Kas ir termopārs?

Kas ir termopārs?

Tas ir parasti lietots temperatūras mērīšanas instrumentu temperatūras noteikšanas elements. Tas tieši mēra temperatūru un pārvērš temperatūras signālu termoelektriskā potenciāla signālā, ko pēc tam ar elektriskajiem instrumentiem (sekundārajiem instrumentiem) pārveido izmērītās barotnes temperatūrā. Kaut arī dažādu termopāru formas var ievērojami atšķirties atkarībā no to pielietojuma, to pamatstruktūra lielākoties ir vienāda, parasti sastāv no termoelektriskā elementa, izolācijas piedurkņu aizsargputtas un savienojuma kārbas. Šie termopāri parasti tiek izmantoti kopā ar displeja instrumentiem, ierakstīšanas instrumentiem un elektroniskajiem regulatoriem. Kā darbojas termopārs, šī saistība tiek plaši izmantota praktiskā temperatūras mērīšanā. Tā kā aukstais krustojums T0 paliek nemainīgs, termopāra radītais termoelektriskais potenciāls mainās tikai ar karstā krustojuma temperatūras izmaiņām (mērīšanas gals). Tas nozīmē, ka īpašs termoelektriskais potenciāls atbilst noteiktai temperatūrai. Izmantojot termoelektriskā potenciāla mērīšanas metodi, mēs varam sasniegt temperatūras mērīšanas mērķi, termopāra temperatūras mērīšanas pamatprincips ir tāds, ka slēgtu ķēdi veido divi vadītāji, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem. Ja starp diviem galiem ir temperatūras gradients, strāva plūst caur ķēdi, ģenerējot elektromotīvo spēku (EMF) starp abiem galiem. Šī parādība ir pazīstama kā Seebeck efekts. Divi vadītāji, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, ir termoelementi, un karstāks gals kalpo kā darba gals un vēsāks gals kā brīvais gals, ko parasti uztur nemainīgā temperatūrā. Balstoties uz saistību starp EMF un temperatūru, tiek izveidota termopāra kalibrēšanas tabula. Šīs tabulas pamatā ir stāvoklis, kad brīvā gala temperatūra ir 0 grāda, un dažādiem termopāriem ir savas kalibrēšanas tabulas. Kad termopāra ķēde tiek pievienota trešo metāla materiālu, ja vien temperatūra abos šī materiāla savienojumos ir vienāda, termopāra radītais termoelektriskais potenciāls paliks nemainīgs, neietekmēts, pievienojot trešo metālu. Tāpēc, lietojot termopāru temperatūras mērīšanai, var savienot mērīšanas instrumentu, lai izmērītu termoelektrisko potenciālu, kas ļauj noteikt izmērāmās barotnes temperatūru. Mērot temperatūru ar termopāru, ir svarīgi, lai temperatūra aukstā krustojumā (gals, kas savienots ar mērīšanas ķēdi caur vadiem) saglabājas nemainīga, jo tas nodrošina, ka termoelektriskais potenciāls ir proporcionāls izmērītajai temperatūrai. Ja temperatūra aukstā krustojumā (vide) mainās mērīšanas laikā, tā var ievērojami ietekmēt mērījuma precizitāti. Lai kompensētu izmaiņas aukstā krustojuma temperatūrā, tiek veikti pasākumi aukstā krustojumā, ko sauc par aukstā krustojuma kompensāciju. Lai izveidotu savienojumu ar mērīšanas instrumentu, tiek izmantoti īpaši kompensācijas vadi.

Termopāru kopējie tipi un īpašības

Parastos termopārus var iedalīt divos galvenajos tipos: standarta un ne -- standartā. Standarta termopāri ir tie, kuriem valsts standarts norāda to termoelektrisko potenciālu - temperatūras attiecību, pieļaujamo kļūdu un vienotu kalibrēšanas tabulu. Viņiem ir atbilstoši displeja instrumenti atlasei. Non - Standarta termopāriem ir mazāks lietojumu diapazons vai daudzums, salīdzinot ar standarta termopāriem, un parasti trūkst vienotas kalibrēšanas tabulas, liekot to galvenokārt izmantot īpašās situācijās mērījumiem. Kopš 1988. gada 1. janvāra Ķīna ir standartizējusi termopāru ražošanu un pretestības termometrus saskaņā ar IEC starptautiskajiem standartiem, norādot septiņus veidus - S, B, E, K, R, J, T - kā vienotus standarta termopārus Ķīnai.

Teorētiski visus divus dažādus vadītājus (vai pusvadītājus) var savienot pārī, lai veidotu termopāru. Tomēr kā praktiskiem temperatūras mērīšanas komponentiem tiem jāatbilst vairākām prasībām. Lai nodrošinātu uzticamību un pietiekamu precizitāti inženierzinātņu pielietojumos, ne visi materiāli ir piemēroti termopāriem. Parasti termopāru elektrodu materiālu pamatprasības ir:

1. Temperatūras mērījumu diapazonā termoelektriskās īpašības ir stabilas un ar laiku nemainās, un ir pietiekama fizikālā un ķīmiskā stabilitāte, ko nav viegli oksidēt vai korozēt;

2, mazs izturības koeficients temperatūrā, augsta vadītspēja, mazs specifisks siltums;

3. Temperatūras mērījumā radītajam termoelektriskajam potenciālam jābūt lielam, un termoelektriskais potenciāls ir lineāra vai gandrīz lineāra atsevišķas vērtības funkcijas saistība ar temperatūru;

4. Materiālam ir laba reproducējamība,

Kā uzstādīt termopāru?

Ražošanā dažādu pārbaudāmo objektu, dažādu vides apstākļu, atšķirīgu mērījumu prasību un dažādu uzstādīšanas metožu dēļ, kas veikti, ir jāņem vērā daudzas problēmas. Tomēr principā to var ņemt vērā no trim aspektiem: temperatūras mērīšanas precizitāte, uzturēšanas drošība un ērtības. Lai novērstu temperatūras jutības elementa bojājumus, jāpārliecinās, ka tam ir pietiekama mehāniskā izturība. Lai aizsargātu elementu no nodiluma, jāpievieno aizsargājošs ekrāns vai caurule. Lai nodrošinātu drošību un uzticamību, temperatūras noteikšanas elementa uzstādīšanas metode jānosaka, pamatojoties uz specifiskiem apstākļiem, piemēram, izmērāmās barotnes temperatūru un spiedienu, elementa garumu, tā uzstādīšanas stāvokli un formu. Šie ir daži piemēri, lai pievērstu uzmanību:

Visiem temperatūras sensoru elementiem, kas uzstādīti, lai izturētu spiedienu, ir jānodrošina to blīvēšana. Termopāriem, kas darbojas augstā temperatūrā, lai novērstu aizsardzības caurules deformāciju, tie parasti jāuzstāda vertikāli. Ja ir nepieciešama horizontāla uzstādīšana, tam nevajadzētu būt pārāk ilgam, un termopāra aizsardzībai jāizmanto kronšteins. Ja temperatūras jutības elements ir uzstādīts cauruļvadā ar lielu vidējas plūsmas ātrumu, tas jāuzstāda leņķī. Lai novērstu pārmērīgu eroziju, vislabāk ir uzstādīt temperatūras sensoru elementu cauruļvada līkumos. Kad vidējs spiediens pārsniedz 10MPA, mērinstrumentam jāpievieno aizsargājoša piedurkne. Termopāru un termisko rezistoru uzstādīšanas vietā jāapsver arī pietiekama vieta demontāžai, apkopei un kalibrēšanai. Termopāriem un termiskiem rezistoriem ar garākām aizsargpakalpojumiem jābūt viegli izjauktam un salikšanai

Termopāra temperatūras mērīšanas metode

Termiskās reakcijas laiks ir sarežģīts, un dažādi eksperimentālie apstākļi var izraisīt atšķirīgus mērījumu rezultātus. Tas notiek tāpēc, ka termiskās reakcijas laiku ietekmē siltuma pārneses ātrums starp termopāru un tā apkārtējo vidi; Lielāks siltuma pārneses ātrums rada īsāku termiskās reakcijas laiku. Lai nodrošinātu, ka termopāra produktu termiskās reakcijas laiks ir salīdzināms, nacionālie standarti norāda, ka termiskās reakcijas laiks jānovērtē, izmantojot specializētu ūdens plūsmas testa ierīci. Ūdens plūsmas ātrums jāsaglabā ar 0,4 ± 0,05 m/s, sākotnēji temperatūrā svārstoties no 5 līdz 45 grādiem un temperatūras soli 40–50 grādu. Pārbaudes laikā ūdens temperatūrai nevajadzētu mainīties par vairāk nekā ± 1% no temperatūras pakāpiena. Termopārs jāievieto 150 mm dziļumā vai dizaina ievietošanas dziļumā (atkarībā no tā, kurš ir mazāks), un tas jāatzīmē testa ziņojumā.

Tā kā ierīce ir samērā sarežģīta, tikai dažām vienībām ir šis aprīkojums, tāpēc valsts standarts nosaka, ka ražotājs un lietotājs var vienoties, lai pieņemtu citas testa metodes, bet sniegtajiem datiem jānorāda testa nosacījumi.

Tā kā B tipa termopāra termoelektriskais potenciāls ir ļoti mazs istabas temperatūras tuvumā, termiskās reakcijas laiku nav viegli izmērīt. Tāpēc nacionālais standarts nosaka, ka vienas un tā paša S tipa termopāra specifikācijas termoelektrisko elektrodu montāžu var izmantot, lai aizstātu savu termoelektrisko elektrodu komplektu, un pēc tam testu var veikt.

Eksperimenta laikā reģistrējiet laiku T0.5, kad termopāra izvade mainās uz 50% no temperatūras pakāpes maiņas. Ja nepieciešams, reģistrējiet arī 10% termiskās reakcijas laiku T0.1 un 90% termiskās reakcijas laiku T0.9. Reģistrētajam termiskās reakcijas laikam vajadzētu būt vismaz trīs testu vidējam, un katrs mērījums ir atkarīgs no vidējā vērtības par ± 10%. Turklāt temperatūras pakāpes maiņai nepieciešamais laiks nedrīkst pārsniegt vienu - desmito daļu no pārbaudītā termopāra T0.5. Ierakstu instrumenta vai skaitītāja reakcijas laiks arī nedrīkst pārsniegt vienu - desmito daļu no pārbaudītā termopāra T0.5.

Galvenie termopāru veidi

1. Klasifikācija Saskaņā ar fiksācijas ierīces veidu kā galveno temperatūras mērīšanas līdzekļu veidu termopāram ir plašs lietojumu klāsts, tāpēc ir daudz prasību ierīču labošanas un tehniskās veiktspējas labošanai. Tāpēc termopāra fiksēšanas ierīces ir sadalītas sešos veidos: nav stiprināšanas ierīces tipa, vītņota veida, fiksēta atloka tips, pārvietojamā atloka tips, pārvietojamā atloka leņķa lineāla tips, koniska aizsargpļūdes tips.

2. Klasifikācija Saskaņā ar montāžu un struktūru atbilstoši termopāru veiktspējai un struktūrai, tos var iedalīt: noņemamos termopāros, eksplozijā - pierādīt termopārus, bruņotu termopārus un īpaša mērķa termopārus, piemēram, spiediena atsperes fiksētus termopārus.

Kādām prasībām jāpievērš uzmanība, uzstādot termopāru?

Termopāru uzstādīšanai un pretestības termometriem jāpievērš uzmanība temperatūras mērīšanas, drošības un uzticamības precizitātei, kā arī ērta apkope, kā arī neietekmē aprīkojuma un ražošanas darbību darbību. Lai izpildītu iepriekšminētās prasības, izvēloties termopāru uzstādīšanas daļas un ievietošanas dziļumu un pretestības termometru, pievērsiet uzmanību šādiem punktiem:

1. Lai nodrošinātu pietiekamu siltuma apmaiņu starp termopāra mērīšanas galu un pretestības termometru un izmērīto barotni, mērīšanas punkts ir pamatoti jāizvēlas, un termopāra vai pretestības termometrs jāuzstāda pēc iespējas tālāk no vārstiem, elkoņiem un cauruļvadu un aprīkojuma straujiem stūriem.

2. Termopāriem un termistoriem ar aizsargājošām piedurknēm ir siltuma pārneses un siltuma izkliedes zudumi. Lai samazinātu mērījumu kļūdas, termopāriem un termistoriem vajadzētu būt pietiekamam ievietošanas dziļumam:

(1) termopāram, kas mēra šķidruma temperatūru cauruļvada centrā, tas parasti jāievieto cauruļvada centrā (vertikālā uzstādīšana vai slīpa uzstādīšana). Ja cauruļvada diametrs ir 200 mm, termopāra vai pretestības ievietošanas dziļums ir jāizvēlas 100 mm;

(2) Temperatūras mērījumiem ar augstu {- temperatūru, augstu - spiedienu un augstu - Ātruma šķidrumi (piemēram, galvenā tvaika temperatūra), lai samazinātu aizsargājošās piedurknes izturību pret šķidrumu un novērst, ka tas ir sadalīts ar šķidruma spiedienu zem šķidruma. Seklā ievietošanas termopāra aizsargpārbaudes dziļumam nevajadzētu būt mazākam par 75 mm, ja to ievieto galvenajā tvaika caurulē; Termiskā piedurknes termopāra standarta ievietošanas dziļums ir 100 mm;

(3) Ja ir jānovērtē dūmgāzes temperatūra dūmvadā, kaut arī dūmvada diametrs ir 4 m, termopāra vai pretestības ievietošanas dziļums ir 1 m;

(4) Ja mērīšanas oriģināla ievietošanas dziļums pārsniedz 1M, tas, cik vien iespējams, jāuzstāda vertikāli vai jāpievieno atbalsta rāmis un aizsargājoša caurule.

Lai izvairītos no kļūdām, jāpievērš uzmanība šādiem punktiem, lai pareizi izmantotu termopāru

Pareiza termopāra lietošana var ne tikai precīzi iegūt temperatūras vērtību, nodrošināt produkta kvalifikāciju, bet arī ietaupīt termopāra materiālu patēriņu, gan ietaupot naudu, gan nodrošinot produkta kvalitāti. Nepareiza uzstādīšana, siltumvadītspēja un laika nobīdes kļūdas, tās ir galvenās kļūdas termopāra lietošanā.

1. Kļūdas, kas ieviestas ar nepareizu uzstādīšanu, ja termopāra uzstādīšanas pozīcija un ievietošanas dziļums precīzi neatspoguļo krāsns faktisko temperatūru, piemēram, termopāram nevajadzētu novietot pārāk tuvu durvīm vai sildīšanas vietām, un tā ievietošanas dziļumam jābūt vismaz 8 līdz 10 reizes lielam aizsargājošas caurules diametram. Plaisa starp termopāra aizsargājošo piedurkni un krāsns sienu nav piepildīta ar izolācijas materiālu, kas var izraisīt siltuma izkļūšanu vai aukstu gaisu, lai iebrukt krāsnī. Tāpēc sprauga starp termopāra aizsargājošo piedurkni un krāsns sienu vajadzētu aizzīmogot ar ugunsizturīgu mālu vai azbesta virvi, lai novērstu karsta un auksta gaisa konvekciju, kas varētu ietekmēt temperatūras mērīšanas precizitāti. Ja termopāra aukstais gals ir pārāk tuvu krāsns korpusam, temperatūra var pārsniegt 100 grādus. Termopāra uzstādīšanai pēc iespējas jāizvairās no spēcīgiem magnētiskajiem laukiem un elektriskajiem laukiem, tāpēc to nevajadzētu uzstādīt tādā pašā kanālā kā jaudas kabeļi, lai novērstu traucējumus, kas varētu izraisīt kļūdas. Termopāru nevajadzētu uzstādīt vietās, kur izmērītais barotne plūst ļoti maz. Izmērot gāzes temperatūru caurules iekšpusē ar termopāru, termopāram jāuzstāda virzienā pretēji plūsmas ātrumam, un tam jābūt pietiekamam kontaktam ar gāzi.

2. Kļūda, kas rodas, pasliktinot izolāciju, ja termopārs ir izolēts, pārāk daudz netīrumu vai sāls atlikuma uz aizsargājošās caurules un vilkšanas plāksne izraisa sliktu izolāciju starp termopāra stabiem un krāsns sienu, kas ir nopietnāka augstā temperatūrā. Tas izraisīs ne tikai termoelektriskā potenciāla zudumu, bet arī radīs traucējumus, un tā radītā kļūda dažreiz var sasniegt simtiem grādu.

3. Kļūda, ko ievieš termiskā inerce, termiskā inerce termiskā inerce liek instrumenta nolasīšanai atpalikt no faktiskajām temperatūras izmaiņām, kas ir īpaši pamanāma straujo mērījumu laikā. Tāpēc ieteicams izmantot termopārus ar smalkākiem termoelementiem un mazākiem aizsardzības caurules diametriem. Kad mērīšanas vide ļauj, aizsargājošo cauruli var noņemt. Mērījumu nobīdes dēļ termopāros noteikto temperatūras svārstību amplitūda ir mazāka nekā krāsns temperatūrai. Jo lielāks mērījumu nobīde, jo mazāka termopāra svārstību amplitūda un jo lielāka ir atšķirība no faktiskās krāsns temperatūras. Izmantojot termopārus ar lielu laika konstantu temperatūras mērīšanai vai kontrolei, instrumentam var parādīties minimālas temperatūras svārstības, bet faktiskā krāsns temperatūra var ievērojami atšķirties. Lai nodrošinātu precīzu temperatūras mērīšanu, jāizvēlas termopāri ar nelielu laika konstanti. Laika konstante ir apgriezti proporcionāla siltuma pārneses koeficientam un tieši proporcionāla termopāra karstā gala diametram, materiāla blīvums un tā specifiskais karstums. Lai samazinātu laika konstanti, papildus siltuma pārneses koeficienta palielināšanai visefektīvākā metode ir samazināt karstā gala lielumu. Praksē materiālus ar labu siltumvadītspēju, plānas caurules sienas un mazus iekšējos diametrus parasti izmanto aizsargājošām piedurknēm. Lai iegūtu precīzākus temperatūras mērījumus, tiek izmantoti kailās stieples termopāri bez aizsargājošām piedurknēm, taču tos var viegli sabojāt un prasa savlaicīgu kalibrēšanu vai nomaiņu.

4. Termiskās pretestības kļūda augstā temperatūrā, ja uz aizsargājošās caurules ir kvēpu slānis un tam ir piestiprināts putekļi, palielināsies termiskā pretestība un siltuma vadīšana tiks kavēta. Šajā laikā temperatūras indikācija ir zemāka par izmērītās temperatūras patieso vērtību. Tāpēc, lai samazinātu kļūdu, ir jāsaglabā termopāra aizsargpārbaudes ārējā tīrība.

Termopāru galvenās priekšrocības

1. Augsta mērījumu precizitāte. Tā kā tas ir tieši saskarē ar izmērīto objektu, vidējais barotne to neietekmē.

2. plašs mērījumu diapazons. Parastos termopārus var nepārtraukti izmērīt no 50 grādiem līdz 1600 grādiem, un dažus īpašus termopārus var izmērīt tik zemi as-269 grādi (piemēram, zelta dzelzs niķeļa hroms) un augstāk par 2800 grādiem (piemēram, volfrācija, rēnijs).

3. Vienkārša struktūra un viegli lietojama. Termopāri parasti sastāv no diviem dažādiem metāla vadiem, un tos neierobežo lielums un sākums. Viņiem ir aizsargājoša piedurkne no ārpuses, kas padara tās ļoti ērtus lietošanai.

Kādas ir termopāra nākotnes tendences un pielietojuma lauki?

I. Nākotnes attīstības tendence Materiālu inovācijas un veiktspējas uzlabošana Jauni termoelektriskie materiāli: izstrādājiet materiālus ar augstāku jutīgumu un plašāku temperatūras diapazonu (piemēram, oksīda termopāri, nanokompozīti), lai aizstātu tradicionālos metāla sakausējumus (piemēram, k - Tips, J - tipa tips). plāni - plēves termopāri (piemēram, iespiesta elektronika). Augstas temperatūras supravadošie materiāli: stabilu temperatūras mērīšanas shēmu izpēte ekstrēmā vidē (piemēram, kosmiskā kosmosa un kodolreaktori). Saprātīga un integrēta iegulta signāla apstrāde: integrēta miniatūra pastiprinātāja un digitālās kompensācijas shēma, tieša digitālā signāla izvade, samazina ārējo traucējumus. IoT Fusion: tālvadības uzraudzība, izmantojot bezvadu pārraidi (piemēram, Lora, NB - IoT), lai atbalstītu nozares 4.0 un Smart City lietojumprogrammas. Self - darbināma sistēma: Termocoušu Seebeck efekta izmantošana, lai darbinātu zemu - barošanas ierīces (piemēram, bezvadu sensora mezgli). Precizitātes un uzticamības AI kalibrēšanas tehnoloģija: Mašīnas mācīšanās, lai dinamiski kompensētu nelineāru kļūdu un novecojošu novirzi, pagariniet kalpošanas laiku. Multi - sensora saplūšana: apvienojumā ar infrasarkano staru, RTD utt., Lai uzlabotu mērījumu uzticamību sarežģītā vidē. Zemas izmaksu un standartizācijas MEMS process: liels - Mikroelektromehānisko sistēmu mēroga ražošana samazina mikro termopāru izmaksas un paplašina patērētāju pielietojumus. Starptautiskā standarta apvienošana: pielāgojoties globālajai piegādes ķēdei, vienkāršojiet atlases un uzturēšanas procesu.

2, topošais lietojumprogrammas laukums ir jaunas enerģijas un oglekļa neitralitātes fotoelektriskās un enerģijas uzkrāšana: monitorija saules paneļa temperatūra (lai novērstu karsto punktu efektu) un enerģijas uzkrāšanas sistēmu siltumapstrāde. Ūdeņraža enerģija: Augsta spiediena ūdeņraža ražošana un degvielas šūnu kaudzīšu temperatūras uzraudzība. Kodola saplūšana: ārkārtīgi augstas temperatūras mērījumi turpmākajiem reaktoriem (piemēram, volframa un rēnija termopāri). Augsta - beigu ražošanas un automatizācijas pusvadītāju ražošana: Vafeļu apstrādes un kodināšanas aprīkojuma precīzas temperatūras kontrole (nepieciešama milisekundes reakcija). Papildu ražošana: reāla - Kausēta baseina temperatūras atgriezeniskā saite 3D drukāšanas procesā, lai optimizētu veidņu kvalitāti. Robots: sadarbības robotu locītavas pārkaršanas aizsardzība. Biomedicīnas un veselības minimāli invazīva operācija: Ultrafine termopāri tiek integrēti katetrā vai endoskopā, lai reālā laikā uzraudzītu audu temperatūru. Valkājamas ierīces: nepārtraukta ķermeņa temperatūras izmaiņu uzraudzība (piemēram, veselības pārvaldības vajadzības pēc epidēmijas). Zemas temperatūras terapija: precīza temperatūras kontrole šķidra slāpekļa krioterapijas laikā. Aviācijas un aizsardzības virsskaņas gaisa kuģis: virsmas aerodinamiskā sildīšanas uzraudzība (nepieciešami materiāli, kas izturīgi vairāk nekā 2000 C). Satelīta termiskā kontrole: Uzticamības uzlabojums telpas galējā temperatūras vidē. Motora veselības pārvaldība: turbīnas asmeņu temperatūras sadales uzraudzība. Viedās mājas un patēriņa elektronikas viedās sadzīves ierīces: precīza krāsniņu, kafijas automātu un citu sadzīves tehnikas temperatūras kontrole. AR/VR ierīces: novērst procesora pārkaršanu no lietotāju pieredzes ietekmēšanas. Vide un lauksaimniecība Viedā lauksaimniecība: siltumnīcas un augsnes temperatūras uzraudzība. Ģeotermiskā izpēte: dziļa urbuma temperatūras mērīšana, lai palīdzētu enerģijas attīstībai.

apkopot

Termocoušu nākotne koncentrēsies uz trim galvenajām jomām: augsti - veiktspējas materiāli, intelekts un šķērso - domēna integrācija. Viņi turpinās iekļūt augstā - gala nozarēs, piemēram, New Energy, Healthcare un Aerospace, un nonāks patērētāju tirgū, samazinoties izmaksām. To galvenās priekšrocības -} vienkārša struktūra, bez barošanas avota prasības un siltuma pretestība - nodrošina to neaizvietojamību, bet tām jāattīstās arī tandēmā ar jaunajām sensoru tehnoloģijām.