О чем эта статья
Проведен обзор термопар различных типов. Из этого материала вы узнаете как работает термопара, на что нужно обращать внимание при выборе термопар, а также приведены примеры и рекомендации к покупке.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Обзор датчиков вибрации» или «Должностная инструкция инженера КИПиА».
Благодаря дешевизне, простоте конструкции, надежности и высокой точности измерений, эти датчики температуры прочно вошли в нашу жизнь и используются повсеместно, как в домашнем хозяйстве, например, в газовой плите, так и в промышленности, в частности, в металлургии. Они практически повсеместно встроены в измерительные приборы и преобразователи.
Принцип действия термопар
Итак, термопара - это небольшое устройство (датчик), состоящее из двух металлических проволок, различных по своим свойствам, сваренных друг с другом.
Существует два стандартных общепринятых типа подключения термопары к измерительным и преобразовательным приборам. Устройства подключаются либо к свободным концам термоэлектродов (рис. а), либо в разрыв одной из дуг датчика (рис. б).
Два свободных конца подключаются к измерительной схеме (милливольтметру).
Это несложное приспособление позволяет с высокой точностью проводить измерения в различных агрессивных и неагрессивных средах при высоких и низких температурах. Для удобства потребителя производители выпускают термопары поверхностные и погружаемые, стационарные и переносные, а также оснащенные специальными оболочками, защищающими от влаги, ударов, взрывов и вибраций. Наиболее распространенная степень защиты данных устройств IP65.
Принцип действия температурного преобразователя довольно прост. При нагревании или охлаждении концов термопары в местах соединения дуг между двумя различными металлами (сплавами) наблюдается разность температур, вследствие чего возникает термоэлектродвижущая сила или, проще говоря, термоэдс. Это интересное свойство материалов описано в науке, как явление Зеебека. Познакомьтесь также с более подробным описанием устройства термопар.
Основными характеристиками для выбора термопары являются ее тип, изоляция и конструкция пробника, так как именно эти факторы определяют температурный диапазон, точность, а также достоверность проводимых измерений. При необходимости производить измерения в определенном диапазоне температур, выбор нужно остановить именно на той термопаре, коэффициент линейности которой остается самым стабильным в рамках этого диапазона. Если возникает необходимость получить максимально точные величины, то следует обратить внимание на класс допуска. Высокую точность измерений термопарного термометра в пределах всего диапазона рабочих температур может обеспечить только его калибровка.
Преобразователи температуры выдают аналоговый сигнал, который затем с помощью дополнительных устройств можно преобразовать в цифровой.
Наибольшее распространение получили термопары:
- хромель-алюмелиевые (ХА)
- хромель-копелевые (ХК)
- железо-константановые (ЖК)
- платинородиево-платиновые (ПП)
Тип K или ТХА. Материалы электродов: хромель-алюмель
Термопары, состоящие из хромеля и алюмели, относятся к датчикам общего назначения. Чаще всего применяются в качестве самых разнообразных щупов. Они очень популярны из-за своей невысокой стоимости и широкого диапазона измеряемых температур от -270°С до +1372 °С (предел измерений будет зависеть от диаметра используемой термоэлектродной проволоки). Нежелательно использование в атмосфере с повышенным содержанием серы, так как она влияет на оба электрода.
Преобразователи этого типа выпускает промышленная группа «Метран» («Rosemaunt»).
ТХА Метран-231-1-3, ТХА Метран-231-4-5 и ТХА Метран-241
Метран-231-1-3 предусмотрен для измерения температур жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, которые не разрушают оболочку кабеля. Благодаря тому, что данные термопреобразователи исполнены в кабельном виде, они не боятся изгибаний в ходе укладки и монтажа, легко укладываются в труднодоступные места, а также прижимаются к поверхностям, температуру которых необходимо измерить. Диапазон рабочих температур от -40°С до +1000°С
Метран-231-4-5 используются для измерения температур продуктов, образующихся в процессе сгорания топлива (жидкого или газообразного) в пульсирующем потоке.
ТХА Метран-241 Разработаны для замеров температуры различных малогабаритных подшипников, а также поверхностей различных твердых тел, в том числе головок и корпусов термопластических автоматов, различных червячных прессов для переработки резиновых смесей и пластмасс. Диапазон рабочих температур от -40°С до +400°С.
Температурные преобразователи с унифицированным выходным сигналом используют во взрывоопасных зонах, где существует вероятность образования газов, паров, горючих жидкостей, образующих взрывоопасные смеси с воздухом категорий IIА, IIВ и IIС, а также групп Т1-Т6 согласно ГОСТ Р 51330.11-99. Функционируют в нейтральных и агрессивных средах, в которых защитная арматура не подвергается коррозии. В головку датчика встроен измерительный преобразователь с микропроцессором. Диапазон рабочих температур от 0°С до +1000°С
Термопары ДТПK(ХА)-EХ
Компания по разработке и производству КИПа «Овен» предлагает обычные и взрывозащищеные термопары ДТПK(ХА)-EХ
Диапазон рабочих температур от -40°С до +400°С.
Существует также ДТПК (ХА)-ЕХ с коммутационной головкой (тип ХХ5). Этот прибор имеет диапазон рабочих температур обычных датчиков от -40°С до +1100°С, для взрывозащищенных -200°С до +1200°С. В промежутке от -160°С до +333°С погрешность измерений может составлять до 2,5°С.
Термопреобразователи модификаций ДТПК(ХА) используются для постоянного измерения температуры разнообразных рабочих сред, не агрессивных к материалу, из которого изготовлен корпус датчика (газ, пар, вода, различные сыпучие материалы, а также химические реагенты и прочие). Во взрывозащищенном исполнении применяются для измерений температуры взрывоопасных смесей газов и паров, а также различных легковоспламеняющихся и взрывчатых веществ.
Тип L или ТХК. Материал термоэлектродов: хромель-копель
Диапазон измеряемых температур от -200 °С до +800 °С (зависит от диаметра проволоки термоэлектродов).
С помощью данных термодатчиков производят замеры температуры разных поверхностей, в частности, поверхности брони доменных печей.
Диапазон рабочих температур от 0°С до +400°С.
Функционирует как в газообразных и жидких химически неагрессивных средах, так и в агрессивных, не воздействующих на защитную арматуру. Благодаря взрывозащищенному корпусу ТХК Метран-252 рекомендовано использовать во взрывоопасных помещениях и зонах, где могут концентрироваться углекислый или природный газы, аммиак или смесь азотоводорода. Диапазон рабочих температур от 0 °С до +800 °С
Тип J или ТЖКн. Материал термоэлектродов: железо-константен
Железо-константеновые термопары не так популярны, как хромель-алюмелевые, однако у них тоже есть свои достоинства: низкая стоимость и стабильность работы в разряженной атмосфере. Диапазон рабочих температур от -210°C до +1200°C, но при температурах свыше 760°C, происходит постоянное нарушение градуировки измерительного устройства из-за резкого изменения магнитных свойств железа. Большая вероятность образования ржавчины на железном выводе из-за конденсата.
В качестве примера, возьмем немецкую фирму FuehlerSysteme eNET International
Термоэлемент MJG/E в оболочке
Термопара заключена в жаропрочную оболочку окиси магния, кабель может быть стекловолоконным, ПВХ или силиконовый, длиной 2м, 4м, 6м и 8м. Отличительной особенностью является высокая устойчивость к экстремальным условиям (давление, вибрация, сотрясение). Гибкая оболочка позволяет проводить измерения даже в труднодоступных местах.
Диапазон рабочих температур от -220°C до +850°C
Погружной тип термопар в алюминиевом корпусе с горловой трубкой, повышающей точность проводимых измерений и сменным измерительным элементом. Используется при замерах температуры в газообразных и жидких средах, с максимальным рабочим давлением до 40 бар.
Диапазон измеряемых температур от -200°C до +750°C.
Российский производитель «АТС-Прибор» также выпускает термоэлектрические преобразователи такого типа.
Эти датчики (как и модификации ТЖК004, ТЖК011) интересны тем, что с успехом могут заменить отказавшие или выработавшие ресурс термопреобразователи в импортном оборудовании, а также устанавливаются на любое отечественное оборудование взамен термопреобразователей типов ТХА и ТХК.
Диапазон измеряемых температур от -40°С до +600 °С
Типы B, R и S или ТПР, ТПП. Материал термоэлектродов: платина-родий-родий, платина-родий-платина
Термопары, сделанные из благородных металлов, состоят из дорогостоящих материалов и имеют практически аналогичные друг другу характеристики. Их отличительная особенность - это стабильность показаний и низкая чувствительность (около 10 мкВ/°C). Поэтому они применяются для проведения измерений высоких температур (свыше 300 °C).
Используются для замеров температуры как в нейтральных, так и окислительных газовых средах, которые не взаимодействуют с материалами термоэлектродов и защитной арматуры.
Диапазон измеряемой температуры от 0°С до 130°С
Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже