Термопара — принцип работы

Назначение

Термопары для измерения температуры применяют в промышленном и бытовом оборудовании. С помощью этих датчиков регистрируют рабочие и экстремальные показания. В комплексе со средствами автоматики (приводами, исполнительными устройствами) обеспечивают необходимые корректирующие действия.

Основные компоненты и принцип её работы

termoparaТермоэлектрический преобразователь представляет собой элементарную конструкцию, состоящую из двух проводников, которые соприкасаются друг с другом в одной или нескольких точках.

Сами проводники состоят из разнородных металлов. Именно отличие в составах металла является основополагающим фактором работы термопары.

В основе принципа действия заложено физическое явление, имеющего название эффект Зеебека. Когда два элемента из различных металлов прочно соединяют между собой в одной точке, а место стыка помещают в открытый огонь, то на оставшихся холодных концах спаянного проводника появляется разница потенциалов. Если к этим концам подсоединить измерительный прибор в виде вольтметра, то произойдет замыкание цепи, а датчик покажет появившееся напряжение.

Напряжение от разницы потенциалов нагретых металлов будет незначительным, однако его будет вполне достаточно для проявления индукции в чувствительных катушках электромагнитных отсекающих клапанов. Как только на холодных концах проводников появляется напряжение, клапан автоматически срабатывает и открывает проход топлива к запальнику.

[advice]Примите к сведению: работа современных клапанов устроена таким образом, что высокая чувствительность катушек позволяет оставлять открытым топливный канал до тех пор, пока напряжение не опуститься ниже отметки в 20 мВ. Термопара в обычном режиме производит напряжение в диапазоне от 40 до 50 мВ.[/advice]

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.

Буквенные обозначения и диапазон температур для различных типов термопар 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 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.

Разновидности

Температурные датчики на основе термопары разделяются по типу применяемых металлов.

Стандарты на цвета проводников термопар

Цветная изоляция проводников помогает отличить термоэлектроды друг от друга для правильного подключения к клеммам. Стандарты отличаются по странам, нет конкретных цветовых обозначений для проводников.

ВАЖНО: Необходимо узнать используемый стандарт на предприятии для предотвращения ошибок.

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.

Потенциометр Потенциометр

Цены

Стоимость термопары зависит от модели и используемых в ней сплавов. В среднем цены находятся в диапазоне 350-500 рублей. Ниже приведена таблица цен термопар на наиболее популярные модели газовых котлов.

Модель Стоимость, руб.
SIT 200 L=320 мм 0.200.003 для котлов Siberia 11, 11K, 17, 17K 450-550
SIT 200, L=750 мм — АОГВ — АКГВ СЕРИИ EUROSIT 500-560
55mm, M9x1 для Protherm Медведь PLO, Пантера 24 POV 0020027520 650-780
L = 250 для Ariston/Аристон SGA 120 R, 150 R, 200 R 1 500- 1 800
Универсальная термопара 30 mv, 60 sec, 90 cm 350-450

Преимущества

Простота конструкции объясняет небольшие технологические расходы и соответствующую демократическую стоимость многих серийных изделий. Вполне допустима по экономическим параметрам установка термопары в духовку, газовую плиту, нагревательную колонку или котел системы отопления. Исключение – модели, созданные с применением благородных металлов.

Другие плюсы:

  • точность;
  • долговечность;
  • широкий рабочий диапазон.

Видео по теме

https://www.youtube.com/watch?v=YN5VryJaanM

Быстродействие измерения

Быстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора.

Что такое термопара, принцип действия, основные виды и типы

Факторы, увеличивающие быстродействие:

  1. Правильная установка и расчет длины первичного преобразователя;
  2. При использовании преобразователя с защитной гильзой необходимо уменьшить массу узла, подобрав меньший диаметр гильз;
  3. Сведение к минимуму воздушного зазора между первичным преобразователем и защитной гильзой;
  4. Использование подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем;
  5. Быстро движущаяся среда или среда с большей плотностью (жидкость).

Как правильно выбрать

Фото 6

Чтобы прибор исправно работал и не привёл к сбою всю систему, необходимо внимательно выбирать устройство. Для этого учитываются такие особенности:

  1. Технические параметры термопары должны полностью соответствовать характеристикам газового котла.
  2. На устройстве не должно быть видимых повреждений (микротрещины, сколы, потёртости).
  3. Маркировки должны быть видны.
  4. Предпочтение отдают продукции только проверенных компаний, которые несут ответственность за качество изделий.

Недостатки

Для объективности надо перечислить имеющиеся минусы:

  • нелинейные характеристики;
  • существенное влияние на точность места установки внешнего (холодного) спая, схемы соединений;
  • ухудшение функциональности под воздействием загрязнений, других внешних факторов.

Платинородий-платиновые

  • Наибольшая рекомендуемая температура эксплуатации 1350 градусов.Допускается кратковременное использование при 1600 градусах.Нецелесообразно использовать при температуре менее 400 градусов, так как ЭДС будет нелинейной и незначительной.При температуре более 1000 градусов термопара склонна к загрязнению кремнием, содержащимся в керамических изоляторах. Поэтому рекомендуется применять керамические трубки из чистого оксида алюминия.Способны работать в окислительной внешней среде.Если температура работы более 900 градусов, то такие термодатчики загрязняются железом, медью, углеродом и водородом, поэтому их запрещается армировать стальными трубками, либо необходимо изолировать электроды керамикой с газонепроницаемыми свойствами.

С принудительной вентиляцией

Эффективность газового оборудования напрямую зависит от качества топлива и полноты его сгорания. Для того чтобы обеспечить хорошую циркуляцию воздуха с содержащемся в нем кислородом, в камере сгорания в вытяжной системе устанавливается один или несколько вентиляторов.

Установки с принудительной вентиляцией могут быть оснащены как одним, так и несколькими электровентиляторами. Так как для их питания требуется электроэнергия, в целях экономии монтируются вентиляторы либо на вытяжку, либо на приток воздуха в камеру сгорания. Наибольшая эффективность оборудования достигается установкой обоих типов кулеров.

купить газовый котел для отопления частного дома

Преимущества и недостатки использования термопар

Достоинствами использования данного устройства можно назвать:

  • Большой температурный диапазон измерений;
  • Высокая точность;
  • Простота и надежность.

К недостаткам следует отнести:

  • Осуществление постоянного контроля холодного спая, поверки и калибровки контрольной аппаратуры;
  • Структурные изменения металлов при изготовлении прибора;
  • Зависимость от состава атмосферы, затраты на герметизацию;
  • Погрешность измерений из-за воздействия электромагнитных волн.

Монтаж термопары

Для минимизации отмеченных выше негативных влияний применяют подключение термопары проводами из тех же материалов, которые использованы для изготовления положительного (отрицательного) электрода. Обязательно соблюдают соответствие полярности. Измерительный блок (преобразователь) размещают на небольшом удалении. Данные с него в цифровой форме поступают в компьютерный центр для индикации показаний, последующей обработки.

Монтажные схемы

Монтажные схемы

Измерение температуры в контрольных точках (1) применяют для создания компенсационного напряжения. Если приборы подключают в разрыв цепи (2), выбирают проводники с одинаковыми параметрами.

Преимущества

  1. Прочность и надежность конструкции.Простой процесс изготовления.Спай датчика можно заземлять или соединять с объектом измерения.Широкий интервал эксплуатационных температур, что позволяет считать термоэлектрические датчики наиболее высокотемпературными из контактных видов.

Неисправность устройств котлов

Проверку выполняют по аналогичному с рассмотренным алгоритму. Отключают электропитание, газовую магистраль. Далее уточняют с помощью мультиметра, как работает термопара. При необходимости устанавливают новое изделие.

Видео

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-214’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-214’, async: true }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

«+»ipt>»;cachedBlocksArray[80435] = «

«;cachedBlocksArray[80432] = «

«;cachedBlocksArray[80429] = «

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-181’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-181’, async: true }, function() { var g = document.createElement(‘ins’); g.className = ‘adsbygoogle’; g.style = ‘display:block;text-align:center;width:660px;height:420px;’ g.setAttribute(‘data-ad-client’, ‘ca-pub-5399081021257607’); g.setAttribute(‘data-ad-slot’, ‘6458750303’); g.setAttribute(‘data-ad-format’, ‘Rectangle’); g.setAttribute(‘data-ad-layout’, ‘true’); g.setAttribute(‘data-full-width-responsive’, ‘in-article’); document.getElementById(‘yandex_rtb_R-A-263154-181’).appendChild(g); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

«+»ipt>»;cachedBlocksArray[80428] = «

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-180’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-180’, async: true }, function() { var g = document.createElement(‘ins’); g.className = ‘adsbygoogle’; g.style = ‘width:580px;height:400px;top:0;right:0;bottom:0;left:0;margin:auto;display:block;’; g.setAttribute(‘data-ad-client’, ‘ca-pub-5399081021257607’); g.setAttribute(‘data-ad-slot’, ‘5810429370’); document.getElementById(‘yandex_rtb_R-A-263154-180’).appendChild(g); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

«+»ipt>»;cachedBlocksArray[80427] = «

«;cachedBlocksArray[80426] = «

«;cachedBlocksArray[80425] = «

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-162’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-162’, async: true }, function() { var g = document.createElement(‘ins’); g.className = ‘adsbygoogle’; g.style = ‘width:580px;height:400px;top:0;right:0;bottom:0;left:0;margin:auto;display:block;’; g.setAttribute(‘data-ad-client’, ‘ca-pub-5399081021257607’); g.setAttribute(‘data-ad-slot’, ‘2323428743’); document.getElementById(‘yandex_rtb_R-A-263154-162’).appendChild(g); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

«+»ipt>»;cachedBlocksArray[80424] = «

«;cachedBlocksArray[80423] = «

«;cachedBlocksArray[80422] = «

«;cachedBlocksArray[80441] = «

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-217’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-217’, async: true }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

«+»ipt>»;cachedBlocksArray[80434] = «

«;cachedBlocksArray[80433] = «

«+»ipt>

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

«+»ipt>»;

Оценка статьи:

loading.gif

Загрузка…

Похожие темы:

Термопара(термоэлектрическийпреобразователь температуры) —термоэлемент, применяемый в

измерительныхи преобразовательных устройствах, атакже в системах автоматизации.

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-termopar3.jpg

Международныйстандарт на термопары МЭК60584(п.2.2) дает следующее определениетермопары:

Термопара— пара проводников из различныхматериалов, соединенных на одном концеи формирующих

частьустройства, использующего термоэлектрическийэффект для измерения температуры.

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-termopar4.jpg

Дляизмерения разности температур зон, нив одной из которых не находится вторичныйпреобразователь

(измерительтермо-ЭДС), удобно использоватьдифференциальную термопару: двеодинаковых термопары,

соединенныхнавстречу друг другу. Каждая из нихизмеряет перепад температур между своимрабочим

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-termopar5.jpg

спаеми условным спаем, образованным концамитермопар, подключёнными к клеммамвторичного

преобразователя,но вторичный преобразователь измеряетразность. их сигналов, таким образом,две

термопарывместе измеряют перепад температурмежду своими рабочими спаями.

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-termopar6.jpg

Принципдействия основан на эффектеЗеебека или, иначе, термоэлектрическомэффекте.

Когда концы проводника находятсяпри разных температурах, между нимивозникает разность потенциалов,пропорциональная разности температур.Коэффициент пропорциональности называюткоэффициентом термоэдс. У разных металловкоэффициент термоэдс разный и,соответственно, разность потенциалов,возникающая между концами разныхпроводников, будет различная. Помещаяспай из металлов с отличными коэффициентамитермоэдс в среду с температурой Т1,мы получим напряжение между противоположнымиконтактами, находящимися при другойтемпературе Т2,котороебудет пропорционально разности температурT1и Т2.

Вопрос №4 Виды термометров сопротивления.

Термометрсопротивления —датчик для измерения температуры,сопротивление чувствительного элементакоторого зависит от температуры. Можетбыть выполнен из металлического илиполупроводникового материала. 6 последнемслучае называется термистором.

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-termopar7.jpg

Представляетсобой резистор, выполненный изметаллической проволоки или пленки иимеющий известную зависимостьэлектрического сопротивления оттемпературы Наиболее распространённыйтип термометров сопротивления —платиновые термометры Это объясняетсятем, что платина имеет высокий температурныйкоэффициент сопротивления и высокуюстойкость к окислению. Эталонныетермометры изготавливаются из платинывысокой чистоты с температурнымкоэффициентом не менее 0,003925. В качестверабочих средств измерений применяютсятакже медные и никелевые термометры.

Встандарте приведены диапазоны, классыдопуска, таблицы НСХ и стандартныезависимости сопротивление-температура.Стандарт соответствует международномустандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте впервыеотказались от нормирования конкретныхноминальных сопротивлений. Сопротивлениеизготовленного термометра может бытьлюбым.

Промышленные платиновые термометрысопротивления в большинстве случаевиспользуются со стандартной зависимостьюсопротивление-температура (НСХ), чтообуславливает погрешность не лучше 0,1°С (класс АА при 0 °С). Термометрысопротивления на основе запыленной наподложку плёнки отличаются повышеннойвибропрочностью, но меньшим диапазономтемператур. Максимальный диапазон, вкотором установлены классы допускаплатиновых термометров для проволочныхчувствительных элементов составляет660 °С (класс С), для пленочных 600 °С (классС).

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-termopar8.jpg

Преимуществатермометров сопротивления

Высокаяточность измерений (обычно лучше ±1 °С),может доходить до 0,01 °С.

Возможностьисключения влияния изменения сопротивлениялиний связи на результат измерения прииспользовании 3-х или 4-х проводной схемыизмерений

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-termopar9.jpg

Практическилинейная характеристика

Недостаткитермометров сопротивления

Малыйдиапазон измерений (по сравнению стермопарами)

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-termopar10.jpg

Немогут измерять высокую температуру

Термопарой называют устройство, используемое для измерения температуры в научных исследованиях, промышленности, медицины, автоматических системах.

Конструкция

По конструкции термопары бывают:

1.

С изолированным слоем. У этих термопар обеспечена электрическая изоляция рабочего слоя от земли. Для этих термопар изоляция входа измерительного устройства от земли не имеет значения.

2.

С неизолированным слоем. Эти термопары могут быть подключены лишь к тем измерительным устройствам, входы которых изолированы от земли. В противном случае появятся два дополнительных замкнутых контура, что приведет к сбоям показаний прибора.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом