуры, известное как коэффициент Зеебека (для термопары типа K это примерно 4.1 мкВ / ° C между 0 ° C и 1000 ° C)
• T _COLD — температура холодного спая
• T _HOT — температура горячего спая (это то, что вы хотите знать!)

Преобразование этого уравнения для T _HOT дает:

Способы компенсации холодного спая

Метод электрического моста

В этом методе обычно используется самокомпенсирующийся холодный спай.
электрическая мостовая схема, как показано на рисунке 2.Эта система включает в себя
термочувствительный элемент сопротивления (RT), находящийся в одном
опора мостовой сети и термически интегрирована с холодным
соединение (Т2). Мост обычно запитывается от ртутного
аккумулятор или стабильный постоянный ток источник питания. Выходное напряжение пропорционально
к дисбалансу, создаваемому между предварительно установленным эквивалентным заданием
температура в (T2) и горячий спай (T1).В этой системе
может быть выбрана эталонная температура 0 ° или 32 ° F.

Как
температура окружающей среды вокруг холодного спая (T2) меняется,
появляется термически генерируемое напряжение, которое вызывает ошибку в
выход. Однако автоматически устанавливается равное и противоположное напряжение.
введены последовательно с тепловой ошибкой. Это отменяет
погрешность и поддерживает эквивалентную температуру холодного спая
в широком диапазоне температур окружающей среды с высокой точностью.За счет объединения медных проводов с холодным спаем термопара
сам материал не подключен к выходному терминалу
измерительное устройство, тем самым исключая вторичные ошибки.

Термоэлектрический метод охлаждения

Термоэлектрический прибор Omega¨ TRC
Контрольная камера ice pointTM полагается на фактическое равновесие
льда и дистиллированной деионизированной воды при атмосферном давлении
для поддержания температуры в нескольких контрольных лунках точно 0 ° C.Колодцы
расширяются в герметичную цилиндрическую камеру, содержащую чистую
дистиллированная деионизированная вода.

Внешние стенки камеры охлаждаются
термоэлектрическими охлаждающими элементами, чтобы вызвать замерзание воды
в ячейке для работы в качестве эталона холодного спая. Увеличение объема при замораживании льда.
оболочка на клеточной стенке ощущается расширением сильфона
который управляет микровыключателем, обесточивая охлаждающий элемент.Поочередное замораживание и оттаивание ледяной оболочки точно
поддерживает температуру окружающей среды 0 ° C вокруг контрольных скважин. Приложение
Схема показана на рис. №3.

Полностью
автоматический режим работы исключает необходимость частого внимания
требуется от обычных ледяных ванн. Показания термопары могут быть сняты
непосредственно из справочных таблиц ледовых точек без внесения поправок для справки
температура перехода.

Использование эталонной камеры

Портативная калибровочная эталонная камера Ice Point ™

Новая эталонная камера Ice Point ™ TRCIII-A — последнее дополнение к прекрасной линейке эталонных калибровочных приборов OMEGA. Контрольная камера TRCIII-A ice point ™ основана на равновесии льда и дистиллированной деионизированной воды при атмосферном давлении для поддержания точно 0 ° C в шести контрольных лунках.

Учить больше

Любая комбинация термопар может быть
используется с этим прибором, просто вставив эталонные спая
в эталонных колодцах. Калибровка температуры другого типа
датчики при 0 ° C также могут быть выполнены. Ссылки на горячую печь:
Тип двойной печи включает две печи с регулируемой температурой.
для имитации эталонных температур ледяной точки, как показано на рис.4. Две печи используются при разных температурах, чтобы получить эквивалентную
низкой эталонной температуры, отличной от температуры
любой из духовок.

Например, провода от термопары типа К.
соединены с духовкой на 150 ° для производства хромега-аломега
и соединение Аломега-Хромега при 150 ° F (2,66 мВ каждый).

В
напряжение между выходными проводами первой духовки будет вдвое
2.66 мВ или 5,32 мВ. Чтобы компенсировать этот уровень напряжения,
выходные провода (Chromega и Alomega) подключены к медным проводам
во второй печи, поддерживаемой при температуре 265,5 ° F. Это точный
температура, при которой производятся хромега-медь и аломега-медь
понижающее напряжение дифференциала 5,32 мВ.

Таким образом, это напряжение
нивелирует разность 5,32 мВ на выходе из первой печи.
0 мВ на медных выходных клеммах.Это эквивалент напряжения
32 ° F (0 ° C).

Техническое обучение

Техническое обучение

Компенсация холодного спая

Компенсация холодного спая в термопаре

Аннотация: Термопары являются одними из наиболее широко используемых устройств для измерения температуры благодаря своей прочности, воспроизводимости и малому времени отклика.В этой заметке по применению обсуждаются основные операции термопары, включая определение и функцию эталонного (холодного) спая. В примечании также даются рекомендации по выбору устройства для измерения температуры холодного спая в зависимости от области применения. Показаны три примера схем.

Введение

Из множества преобразователей, доступных для измерения температуры, термопары являются одними из самых распространенных. Термопары используются в повседневных системах, таких как автомобили и бытовая техника.Они предлагают экономически эффективные средства для измерения гораздо более широкого диапазона температур, чем другие распространенные решения, такие как терморезисторы (RTD), термисторы и термочувствительные интегральные схемы (IC). Кроме того, надежность, воспроизводимость и быстрое время отклика делают термопары популярным выбором во многих средах.

Однако у использования термопар есть некоторые недостатки, в частности отсутствие линейности. Хотя термопары могут использоваться в более широком диапазоне температур, чем RTD и термочувствительные ИС, они гораздо менее линейны.Кроме того, термометры сопротивления и термочувствительные ИС обычно предлагают лучшую чувствительность и точность — две характеристики, которые необходимы для более точных приложений. Сигналы термопар имеют очень низкий уровень и часто требуют усиления или преобразователя данных с высоким разрешением для обработки сигналов.

Несмотря на указанные выше недостатки, общая стоимость, простота использования и широкий диапазон температур по-прежнему делают термопары популярными.

Основы термопар

Термопары — это устройства для измерения дифференциальной температуры.Они состоят из двух проводов из разнородных металлов. Один провод предварительно обозначен как положительный, а другой как отрицательный. В таблице 1 перечислены четыре наиболее распространенных типа термопар, используемые металлы или сплавы, а также допустимый диапазон температур для каждого типа. Каждый тип термопары предлагает уникальные термоэлектрические характеристики в заданном диапазоне температур.

Таблица 1. Основные характеристики термопары

Если соединить два разных металла (т.е. сваркой или пайкой) для образования двух соединений, как показано на рисунке , рис. 1a, , напряжение, создаваемое контуром, является функцией разницы температур между двумя соединениями. Это явление известно как эффект Зеебека, обычно описываемый как процесс преобразования тепловой энергии в электрическую. Эффект Зеебека противоположен эффекту Пельтье, при котором электрическая энергия преобразуется в тепловую, что наблюдается в таких приложениях, как термоэлектрические охладители.На рисунке 1а показано, что измеренное выходное напряжение V _OUT представляет собой разницу между измеренным напряжением (горячего) перехода и опорным напряжением (холодного) перехода. Поскольку V _H и V _C генерируются разницей температур между двумя переходами, V _OUT также является функцией этой разницы температур. Масштабный коэффициент, который связывает разницу напряжений с разницей температур, известен как коэффициент Зеебека.

Рисунок 1а.Напряжение контура, создаваемое разницей температур между двумя переходами термопары, является результатом эффекта Зеебека.

Рисунок 1б. В наиболее распространенной конфигурации термопары два провода термопары соединены на одном конце. Открытый конец каждого провода подсоединяется к изотермическому соединителю из меди.

На рисунке 1b показана конфигурация, наиболее часто используемая в приложениях с термопарами. Эта конфигурация вводит третий металл (также известный как промежуточный металл ) в петлю и два дополнительных соединения.В этом примере открытые концы каждого провода электрически соединены с проводами или дорожками из меди. Эти соединения вводят в систему два дополнительных соединения. Пока эти два перехода имеют одинаковую температуру, промежуточный металл (медь) не влияет на выходное напряжение. Такая конфигурация позволяет использовать термопару без отдельного холодного спая. V _OUT по-прежнему зависит от разницы температур горячего и холодного спая, связанной с коэффициентом Зеебека.Однако, поскольку термопара измеряет температуру по-разному, температура холодного спая должна быть известна, чтобы определить фактическую температуру, измеренную в горячем спай.

Самый простой случай возникает, когда холодный спай имеет температуру 0 ° C, также известную как эталон ледяной ванны. Если T _C = 0 ° C, то V _OUT = V _H . В этом случае напряжение, измеренное на горячем спайе, является прямым переводом фактической температуры на этом спайе. Национальное бюро стандартов (NBS) предоставляет справочные таблицы, содержащие данные о характеристиках напряжений термопар по сравнению стемпературы для различных типов термопар. Все данные основаны на температуре холодного спая 0 ° C. Используя эталонную ледяную баню, вы можете определить температуру горячего спая, посмотрев V _H в соответствующей таблице.

На заре создания термопар эталонная ледяная баня служила стандартом для термопар. Применение ледяной ванны сегодня в большинстве ситуаций нецелесообразно. Следовательно, когда температура холодного спая не равна 0 ° C, температура этого спая должна быть известна, чтобы определить фактическую температуру горячего спая.Выходное напряжение термопары также необходимо компенсировать, чтобы учесть напряжение, создаваемое ненулевой температурой холодного спая. Этот процесс известен как компенсация холодного спая.

Выбор прибора для измерения температуры холодного спая

Как объяснялось выше, для реализации компенсации холодного спая необходимо определить температуру холодного спая. Этот расчет может быть выполнен с помощью любого типа устройства для измерения температуры. К наиболее популярным устройствам относятся термочувствительные ИС, термисторы и термометры сопротивления.Каждое семейство устройств имеет преимущества и недостатки по сравнению с другими, поэтому требования конкретного приложения будут определять, какой тип использовать.

Для приложений, требующих высочайшей точности, откалиброванный платиновый RTD обеспечивает наилучшие характеристики в самом широком диапазоне температур. Однако такая производительность обходится дорого.

Термисторы и кремниевые термочувствительные ИС являются экономичной альтернативой RTD для приложений, которые не требуют такой высокой точности.Термисторы работают в более широком диапазоне температур, чем кремниевые ИС. Тем не менее, термочувствительные ИС часто предпочтительнее термисторов из-за их линейности; Коррекция нелинейности термистора может потребовать слишком много работы от микроконтроллера системы. Чувствительные к температуре ИС обеспечивают отличную линейность, но работают в более узком температурном диапазоне.

Таким образом, необходимо выбрать устройство для измерения температуры холодного спая в соответствии с требованиями системы.Как и в случае любого приложения для измерения температуры, точность, температурный диапазон, стоимость и линейность — все это важные факторы в процессе выбора. Каждое требование необходимо тщательно взвесить, чтобы выбрать оптимальное сочетание стоимости и производительности.

Цифры в цифрах

После того, как вы установили метод компенсации холодного спая, скомпенсированное выходное напряжение необходимо преобразовать в соответствующую температуру. Простой метод «перевода» использует таблицы поиска из NBS.Реализация таблиц поиска в программном обеспечении требует памяти для хранения, но таблицы обеспечивают быстрое и точное решение, когда измерения необходимо повторять непрерывно. Два других метода преобразования напряжений термопар в температуру требуют несколько больше работы, чем справочные таблицы: 1) линейная аппроксимация с использованием полиномиальных коэффициентов; 2) аналоговая линеаризация выходного сигнала термопары.

Программная линейная аппроксимация популярна, потому что не требуется никакого хранения, за исключением предварительно определенных полиномиальных коэффициентов.Однако у этого метода есть недостаток: время обработки, связанное с решением многочленов нескольких порядков. Время обработки увеличивается для полиномов более высокого порядка, что обычно требуется при работе с более широким диапазоном температур. Для температур, где требуются полиномы более высокого порядка, справочные таблицы могут оказаться более точными и более эффективными, чем линейное приближение.

До появления современного программного обеспечения аналоговая линеаризация обычно использовалась для преобразования измеренного напряжения в температуру (в дополнение к ручному поиску в справочных таблицах).Этот аппаратный метод использует аналоговую схему для коррекции нелинейности отклика термопары. Его точность зависит от порядка используемой коррекции приближения. Этот подход до сих пор широко используется в мультиметрах, которые принимают сигналы термопар.

Цепи приложений

В следующих примерах показаны три метода компенсации холодного спая, в которых используются кремниевые термочувствительные ИС. Три схемы ориентированы на простые решения для приложений, требующих только узкого диапазона температур холодного спая (от 0 ° C до + 70 ° C и от -40 ° C до + 85 ° C) и точности с точностью до нескольких градусов.Цепь 1 включает в себя ИС местного измерения температуры рядом с холодным спаем для определения его температуры. Схема 2 включает в себя датчик температуры с выносным диодом, который питается от транзистора с диодным соединением, установленного непосредственно на разъеме термопары. Схема 3 включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) со встроенной компенсацией холодного спая. Во всех трех примерах используется термопара K-типа, изготовленная из хромеля и алюмеля.

Пример № 1
В схеме, показанной в рис. 2 , 16-разрядный сигма-дельта АЦП преобразует низкоуровневое напряжение термопары в 16-разрядный последовательный цифровой выход.Встроенный усилитель с программируемым усилением увеличивает разрешающую способность АЦП, что часто требуется при работе с низкоуровневыми сигналами термопар. Чувствительная к температуре ИС, расположенная в непосредственной близости от разъема термопары, измеряет температуру вблизи холодного спая. Этот метод основан на предположении, что температура на ИС примерно равна температуре холодного спая. Выходное напряжение датчика температуры холодного спая преобразуется каналом 2 АЦП.Встроенное опорное напряжение 2,56 В датчика температуры устраняет необходимость в отдельной опорной ИС.

Рис. 2. Микросхема местного измерения температуры (MAX6610) определяет температуру холодного спая. Микросхема измерения температуры расположена рядом с разъемом термопары (холодный спай). Выходные напряжения для термопары и датчика температуры холодного спая преобразуются 16-битным АЦП (MX7705).

При работе в биполярном режиме АЦП может преобразовывать положительные и отрицательные уровни напряжения термопары на канале 1.Канал 2 АЦП преобразует несимметричный выход напряжения MAX6610 в цифровой сигнал для обработки микроконтроллером. Выходное напряжение термочувствительной ИС пропорционально измеренной температуре холодного спая.

Для определения фактической температуры горячего спая необходимо сначала определить температуру холодного спая. Затем используйте справочные таблицы, предоставленные NBS для термопар K-типа, чтобы перевести температуру холодного спая в соответствующее ей термоэлектрическое напряжение.После корректировки усиления PGA добавьте это напряжение к оцифрованным показаниям термопары. Затем переведите сумму в температуру, снова используя справочные таблицы. В результате получается фактическая температура горячего спая. Таблица 2 отображает измерения, сделанные при подметании холодного спая от -40 ° C до + 85 ° C в печи и поддержании температуры горячего спая на + 100 ° C в отдельной печи. Точность измерений во многом зависит от точности локальной ИС, измеряющей температуру, и температуры печи.

Таблица 2. Примеры измерений для схемы на Рисунке 2 с холодным и горячим спаями в отдельных печах

* Значения, указанные в столбце «Измеренная температура горячего спая», представляют собой скомпенсированные измерения температуры горячего спая, полученные от цепи.

Пример № 2
В Рис. 3 , ИС с дистанционным датчиком температуры измеряет температуру холодного спая схемы. В отличие от ИС с локальным датчиком температуры, датчик температуры с удаленным диодом не обязательно должен находиться рядом с холодным спаем, поскольку он использует внешний NPN-транзистор с диодным соединением для измерения температуры холодного спая.Этот транзистор устанавливается непосредственно на медный фиксатор разъема термопары. Чувствительная к температуре ИС преобразует сигнал этого транзистора с диодным соединением в цифровой выходной сигнал.

Канал 1 АЦП преобразует напряжение термопары в цифровой выход. Канал 2 АЦП не используется и заземлен. На вход опорного сигнала АЦП подается стабильная ИС опорного напряжения 2,5 В.

Рис. 3. ИС датчика температуры с удаленным диодом не обязательно должна находиться рядом с холодным спаем, поскольку для измерения температуры в ней используется внешний диод.Этот диод можно установить непосредственно на дополнительный фиксатор разъема термопары. MAX6002 обеспечивает стабильное опорное напряжение 2,5 В для АЦП.

В таблице 3 показаны измерения, выполненные при изменении температуры холодного спая от -40 ° C до + 85 ° C, при сохранении температуры горячего спая на уровне + 100 ° C. Точность измерений зависит как от точности ИС с дистанционным датчиком температуры, так и от температуры печи.

Таблица 3.Примеры измерений для схемы на рис. 3 с холодным и горячим спаями в отдельных печах.

* Значения, указанные в столбце «Измеренная температура горячего спая», представляют собой скомпенсированные измерения температуры горячего спая, полученные от цепи.

Пример № 3
Рисунок 4 включает в себя ИС, которая объединяет 12-битный АЦП с термочувствительным диодом. Температурный диод преобразует температуру окружающей среды в напряжение. ИС принимает это напряжение и напряжение термопары и вычисляет скомпенсированную температуру горячего спая.Цифровой выход — это скомпенсированная температура горячего спая, измеренная термопарой. Гарантированная температурная погрешность этого устройства находится в пределах ± 9 LSB для температур горячего спая от 0 ° C до + 700 ° C. Хотя это устройство может измерять широкий диапазон температур горячего спая, оно не может измерять температуры ниже 0 ° C.

Рис. 4. АЦП со встроенной компенсацией холодного спая преобразует напряжение термопары без необходимости во внешней компенсации.

В таблице 4 показаны измерения, полученные для схемы на Рисунке 4, при изменении температуры холодного спая от 0 ° C до + 70 ° C при сохранении температуры горячего спая на уровне + 100 ° C.

Таблица 4. Примеры измерений для схемы на рис. 4 с холодным и горячим спаями в отдельных печах

* Значения, указанные в столбце «Измеренная температура горячего спая», являются десятичным представлением цифровых выходов, обеспечиваемых схемой.

Заключение

При работе с термопарами вы должны установить контрольную точку, потому что термопары являются устройствами измерения дифференциальной температуры. Термопара обеспечивает напряжение, которое представляет собой разницу температур между горячим и холодным спаями.Если вы знаете как температуру холодного спая, так и температуру горячего спая относительно температуры холодного спая, вы можете определить фактическую температуру горячего спая.

Основными критериями выбора подходящего устройства компенсации холодного спая являются точность, стоимость, линейность и температурный диапазон. Некоторые платиновые термометры сопротивления предлагают лучшую точность, но при высокой стоимости. Термисторы недороги и работают в широком диапазоне температур, но их отсутствие линейности может быть проблематичным.Кремниевые термочувствительные ИС работают в узком температурном диапазоне, но обеспечивают разумную точность, линейность и низкую стоимость, что делает их подходящим выбором для многих приложений компенсации холодного спая термопар.

Аналогичная статья появилась на сайте ECN в марте 2005 года.

Что такое термопара? Компенсация холодного спая?

Теория, лежащая в основе термопар и компенсации холодного спая (CJC), хотя и не сложна для применения, кажется, часто сбивает с толку инженеров по контролю и технологическому процессу.В этой статье я объясню, что такое термопара, и попытаюсь развенчать концепцию компенсации холодного спая.

Термопары — относительно недорогое термоэлектрическое устройство, которое часто используется в промышленных приложениях. Если вы задаетесь вопросом: , что такое термопара, , то уверяю вас, что вы пришли в нужное место.

Что такое термопара?

Термопара — это электрический термометр, состоящий из двух разнородных металлических проводов, соединенных на одном конце для образования «горячего спая» , и устройства измерения напряжения, такого как вольтметр или ПЛК, на другом конце для измерения напряжения.Спай термопары или «горячий спай» — это точка соединения двух разнородных проводов. Это хорошо видно на изображении ниже.

Источник изображения: Кирк, Уидон, Кирк, Контрольно-измерительная аппаратура и управление процессами

Когда горячий спай имеет температуру, отличную от температуры холодного спая, на холодном спайе генерируется измеримое напряжение. «Холодный спай » или «Контрольный спай », — это конец термопары, используемый для обеспечения контрольной точки.

Для чего используется термопара?

Термопары используются для измерения температуры твердых тел, жидкостей и газов в различных промышленных приложениях. Они, без сомнения, являются наиболее распространенными приборами для измерения температуры, используемыми сегодня в промышленных приложениях.

Это происходит по нескольким причинам, в том числе:

• Термопары просты по конструкции.
• Они довольно недорогие.
• Имеют широкий температурный диапазон.
• Термопары имеют достаточно хорошую точность (хотя и нелинейную по напряжению).
• Они имеют автономное питание, то есть устройство (например, ПЛК), принимающее сигнал термопары, не должно подавать на него электроэнергию.

Как выглядит термопара?

Теоретически термопара — это не что иное, как два разнородных металла, скрученных вместе на одном конце. Фактически, я сделал надежные датчики температуры для электрической панели управления, сделав именно это!

Просто возьмите часть изношенного или отрезанного провода термопары, скрутите один конец вместе, чтобы образовался горячий спай, и подключите другой конец к свободному каналу на модуле термопары вашего ПЛК.Он добавляет отличную функцию температуры панели управления на ваш дисплей HMI!

Однако это в лучшем случае грубовато. Самый распространенный способ создания термопары заключается в сварке двух проводов термопары вместе, а затем надевании керамических шариков на открытые концы проводов, чтобы обеспечить разделение и удерживать их изолированными от защитной гильзы.

Источник изображения: Кирк, Уидон, Кирк, Контрольно-измерительные приборы и управление процессами

Теория работы термопар

Термопары воздействуют на явление, известное как эффект Зеебека.Эффект Зеебека — это преобразование разницы температур непосредственно в электричество.

Когда цепь разомкнута на холодном спайе , между двумя разнородными проводами на этом стыке существует разность электрических потенциалов (напряжение Зеебека).

Эффект Зеебека вызывает прохождение электрического потенциала и тока, когда два разнородных провода соединяются и конец нагревается. Создаваемое напряжение во многом зависит от состава двух проводов (из чего они сделаны — подробнее об этом позже) и разницы температур между горячим спаем и холодным спаем .

Источник изображения: Кирк, Уидон, Кирк, Контрольно-измерительная аппаратура и управление процессами

Важно понимать, что напряжение НЕ генерируется на стыке двух металлов, а, скорее, по длине двух разнородных металлов, которое подвергается воздействию к температурному градиенту.

Поскольку оба отрезка разнородных металлов испытывают одинаковый температурный градиент, конечным результатом является небольшая измеримая разность потенциалов (мВ) между ними.

Однако, как упоминалось ранее, это соотношение не является линейным, обычно это полином 8-го порядка, который выглядит примерно так… yikes!

К счастью, нам не нужно перебирать числа, чтобы выяснить, какая температура должна считаться при заданном напряжении… введите «Таблицы термопар» .Вместо этого мы используем таблицы, в которых перечислены кривые зависимости температуры (T) от кривых напряжения (V) — подробнее об этом чуть позже!

Что такое компенсация холодного спая?

Для измерения температуры один из спаев — обычно холодный спай — поддерживается при известной опорной температуре (точка льда или 0 ° C) , а другой спай находится при температуре, которую необходимо определить. формирование горячего спая .

Если вы изучите изображение ниже, вы увидите, что мы пытаемся измерить напряжение Зеебека на холодном спайе, помещая цифровой мультиметр между железными и константановыми выводами термопары.

Проблема в том, что когда мы подключаем медные выводы к выводам термопары, мы создаем еще один эффект Зеебека, потому что выводы нашего измерителя не похожи на металлы термопары. С этим введением нового или «промежуточного» металла нужно обращаться… давайте узнаем, как!

Источник изображения: Кирк, Уидон, Кирк, Контрольно-измерительная аппаратура и управление процессами

Существует закон, известный как Закон промежуточных металлов , который гласит, что третий металл может быть вставлен в систему термопары, не влияя на генерируемое напряжение. , тогда и только тогда, когда стыки с третьим металлом сохраняются при одной температуре.

Поэтому, чтобы обойти эту проблему, холодный спай помещается в «ледяную баню» , чтобы этот спай металлов имел известную эталонную температуру, мы будем называть Tref .

Конечно, наличие ведра со льдом у каждого спая термопары не очень практично в промышленных условиях, ведь… здесь в игру вступает компенсация холодного спая.

Компенсация холодного спая

Компенсация холодного спая (CJC) — это процесс использования автоматической компенсации для расчета температур, когда эталонный или холодный спай не находится в точке обледенения (или 0 ° C) .Вместо этого мы используем искусственный холодный спай с использованием термочувствительного устройства, такого как термистор, RTD или диод, для измерения температуры входных соединений на приборе или ПЛК.

Большинство модулей термопар ПЛК имеют встроенную компенсацию холодного спая, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы не создавать холодных спаев в полевой проводке. Вот почему важно всегда использовать изотермические блоки (постоянной температуры) всякий раз, когда вы подключаете полевые термопары в распределительных коробках или панелях управления.

Источник изображения: Кирк, Уидон, Кирк, Контрольно-измерительная аппаратура и управление процессами

Также должно быть ясно, что следует соблюдать осторожность, чтобы минимизировать любой температурный градиент между этими клеммами. Однако, если можно измерить или смоделировать напряжение или температуру известного холодного спая, можно применить соответствующие поправки. Это известно как компенсация холодного спая.

Какие бывают типы термопар?

Термопары бывают различных типов и обозначаются кодами ANSI J, K, T, E, N, R, S и B.Буквы термопары указывают на тип сплава, из которого изготовлена ​​термопара.

Например, из приведенной ниже таблицы термопара типа J состоит из двух разнородных металлов: железа (Fe) и медно-никелевого сплава (Cu-Ni). Где положительный вывод — железо, а отрицательный — медно-никелевый.

Кроме того, глядя на таблицу ниже, вы можете увидеть, что диапазон температур термопары J-типа составляет от -346 ° F до 2193 ° F при использовании провода класса термопары и от 32 ° F до 392 ° F при использовании провода класса удлинителя.Этот большой рабочий диапазон делает термопары очень универсальными для множества применений.

Следует отметить, что термопары типа J и типа K сегодня являются одними из наиболее широко используемых в промышленных приложениях. Это связано с их высокими рабочими диапазонами, а также с их большей чувствительностью к изменению температуры (что означает значительное изменение мВ на градус) по сравнению, например, с термопарой типа B.

В таблице ниже перечислены различные типы термопар, их комбинации металлов (сплавов), их стандарты цветовой кодировки и их максимальные рабочие диапазоны.

Источник изображения: Kirk, Weedon, Kirk, Instrumentation and Process Control

Как использовать таблицы термопар

Обычно таблицы термопар перечисляют показания в милливольтах (мВ) от 2 до 3 знаков после запятой. Обычно они бывают с температурными шагами в 1, 5 или 10 градусов, где шаг в 1 градус дает разрешение в 1 градус.

Ниже приведен пример спецификации термопары типа J.

Чтобы использовать таблицу термопар, подобную приведенной выше, выполните следующие действия:

1. Найдите правильную таблицу термопар того типа, который вы используете.
2. Найдите, где находится эталонный спай в цепи, и, используя точный термометр, измерьте и запишите его температуру.
3. Измерьте и запишите напряжение, создаваемое термопарой. Следите за полярностью (красный провод — ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ) и запишите правильный знак с вашим показанием. Это напряжение измерительного спая, основанное на опорном спайе схемы.
4. Найдите напряжение холодного спая в таблице термопар. Включите знак.
5. Алгебраически (т.е. включите знаки) добавьте напряжение, создаваемое термопарой, и напряжение холодного спая, указанное в таблицах. Это позволит «скорректировать» измеренное напряжение до температуры холодного спая в таблицах термопар. Где Vmeasured + Vreference = Vtrue
6. Перейдите в таблицы и найдите это новое (общее) напряжение. Обратите внимание на температуру, с которой это связано. Это температура процесса на измерительном (или горячем) спайе.

Я знаю, что это, наверное, сбивает с толку.Приведем небольшой пример.

Пример расчета термопары

Вопрос: Представьте, что термопара типа J показывает + 15,935 мВ на цифровом измерителе в месте ее холодного спая и имеет контрольный спай при 25 ° C. Рассчитайте истинную температуру процесса в горячем спай.

Ответ: Напомним, что Vtrue = Vmeasured + Vreference

Итак, что нам нужно сделать, это найти опорное напряжение при 25 ° C из приведенной выше таблицы. Мы находим, что температура 25 ° C соответствует напряжению 1.277мВ (убедитесь, что найдете сами!).

Теперь мы просто складываем измеренное напряжение и опорное напряжение, которое мы только что нашли, чтобы вычислить истинное значение напряжения на горячем спайе.

Следовательно, Vtrue = 15,935 мВ + 1,277 мВ = 17,212 мВ

Теперь нам нужно вернуться к таблице, чтобы найти исправленные 17,212 мВ, которые мы только что рассчитали. Используя правильную строку и столбец, мы видим, что температура, соответствующая напряжению 17,212 мВ, составляет 316 ° C.

Поскольку наша таблица имеет приращение 1 ° C, это наше максимальное разрешение.

Следовательно, считываемая температура горячего спая составляет 316 ° C.

Теперь вы, вероятно, спрашиваете, а что, если истинное значение напряжения находится между двумя числами в таблице? Следует ли просто округлить до ближайшего числа?

Ну, технически НЕТ, однако, в зависимости от вашего приложения, это может быть нормально. Более правильный способ сделать это — выполнить линейную интерполяцию, однако мы отложим это обсуждение на другой раз.

Заключительные слова…

Что ж, надеюсь, я дал вам некоторые вещи для размышления, и теперь вы лучше понимаете не только принцип работы термопар, но и концепцию компенсации холодного спая.

Если вы еще этого не сделали, я настоятельно рекомендую вам стать участником этого сайта. PLCGurus.NET быстро становится одним из крупнейших и быстрорастущих сообществ профессиональных инженеров, техников и технологов, которые разделяют страсть к промышленной автоматизации и системам управления.

Регистрация есть и всегда будет полностью бесплатной. Зарегистрируйтесь здесь!

Также посетите наш канал YouTube, чтобы увидеть несколько отличных видео .