Termopara typu K: cechy, opis, rodzaje i zasada działania czujników termoelektrycznych

Termopara to przetwornik termoelektryczny. Innymi słowy jest to urządzenie służące do pomiaru temperatury w różnych dziedzinach: w medycynie, przemyśle, nauce, w systemach automatyki, a także w życiu codziennym. W dzisiejszych czasach termopary są szeroko rozpowszechnione i stosowane niemal wszędzie. W praktyce najczęściej stosowanymi termoparami są typu K oraz J i T. Służą do pomiaru temperatury wody, powietrza, gazów, smarów i tak dalej.

Klasyfikacja według typu

W razie potrzeby możliwe jest stworzenie takiego urządzenia nawet niezależnie. Jednak nadal powinieneś znać niektóre cechy takich konwerterów, ich różnicę w rodzaju użytych materiałów. A typy termopar są klasyfikowane w następujący sposób:

1. Wpisz E. Używany chrom stopowy - konstantan. Czujniki te są bardzo czułe - do 68 µV/°C. Nadaje się do użytku kriogenicznego. Temperatury aplikacji wahają się od -50°C do +740°C.
2. Wpisz J. Tutaj kompozycja to żelazo - konstantan. Stosowany do warunków w zakresie temperatur od -40°C do +750°C. Ma zwiększoną wydajność -50 µV / ° С.
   instagram viewer
3. Termopary typu K są wykonane ze stopu chromowo-aluminiowego. To bez wątpienia najpopularniejsze czujniki ogólnego przeznaczenia. Mają wydajność do 41 μV/°C. Stosowane są w zakresie temperatur od -200°C do +1350 °C. W warunkach nieutleniających i obojętnych czujniki typu K są używane do 1260 ° C.
4. Wpisz M. Te termopary są używane głównie w piecach próżniowych. Nadaje się do temperatur do +1400 ° C.
5. Regulatory typu N - nikrosil-nisil. Są stabilne i odporne na utlenianie oraz mają wydajność 39 μV/°C. Dlatego są używane w temperaturach od -270 ° C do +1300 ° C.
6. Typy B, R i S są dostępne ze stopu rodowo-platynowego. Klasy B, R i S - czujniki są dość drogie i mają niską wydajność: tylko 10 μV / ° C. Ze względu na wysoką niezawodność służą wyłącznie do pomiaru wysokich temperatur.
7. Czujniki na bazie stopów renu i wolframu. Zajmują się głównie automatyzacją procesów przemysłowych, produkcją wodoru i tak dalej. Nie zaleca się stosowania w środowisku kwaśnym.

Specyfikacje przyrządu

Warto zauważyć, że termopary nie potrzebują żadnych dodatkowych zasilaczy. Służą do pomiaru temperatur w dość szerokim zakresie: od -200 °C do +2000 °C. Ponadto mają zmienne parametry. Problematyczne jest również to, że należy wziąć pod uwagę wpływ temperatury wolnych końców na ostatecznych wynikach pomiarów. Ponadto niskie napięcie wyjściowe wymaga dość dokładnych wzmacniaczy.

Kompaktowe termometry cyfrowe są uderzającym przykładem zastosowania urządzeń opartych na zasadzie termopar. Obecnie jest to główny i być może najbardziej rozpowszechniony instrument do wykonywania pomiarów statycznych i dynamicznych.

Sygnałem wyjściowym termopary jest napięcie stałe. Można go łatwo przekonwertować na kod cyfrowy. A potem można to zmierzyć za pomocą najprostszych instrumentów. Do tych celów możesz wziąć na przykład mały multimetr cyfrowy.

Funkcja przyrządów pomiarowych termopar wysoka dokładność i czułość, a także poprawność charakterystyk konwersji. Zazwyczaj napięcie wyjściowe waha się od 0 do 50 mV, a typowa wydajność od 10 do 50 μV/°C. Wszystko zależy od materiałów użytych w czujniku.

Podstawowa zasada pracy

Zasada działania termopary opiera się na efekcie termoelektrycznym, zwanym inaczej efektem Seebecka. Stwierdza, że ​​gdy przewodnik jest odsłonięty, jego rezystancja i napięcie odpowiednio się zmieniają.

Zasada działania termopary polega na tym, że jeśli dwa różne przewodniki metalowe są połączone szeregowo, powstaje zamknięty obwód elektryczny. Jeśli następnie podgrzejesz to połączenie, w obwodzie powstaje siła elektromotoryczna (termo-EMF). Pod jego wpływem w obwodzie zamkniętym powstaje prąd elektryczny.

Miejsce ogrzewania z reguły nazywane jest gorącym złączem, w związku z tym zimne złącze nie nagrzewa się. Wartość termo-EMF jest mierzona poprzez podłączenie galwanometru lub mikrowoltomierza do przerwy w obwodzie elektrycznym. Oznacza to, że zależy to bezpośrednio od różnicy temperatur między zimnym i gorącym złączem.

Ze względu na nagrzewanie się złącza przewodów termopary pomiędzy wolnymi końcami powstaje różnica potencjałów. Można go łatwo przekonwertować na kod cyfrowy. Staje się możliwe określenie temperatury ogrzewania na styku przewodów.

Aby pomiary były dokładne, zimne złącze musi mieć zawsze stałą temperaturę. Ponieważ jest to dość trudne do osiągnięcia, stosuje się systemy rekompensat.

Zalety i wady

Termopary oferują wiele zalet w porównaniu z porównywalnymi termoelektrycznymi czujnikami temperatury. Do plusów należą na przykład:

• prosta konstrukcja;
• siła;
• niezawodność;
• wszechstronność;
• niska cena;
• może być używany w różnych warunkach;
• można mierzyć szeroką gamę temperatur;
• dokładność pomiarów.

Jednak, jak każde inne urządzenie, te czujniki mają swoje wady:

• raczej niskie napięcie wyjściowe;
• nieliniowość.

Pomiar temperatury za pomocą termopar, wynalezionych w XIX wieku, znajduje szerokie zastosowanie w nowoczesnej produkcji. Ponadto istnieją obszary działalności, w których wykorzystanie tych czujników jest czasami jedynym możliwym sposobem uzyskania niezbędnych pomiarów.