Mis on termopaar: tööpõhimõte ja selle rakendused

Proovige Meie Instrumenti Probleemide Kõrvaldamiseks





Aastal 1821 näitas füüsik, nimelt Thomas Seebeck, et kui ristmikule rakendatava temperatuuri korral ühendati ahela ühe ristmiku mõlemad otsad kahe erineva metalltraadiga, voolab vool läbi vooluringi mida tuntakse elektromagnetväljana (EMF). Vooluahela poolt toodetud energiat nimetatakse Seebecki efektiks. Kasutades Thomas Seebecki efekti oma juhendina, tegid mõlemad Itaalia füüsikud, nimelt Leopoldo Nobili ja Macedonio Melloni, 1826. aastal koostööd termoelektrilise patarei kujundamiseks, mida nimetatakse termiliseks kordnikuks. See juhtus Seebecki termoelektrilisuse avastamisest galvanomeeter samuti termopile kiirguse arvutamiseks. Tema pingutuste tõttu määratlesid mõned inimesed Nobili termopaari avastajana.

Mis on termopaar?

Termopaari võib määratleda kui omamoodi temperatuuri andur mida kasutatakse temperatuuri mõõtmiseks ühes konkreetses punktis elektromagnetvälja või elektrivoolu kujul. See andur koosneb kahest erinevast metalltraadist, mis on ühendatud ühes ristmikus. Temperatuuri saab sellel ristmikul mõõta ja metalltraadi temperatuuri muutus stimuleerib pingeid.






Termopaar

Termopaar

Seadmes genereeritud elektromagnetvälja kogus on väga minutiline (millivoltides), seega tuleb vooluringis toodetava e.m.f arvutamiseks kasutada väga tundlikke seadmeid. E.m.f arvutamiseks kasutatakse tavalisi seadmeid pinge tasakaalustamise potentsiomeeter ja tavaline galvanomeeter. Neist kahest kasutatakse füüsiliselt või mehaaniliselt tasakaalustuspotentsiomeetrit.



Termopaari tööpõhimõte

The termopaari põhimõte sõltub peamiselt kolmest efektist, nimelt Seebeck, Peltier ja Thompson.

Vaadake beck-efekti

Seda tüüpi efekt esineb kahe erineva metalli seas. Kui kuumus pakub mõnele metalltraadile, siis varustab elektronide vool kuumast metalltraadist külma metalltraadini. Seetõttu stimuleerib alalisvool vooluahelat.


Peltieri efekt

See Peltieri efekt on vastupidine Seebecki efektile. See efekt väidab, et temperatuuri erinevuse saab moodustada kahe erineva juhi vahel, rakendades nende vahel potentsiaalide variatsiooni.

Thompsoni efekt

See efekt väidab, et kui kaks erinevat metalli kinnistuvad ja kui nad moodustavad kaks liigendit, indutseerib pinge temperatuuri gradienti tõttu kogu juhi pikkuse. See on füüsiline sõna, mis näitab temperatuuri kiiruse ja suuna muutumist täpses asendis.

Termopaari ehitus

Seadme ehitus on näidatud allpool. See koosneb kahest erinevast metalltraadist, mis on ühendatud ristmiku otsas. Ristmik mõtleb mõõtmisotsana. Ristmiku ots liigitatakse kolme tüüpi, nimelt maandamata, maandatud ja avatud ristmikuks.

Termopaari ehitus

Termopaari ehitus

Maandamata ristmik

Seda tüüpi ristmikul on juhid kaitsekattest täielikult eraldatud. Selle ristmiku rakendused hõlmavad peamiselt kõrgsurve rakendustöid. Selle funktsiooni kasutamise peamine eelis on hulkuva magnetvälja efekti vähendamine.

Maandatud-ristmik

Seda tüüpi ristmikul on metalljuhtmed ja ka kaitsekate ühendatud. Seda funktsiooni kasutatakse happelise atmosfääri temperatuuri mõõtmiseks ja see tagab müra suhtes vastupidavuse.

Exposed-Junction

Katmata ristmik on rakendatav piirkondades, kus on vaja kiiret reageerimist. Seda tüüpi ristmikku kasutatakse gaasi temperatuuri mõõtmiseks. Temperatuurianduri valmistamiseks kasutatud metall sõltub põhimõtteliselt temperatuuri arvutamise vahemikust.

Üldiselt on termopaar konstrueeritud kahe erineva metalltraadiga, nimelt raud ja konstant, mis teeb elemendi tuvastamiseks ühenduseks ühe ristmiku, mida nimetatakse kuumaks ristmikuks. See koosneb kahest ristmikust, ühe ristmiku ühendab voltmeeter või saatja kus külm ristmik ja teine ​​ristmik on seotud protsessis, mida nimetatakse kuumaks ristmikuks.

Kuidas termopaar töötab?

The termopaaride skeem on näidatud alloleval pildil. Seda vooluringi saab ehitada kahe erineva metalliga ja need on omavahel ühendatud kahe ristmiku loomisega. Neid kahte metalli ümbritseb keevitamine.

Ülaltoodud diagrammil tähistatakse ristmikke tähtedega P & Q ning temperatuure tähistatakse tähistega T1 ja T2. Kui ristmiku temperatuur ei erine üksteisest, siis tekitab vooluahelas elektromagnetiline jõud.

Termopaari ahel

Termopaari ahel

Kui ristmiku otsas parasvöötme väärtus muutub ekvivalentseks, siis ekvivalent, nagu ka vastupidine elektromagnetiline jõud, tekitatakse vooluringis ja voolu läbi selle ei toimu. Samamoodi tasakaalustub ristmiku otsa temperatuur, siis potentsiaalne variatsioon indutseeritakse selles vooluringis.

Vooluahelas indutseeritud elektromagnetilise jõu suurus sõltub termopaaride valmistamiseks kasutatavatest materjalidest. Mõõtevahendid arvutavad kogu voolu voolu kogu vooluahelas.

Vooluahelas indutseeritud elektromagnetiline jõud arvutatakse järgmise võrrandi abil

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Kus ∆Ө on temperatuuri erinevus nii termopaari ristmiku otsa kui ka võrdlustermopaari ristmiku otsa vahel, on a & b konstandid

Termopaaride tüübid

Enne termopaaride tüüpide arutelu alustamist tuleb arvestada, et atmosfääri temperatuuridest isoleerimiseks tuleb termopaari kaitsta kaitseümbrises. See kate minimeerib oluliselt seadme korrosioonimõju.

Niisiis, termopaare on palju. Vaatame neid üksikasjalikult.

Tüüp K - Seda nimetatakse ka termopaari tüüpi nikkel-kroom / nikkel-alumiiniumiks. See on kõige sagedamini kasutatav tüüp. Sellel on suurenenud töökindluse, täpsuse ja odavus ning see võib töötada laiendatud temperatuurivahemike korral.

K tüüp

K tüüp

Temperatuurivahemikud on:

Termopaari klassi traat - -454F kuni 2300F (-2700C kuni 12600C)

Pikendusjuhe (00C kuni 2000C)

Selle K-tüüpi täpsustase on

Standardne +/- 2,2C või +/- 0,75% ja eripiirid on +/- 1,1C või 0,4%

Tüüp J - See on segu rauast / konstantanist. See on ka kõige sagedamini kasutatav termopaari tüüp. Sellel on suurenenud töökindluse, täpsuse ja odavad omadused. Seda seadet saab kasutada ainult madalamate temperatuurivahemike korral ja kõrgel temperatuurivahemikul töötamisel on selle eluiga lühike.

J tüüp

J tüüp

Temperatuurivahemikud on:

Termopaari klassi traat - -346F kuni 1400F (-2100C kuni 7600C)

Pikendusjuhe (00C kuni 2000C)

Selle J-tüüpi täpsustase on

Standardne +/- 2,2C või +/- 0,75% ja eripiirid on +/- 1,1C või 0,4%

Tüüp T - See on segu Vasest / Constantanist. T-tüüpi termopaaril on suurem stabiilsus ja seda rakendatakse tavaliselt madalama temperatuuriga rakenduste jaoks, näiteks ülimadalatemperatuuriliste sügavkülmikute ja krüogeenide jaoks.

T tüüp

T tüüp

Temperatuurivahemikud on:

Termopaari klassi traat - -454F kuni 700F (-2700C kuni 3700C)

Pikendusjuhe (00C kuni 2000C)

Selle T-tüüpi täpsustase on

Standardne +/- 1,0C või +/- 0,75% ja eripiirid on +/- 0,5C või 0,4%

Tüüp E - See on segu nikkel-kroom / Constantanist. Sellel on suurem signaalivõime ja parem täpsus kui K- ja J-tüüpi termopaaride korral, kui neid töötatakse temperatuuril ≤ 1000F.

E tüüp

E tüüp

Temperatuurivahemikud on:

Termopaari klassi traat - -454F kuni 1600F (-2700C kuni 8700C)

Pikendusjuhe (00C kuni 2000C)

Selle T-tüüpi täpsustase on

Standardne +/- 1,7C või +/- 0,5% ja eripiirid on +/- 1,0C või 0,4%

Tüüp N - Seda peetakse kas Nicrosili või Nisili termopaariks. N tüübi temperatuuri ja täpsuse tasemed on sarnased tüübiga K. Kuid see tüüp on kallim kui tüüp K.

N tüüp

N tüüp

Temperatuurivahemikud on:

Termopaari klassi traat - -454F kuni 2300F (-2700C kuni 3920C)

Pikendusjuhe (00C kuni 2000C)

Selle T-tüüpi täpsustase on

Standardne +/- 2,2C või +/- 0,75% ja eripiirid on +/- 1,1C või 0,4%

Tüüp S - Seda peetakse kas plaatina / roodiumi või 10% / plaatina termopaariks. Termotüüp S on ülimalt rakendatud kõrgete temperatuuride vahemiku rakenduste jaoks, näiteks Biotechi ja apteekide organisatsioonides. Suurema täpsuse ja stabiilsuse tõttu kasutatakse seda isegi väiksema temperatuurivahemiku jaoks.

S tüüp

S tüüp

Temperatuurivahemikud on:

Termopaari klassi traat - -58F kuni 2700F (-500C kuni 14800C)

Pikendusjuhe (00C kuni 2000C)

Selle T-tüüpi täpsustase on

Standardne +/- 1,5C või +/- 0,25% ja eripiirid on +/- 0,6C või 0,1%

Tüüp R - Seda peetakse kas plaatina / roodiumi või 13% / plaatina termopaariks. S-tüüpi termopaar on ülimalt rakendatud kõrgete temperatuuride vahemikus kasutamiseks. Seda tüüpi on kaasas suurema roodiumikogusega kui tüüp S, mis muudab seadme kulukamaks. R- ja S-tüüpi omadused ja jõudlus on peaaegu sarnased. Suurema täpsuse ja stabiilsuse tõttu kasutatakse seda isegi väiksema temperatuurivahemiku jaoks.

R tüüp

R tüüp

Temperatuurivahemikud on:

Termopaari klassi traat - -58F kuni 2700F (-500C kuni 14800C)

Pikendusjuhe (00C kuni 2000C)

Selle T-tüüpi täpsustase on

Standardne +/- 1,5C või +/- 0,25% ja eripiirid on +/- 0,6C või 0,1%

Tüüp B - Seda peetakse kas 30% plaatina roodiumist või 60% plaatina roodiumi termopaarist. Seda kasutatakse laialdaselt temperatuurirakenduste kõrgemas vahemikus. Kõigist ülalnimetatud tüüpidest on tüüp B kõige kõrgem temperatuuripiirang. Kõrgendatud temperatuuril hoiab B-tüüpi termopaar stabiilsust ja täpsust.

B tüüp

B tüüp

Temperatuurivahemikud on:

Termopaari klassi traat - 32F kuni 3100F (00C kuni 17000C)

Pikendusjuhe (00C kuni 1000C)

Selle T-tüüpi täpsustase on

Standard +/- 0,5%

Tüüpe S, R ja B peetakse väärismetalli termopaarideks. Need on valitud seetõttu, et need võivad töötada ka kõrgel temperatuuril, pakkudes suurt täpsust ja pikka eluiga. Kuid võrreldes mitteväärismetallidega on need kallimad.

Termopaari valimisel tuleb arvestada paljude teguritega, mis sobivad nende rakendustega.

  • Kontrollige, millised on teie rakenduse jaoks vajalikud madala ja kõrge temperatuuri vahemikud?
  • Millist termopaari eelarvet kasutada?
  • Millist täpsuse protsenti kasutada?
  • Millistes atmosfääritingimustes töötab termopaar, näiteks inertne gaasiline või oksüdeeriv
  • Milline on eeldatav reageerimise tase, mis tähendab, et kui kiiresti peab seade reageerima temperatuurimuutustele?
  • Mis on kogu eluea pikkus, mis on vajalik?
  • Enne operatsiooni kontrollige, kas seade on vette või mitte ja millisele sügavusele?
  • Kas termopaari kasutamine peab olema katkendlik või pidev?
  • Kas termopaar saab seadme kogu eluea jooksul kokku keerata või painduda?

Kuidas teada saada, kui teil on halb termopaar?

Selleks, et teada saada, kas termopaar töötab ideaalselt, tuleb seadet testida. Enne seadme väljavahetamist tuleb kontrollida, kas see tegelikult töötab või mitte. Selleks piisab multimeetrist ja põhiteadmistest elektroonikast. Termopaari testimiseks multimeetri abil on peamiselt kolm lähenemisviisi ja neid on selgitatud järgmiselt:

Resistentsuskatse

Selle katse läbiviimiseks tuleb seade asetada gaasiseadme torusse ja vajalikuks varustuseks on digitaalsed multimeeter- ja krokodilliklipid.

Toimimisviis - ühendage krokodilliklambrid multimeetri sektsioonidega. Kinnitage klambrid termopaari mõlemasse otsa, kus üks ots volditakse gaasiklapi sisse. Nüüd lülitage multimeeter sisse ja märkige üles lugemisvalikud. Kui multimeeter kuvab oomi väikeses järjekorras, on termopaar ideaalses töökorras. Või muidu, kui näit on 40 oomi või rohkem, siis pole see heas seisukorras.

Avatud vooluringi test

Siin kasutatakse varustuseks krokodilliklippe, tulemasinat ja digitaalset multimeetrit. Siin arvutatakse takistuse mõõtmise asemel pinge. Soojendage nüüd termopaari ühte otsa. Kui multimeeter kuvab pinget vahemikus 25–30 mV, töötab see korralikult. Või muidu, kui pinge on 20mV lähedal, tuleb seade välja vahetada.

Suletud ahela test

Siin on kasutatud seadmeid krokodilliklambrid, termopaariadapter ja digitaalne multimeeter. Siin asetatakse adapter gaasiklapi sisse ja seejärel asetatakse termopaar adapteri ühte serva. Nüüd lülitage multimeeter sisse. Kui näidud jäävad vahemikku 12–15 mV, on seade korras. Või muidu, kui pingenäit langeb alla 12mV, näitab see vigast seadet.

Nii et ülaltoodud katsemeetodeid kasutades saab teada, kas termopaar töötab korralikult või mitte.

Mis vahe on termostaadil ja termopaaril?

Termostaadi ja termopaari erinevused on järgmised:

Tunnusjoon Termopaar Termostaat
Temperatuuri vahemik-454 kuni 32720F-112 kuni 3020F
HinnavahemikVähemKõrge
StabiilsusTagab vähem stabiilsustTagab keskmise stabiilsuse
TundlikkusTermopaaril on vähem tundlikkustParimat stabiilsust pakub termostaat
LineaarsusMõõdukasVaene
Süsteemi maksumusKõrgeKeskmine

Eelised ja puudused

Termopaaride eelised hõlmavad järgmist.

  • Täpsus on kõrge
  • See on vastupidav ja seda saab kasutada nii karmides kui ka kõrge vibratsiooniga keskkondades.
  • Termiline reaktsioon on kiire
  • Temperatuuri tööpiirkond on lai.
  • Lai töötemperatuuri vahemik
  • Maksumus on madal ja äärmiselt ühtlane

Termopaaride puudused hõlmavad järgmist.

  • Mittelineaarsus
  • Vähim stabiilsus
  • Madalpinge
  • Vajalik on viide
  • vähemalt tundlikkus
  • Termopaari ümberkalibreerimine on raske

Rakendused

Mõned termopaaride rakendused sisaldama järgmist.

  • Neid kasutatakse temperatuurianduritena termostaatides kontorites, kodudes, kontorites ja ettevõtetes.
  • Neid kasutatakse tööstuses raua, alumiiniumi ja metalli metallide temperatuuri jälgimiseks.
  • Neid kasutatakse toiduainetööstuses krüogeensete ja madalatemperatuuriliste rakenduste jaoks. Termoelemente kasutatakse soojuspumbana termoelektrilise jahutuse teostamiseks.
  • Neid kasutatakse temperatuuri testimiseks keemiatehastes, naftatehastes.
  • Neid kasutatakse gaasimasinates pilootleegi tuvastamiseks.

Mis vahe on TTA-l ja termopaaril?

Teine peamine asi, mida tuleb termopaari puhul arvesse võtta, on see, kuidas see erineb RTD-seadmest. Niisiis selgitab tabel erinevusi TTA ja termopaari vahel.

TTA Termopaar
RTD sobib laialdaselt väiksema temperatuurivahemiku (-200 ° C) mõõtmiseks0C kuni 5000C)Termopaar sobib kõrgema temperatuurivahemiku (-180 ° C) mõõtmiseks0C kuni 23200C)
Minimaalse lülitusvõimaluse korral on see stabiilsemNeil on minimaalne stabiilsus ja ka mitu korda testimisel pole tulemused täpsed
Selle täpsus on suurem kui termopaarilTermopaaril on vähem täpsust
Tundlikkusvahemik on suurem ja sellega saab arvutada isegi minimaalsed temperatuurimuutusedTundlikkuse vahemik on väiksem ja nende abil ei saa arvutada minimaalseid temperatuurimuutusi
TTA-seadmetel on hea reageerimisaegTermopaarid pakuvad kiiret reageerimist kui TTA
Väljund on lineaarse kujugaVäljund on mittelineaarse kujuga
Need on kallimad kui termopaarNeed on säästlikud kui TTA-d

Mis on eluiga?

The termopaari eluiga põhineb rakendusel, kui seda kasutatakse. Seega ei saa termopaari eluperioodi konkreetselt ennustada. Kui seadet hooldatakse nõuetekohaselt, on seadme pikk eluiga. Kusjuures pärast pidevat kasutamist võivad need vananemise tagajärjel kahjustuda.

Ja seetõttu väheneb väljundvõimsus ja signaalid on halva efektiivsusega. Termopaari hind pole samuti kõrge. Niisiis, rohkem soovitatakse termopaari muuta iga 2-3 aasta tagant. See on vastus milline on termopaari eluiga ?

Seega on see kõik ülevaade termopaarist. Eespool toodud teabe põhjal võime lõpuks järeldada, et termopaari väljund saab arvutada selliste meetodite abil nagu multimeeter, potentsiomeeter ja võimendi väljundseadmete kaupa. Termopaari peamine eesmärk on luua järjepidevad ja otsesed temperatuuri mõõtmised erinevates rakendustes.