Термопары маркировка выводов

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.

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, 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.

<<< ГЛАВНОЕ МЕНЮ

С заданным ТКЛР

С заданной упругостью

С высоким эл. сопротивлением

Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство

«Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство»

На странице представлена только выдержка из статьи «Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство».

Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

Вам понравилась эта статья?! Добавьте ее в свои закладки.

Общие сведения

Термопарой, или термоэлектрическим преобразователем, называют устройство для измерения температуры, основой работы которого является термоэлектрический эффект.

Принцип действия термопары

Принцип действия термопары основан на возникновении разности потенциалов в проводниках, так называемом термоэлектрическом эффекте (или эффекте Зеебека). Он состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов имеют разные температуры (холодный и горячий контакт). Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. Цепь, которая состоит только из двух разнородных проводников, называется термоэлементом или термопарой. Точность показаний зависит от типа конструкции, схемы подключения проводников, и некоторых других параметров.

Устройство термопары

Термопара состоит из двух проводников (термоэлектродов), каждый из которых изготовлен из разнородных сплавов.
Для применения в термопарах используются различные сплавы цветных и благородных металлов. Благородные металлы позволяют существенно повысить точность измерений, сказывается меньшая термоэлектрическая неоднородность и стойкость к окислению. Они используются для измерений до 1900°С, при более высоких температурах необходимы специальные жаростойкие сплавы. Неблагородные металлы применяются до 1400°С.

Концы термоэлектродов образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания или с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. « Горячий» спай помещают в среду с измеряемой температурой. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай.

Термо-ЭДС возникает за счет разницы потенциалов между соединениями проводников при интенсивном нагреве или охлаждении горячего спая. Напряжение на холодном спае пропорционально зависит от температуры на горячем.

Для защиты термоэлектродов от агрессивной горячей среды их помещают в герметичную капсулу, заполненную инертным газом или жидкостью. Иногда на электроды надевают керамические бусы. С целью уменьшения инерционности в некоторых моделях термоэлектрических преобразователей оставляют горячий спай снаружи защитной колбы.

Способ изоляции подбирается с учетом верхнего температурного предела: до 100-120°С – любая изоляция;
до 1300°С – фарфоровые трубки или бусы; до 1950°С – трубки из Al2O3; свыше 2000°С – трубки из MgO, BeO, ThO2, ZrO2.

Виды термопар

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94. Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров — номинальные статические характеристики преобразования (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

платинородий-платиновые — ТПП13 — Тип R;
платинородий-платиновые — ТПП10 — Тип S;
платинородий-платинородиевые — ТПР — Тип B;
железо-константановые (железо-медьникелевые) ТЖК — Тип J;
медь-константановые (медь-медьникелевые) ТМКн — Тип Т;
нихросил-нисиловые (никельхромкремний-никелькремниевые) ТНН — Тип N;
хромель-алюмелевые — ТХА — Тип K;
хромель-константановые ТХКн — Тип E;
хромель-копелевые — ТХК — Тип L;
медь-копелевые — ТМК — Тип М;
сильх-силиновые — ТСС — Тип I;
вольфрам и рений — вольфрамрениевые — ТВР — Тип А-1, А-2, А-3.

Термопары типа К работают в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода. Не
рекомендуется использовать в атмосфере с содержанием серы, так как сера воздействует на оба
электрода и вредна для термопары.

В отечественной практике наиболее часто для термопар применяются следующие сплавы:
копель (56 % Сu и 44 % Ni)
алюмель (95 %, остальные Al, Si, Mn)
хромель (90 % Ni и 10% Cr)
константан (40% Ni, 1,5% Mn, остальное — Cu)
платинородий (90 %Pt и 10 % Rh)

Конструкция термопары и материалы проводников зависят ее назначения: различные комбинации металлов предназначены для различных сред и диапазонов температур.

Таблица сравнения термопар

Существует три типа спая термопар: изолированный, неизолированный или открытый.

На конце датчика с неизолированным переходом провода термопары прикреплены к стенке датчика с внутренней стороны. Благодаря этому достигается хорошая теплопередача снаружи через стенку оболочки к спаю термопары. В изолированном типе спай термопары отделен от стенки оболочки. Время отклика меньше, чем у неизолированного типа, но изолированный обеспечивает гальваническую развязку.

Термопара в виде открытого спая выступает из конца оболочки и подвержена воздействию среды которая ее окружает. Этот тип обеспечивает лучшее время отклика, но его можно эксплуатировать только для некоррозионных и негерметичных случаев.

Неизолированный спай используют для замера температур агрессивных сред, или же для областей применения где характерно высокое давление. Спай неизолированной термопары приварен к защитной оболочке, благодаря чему достигается более быстрый отклик, чем при эксплуатации спая изолированного типа.

Изолированный спай отлично себя показывает в измерениях температур в агрессивных средах, где рекомендуется иметь термопару, которая электрически изолирована от оболочки и экранированную ею. Термопара из сварной проволоки физически изолирована от оболочки термопары порошком MgO (оксид магния).

Открытый переход рекомендуется для измерения статических или текущих температур некоррозионных газов, где понадобится быстрое время отклика. Соединение выходит за пределы защитной оболочки из металла, в следствии чего получается более точный и быстрый отклик. Изоляция оболочки герметична в соединительных местах, благодаря чему исключается любое проникновение влаги или газа, которое могло бы привести к ошибкам.

Применение термопар

Термопары — это высокоточные, малоинерционные датчики, способные выдерживать большие температурные нагрузки в определённом диапазоне измерений. Область применения термопар огромна, в первую очередь, благодаря широкому измерительному диапазону температур: от сверхнизких до экстремально высоких. Широкое распространение эти устройства получили также из-за стабильности и точности измерений.

В бытовых целях используются в различных приборах, в самых простых и технически сложных: от утюгов, паяльников, холодильников до автомобилей и отопительных котлов. Благодаря большому диапазону измеряемых температур (от -250°С до +2500°С) широкое применение термопары нашли в промышленности, коммунальном хозяйстве, науке и медицине. Также термоэлектрические преобразователи работают как часть систем автоматики и управления, снимая и передавая данные об изменениях температуры. Такие датчики отличаются надежностью, невысокой стоимостью, необходимой точностью и низкой инертностью. Применение определяется их техническими характеристиками и особенностями, а для некоторых систем термопары — единственно возможный вариант.

Преимущества и недостатки термопар

Большой температурный диапазон измерений от -250°С до +2500°С
Работа в агрессивных средах
Высокая точность. Погрешность составляет до 1-2°С в стандартных приборах, что по большей части достаточно для промышленных и бытовых нужд. Более высокоточные приборы имеют показатель 0,01°С.
Простота технологии изготовления и обслуживания и высокая надежность
Низкая цена для большинства моделей

• Осуществление постоянного контроля холодного спая, поверки и калибровки контрольной аппаратуры
• Структурные изменения металлов при изготовлении прибора
• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку
• Зависимость от состава атмосферы, затраты на герметизацию
• Погрешность измерений из-за воздействия электромагнитных волн. Малая величина токов требует экранирующей защиты проводов для уменьшения наводки. На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.
• Необходимость применения высокочувствительных приборов для снятия результатов измерений
• Ухудшение показателей при длительном использовании в условиях перепадов температур
• Появление нелинейной зависимости термо-ЭДС, в случае превышения рабочих температур
• Точность более 1°C труднодостижима, необходимо использовать термометры сопротивления или термисторы
• Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный