Что такое термопара?
Термопара – это датчик, который измеряет температуру . Он состоит из двух различных типов металлов, соединенных вместе на одном конце. Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое можно соотнести с температурой.
Термопара — это простой, надежный и экономичный датчик температуры, используемый в широком диапазоне процессов измерения температуры.
Термопары широко используются в самых разных областях. Из-за их широкого спектра моделей и технических характеристик чрезвычайно важно понимать их базовую структуру, функциональные возможности, диапазоны, чтобы лучше определить правильный тип термопары и материал термопары для применения.
Как работает термопара?
Когда две проволоки из разнородных металлов соединены с обоих концов и один из концов нагрет, в термоэлектрической цепи протекает непрерывный ток.
Если эта цепь разорвана в центре, результирующее напряжение холостого хода (напряжение Зеебека) зависит от температуры перехода и состава двух металлов. Это означает, что когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, возникает напряжение, которое можно соотнести с температурой.
Работа со временем отклика
Постоянная времени определяется как время, необходимое датчику для достижения 63,2% ступенчатого изменения температуры при определенном наборе условий. Для приближения датчика к 100 % значения ступенчатого изменения требуется пять постоянных времени. Термопара с открытым спаем обеспечивает самый быстрый отклик. Кроме того, чем меньше диаметр оболочки зонда, тем быстрее отклик, но максимальная температура может быть ниже. Однако имейте в виду, что иногда оболочка зонда не может выдержать полный диапазон температур термопарного типа.
Конструкция термопары
Термопара состоит из двух разнородных металлов. Эти металлы сварены между собой в месте соединения. Это соединение считается точкой измерения. Точки соединения делятся на три типа.
- Незаземленное соединение . В незаземленном соединении проводники полностью изолированы от защитной оболочки . Используется для работ с высоким давлением. Основным преимуществом использования такого типа соединения является то, что он уменьшает влияние магнитного поля рассеяния.
- Соединение с заземлением – в таком соединении металлы и защитная оболочка свариваются вместе. Заземленный переход используют для измерения температуры в агрессивной среде. Этот переход обеспечивает сопротивление шуму.
- Открытое соединение — такой тип соединения используется в местах, где требуется быстрое реагирование. Открытый спай используется для измерения температуры газа.
В чем разница: термопары, термометры сопротивления, термисторы и инфракрасные устройства?
Чтобы сделать выбор между датчиками, указанными выше, вы должны учитывать характеристики и стоимость различных датчиков, а также доступное оборудование. Кроме того, термопары обычно могут измерять температуруработают в широком диапазоне температур, недороги и очень прочны, но они не так точны и стабильны, как RTD и термисторы. Термометры сопротивления стабильны и имеют довольно широкий диапазон температур, но они не такие прочные и недорогие, как термопары. Поскольку для проведения измерений требуется использование электрического тока, термометры сопротивления подвержены неточностям из-за самонагрева. Термисторы имеют тенденцию быть более точными, чем RTD или термопары, но они имеют гораздо более ограниченный температурный диапазон. Они также подвержены самонагреву. Инфракрасные датчики могут использоваться для измерения температур выше, чем любые другие устройства, и делают это без прямого контакта с измеряемыми поверхностями. Однако они, как правило, не столь точны и чувствительны к эффективности поверхностного излучения (или, точнее, к коэффициенту излучения поверхности).
Типы термопар
Термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок. Наиболее распространенными являются термопары для «основных металлов», известные как типы J, K, T, E и N. Существуют также высокотемпературные калибровки, также известные как термопары из благородных металлов, — типы R, S, C и GB.
Разница в типах термопар
Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и окружающую среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра проволоки, используемой в термопаре. Хотя калибровка термопары определяет диапазон температур, максимальный диапазон также ограничен диаметром провода термопары . То есть очень тонкая термопара может не охватить весь температурный диапазон.
Какова точность и температурный диапазон различных термопар?
Важно помнить, что и точность, и диапазон зависят от таких факторов, как сплав термопары, измеряемая температура, конструкция датчика, материал оболочки, измеряемая среда, состояние среды (жидкая, твердая или газ) и диаметр либо провода термопары (если он открыт), либо диаметр оболочки (если провод термопары не открыт, а защищен оболочкой).
Почему термопары типа K так популярны?
Термопары типа K настолько популярны из-за их широкого диапазона температур и долговечности. Материалы проводников, используемые в термопарах типа K, более химически инертны, чем материалы типа T (медь) и типа J (железо). Хотя выходная мощность термопар типа K немного ниже, чем у термопар типов T, J и E, она выше, чем у ее ближайшего конкурента (типа N), и они используются дольше.
Как выбрать между разными типами?
Выбор правильного типа термопары зависит от соответствия термопары вашим требованиям к измерению. Вот некоторые области, которые следует принять во внимание:
- Температурный диапазон: Различные типы термопар имеют разные температурные диапазоны. Например, тип T с медной ножкой имеет максимальную температуру 370°C или 700°F. С другой стороны, тип K можно использовать до 1260°C или 2300°F.
- Размер проводника: диаметр проводов термопары также необходимо учитывать, когда необходимы длительные измерения.
- Точность: Термопары типа T имеют самую высокую точность среди всех термопар из неблагородных металлов при ±1C или ±0,75%, в зависимости от того, что больше. Далее следуют тип E (±1,7C или 0,5%) и типы J, K и N (±2,2C или 0,75%) для стандартных пределов погрешности .
Другими важными соображениями являются материалы оболочки (в случае погружного датчика), материал изоляции (в случае проволочного или поверхностного датчика) и геометрия датчика.
Каковы наиболее распространенные области применения термопар?
Термопары являются наиболее широко используемыми датчиками температуры на планете благодаря сочетанию широких температурных возможностей, надежности и низкой стоимости. Термопары используются в приложениях, которые варьируются от бытовой техники до промышленных процессов, производства электроэнергии, контроля и управления печами, производства продуктов питания и напитков, автомобильных датчиков, авиационных двигателей, ракет, спутников и космических кораблей. Когда дело доходит до высоких температур, небольшого размера, быстрого отклика, сильной вибрации или ударов, в большинстве случаев вы найдете термопары, обеспечивающие измерение температуры.
- Термопары для пищевой промышленности
Термопары могут использоваться для самых разных применений в пищевой промышленности и производстве напитков, включая датчики безразборной очистки, датчики проникновения, управление печью, мониторинг пищевой цепочки, контроль и мониторинг нагревательной плиты и контроль температуры парового котла. - Термопары для экструдеров
Экструдеры требуют высокой температуры и высокого давления. Они также имеют уникальный резьбовой переходник для позиционирования наконечника датчика в расплавленном пластике в условиях высокого давления. Также термопары для большего контроля размещаются на каждом кольцевом нагревателе. - Термопары для низких температур
Термопары типов E, K, T и N могут использоваться для измерения температур до -200°C, однако сплавы, используемые в этих термопарах, должны быть специально выбраны для использования при этих температурах, чтобы соответствовать заявленным погрешностям. Большинство производителей термопар закупают сплавы термопар, откалиброванные для использования при температуре от 0°C и выше. Эти же сплавы можно использовать до -200°С, но точность может несколько отклоняться от установленных значений. Можно приобрести отдельные калибровки, чтобы можно было определить значения смещения. - Термопары для печей
Условия печи, которым будет подвергаться термопара, определят правильную термопару для применения. При выборе правильной термопары необходимо учитывать некоторые условия, в том числе: - Температурная способность проводов термопары.
- Температурная способность оболочки или защитного покрытия (металлического или керамического).
- Атмосфера, в которой он будет использоваться (воздушная, восстановительная, окислительная, внутренняя).
- Монтажная конфигурация. - Термопары для расплавленного металла
Измерение температуры расплавленного металла затруднено из-за высоких температур и жестких условий. Из-за используемых температур термопары типа K и N из основного металла и термопары типов R, S и B из платины являются единственным выбором для контактных измерений в этой области.
Когда используются термопары из недрагоценных металлов, провода обычно представляют собой одножильные провода большого диаметра. Провода большого диаметра типа K или N изнашиваются медленнее, что дает время для измерений до того, как провода изнашиваются в условиях высоких температур.
Компания Полимернагрев производит нагревательные элементы для промышленных систем нагрева уже много лет, поэтому мы очень хорошо знаем о важности контроля температуры и получении точных данных от термодатчиков. Поэтому качеству термопар мы уделяем большое внимание и заказывая у нас нагреватели со встроенными термопарами или приобретая отдельно термодатчики вы можете быть уверены в их надежности и эффективности.
