Lämpöparin toimintaperiaate ja suunnittelu on erittäin yksinkertainen. Tämä johti tämän laitteen suosioon ja sen laajaan käyttöön kaikilla tieteen ja tekniikan aloilla. Termoelementti on suunniteltu mittaamaan lämpötiloja laajalla alueella - -270 - 2500 astetta. Laite on ollut välttämätön apulainen insinööreille ja tutkijoille vuosikymmenien ajan. Se toimii luotettavasti ja virheettömästi, ja lämpötilalukemat ovat aina totta. Täydellisempää ja tarkempaa laitetta ei yksinkertaisesti ole. Kaikki modernit laitteet toimivat termopariperiaatteella. He työskentelevät vaikeissa olosuhteissa.
Lämpöparin määritys
Tämä laite muuntaa lämpöenergian sähkövirraksi ja mahdollistaa lämpötilan mittaamisen. Toisin kuin perinteiset elohopealämpömittarit, se pystyy toimimaan sekä erittäin alhaisissa että erittäin korkeissa lämpötiloissa. Tämä ominaisuus on johtanut lämpöparien laajaan käyttöön monissa erilaisissa asennuksissa: teollisuusmetallurgiset uunit, kaasukattilat, tyhjiökammiot kemialliselle lämpökäsittelylle, uuni kotitalouksien kaasuliedille. Lämpöparin toimintaperiaate pysyy aina muuttumattomana eikä ole riippuvainen laitteesta, johon se on asennettu.
Lämpöparin luotettava ja keskeytymätön toiminta riippuu laitteiden hätäpysäytysjärjestelmän toiminnasta, jos sallitut lämpötilarajat ylittyvät. Siksi tämän laitteen on oltava luotettava ja annettava tarkat lukemat, jotta se ei vaarantaisi ihmisten elämää.
Lämpöparien käytön edut
Tällaisten laitteiden lämpötilan säätämiseen käyttämisen etuja sovelluksesta riippumatta ovat:
- laaja valikoima indikaattoreita, jotka voidaan tallentaa termoparilla;
- lämpöparin juotto, joka on suoraan mukana lukemien ottamisessa, voidaan asettaa suoraan kosketukseen mittauspisteen kanssa;
- yksinkertainen lämpöparien valmistusprosessi, niiden vahvuus ja kestävyys.
Kuinka termoelementti toimii
Lämpöparilla on kolme pääelementtiä. Nämä ovat kaksi eri materiaalista tulevaa sähkönjohtoa sekä suojaputki. Johtimien (kutsutaan myös termoelektrodeiksi) kaksi päätä on juotettu, ja kaksi muuta on kytketty potentiometriin (lämpötilan mittauslaite).
Lämpöparin toimintaperiaate on yksinkertaisesti sanottuna se, että lämpöelektrodien liitospaikka on ympäristössä, jonka lämpötila on mitattava. Seebeck-säännön mukaan johtimiin syntyy potentiaaliero (muuten - lämpösähkö). Mitä korkeampi väliaineen lämpötila on, sitä merkittävämpi potentiaaliero on. Vastaavasti laitteen nuoli poikkeaa enemmän.
Nykyaikaisissa mittauskomplekseissa digitaaliset lämpötila-ilmaisimet ovat korvanneet mekaanisen laitteen. Uusi laite on kuitenkin ominaisuuksiltaan kaukana aina Neuvostoliiton vanhoista laitteista. Teknillisissä yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa he käyttävät tähän asti potentiometrejä 20-30 vuotta sitten. Ja niillä on hämmästyttävä mittaustarkkuus ja vakaus.
Laitetyypit
Jokaisella lämpöparityypillä on oma nimityksensä, ja ne on jaettu yleisesti hyväksytyn standardin mukaan. Jokaisella elektrodityypillä on oma lyhenne: TXA, TXK, TBR jne. Muuntimet jaetaan luokituksen mukaan:
- Tyyppi E - on kromelin ja konstantaanin seos. Tämän laitteen ominaisuudeksi katsotaan korkea herkkyys ja suorituskyky. Tämä sopii erityisen hyvin käytettäväksi erittäin alhaisissa lämpötiloissa.
- J - viittaa raudan ja konstantaanin seokseen. Siinä on suuri herkkyys, joka voi saavuttaa jopa 50 μV / ° C.
- Tyyppiä K pidetään suosituimpana kromi / alumiiniseoksena. Nämä lämpöparit pystyvät havaitsemaan lämpötilat välillä -200 ° C - +1350 ° C. Laitteita käytetään piireissä, jotka sijaitsevat hapettumattomissa ja inertteissä olosuhteissa, joissa ei ole ikääntymisen merkkejä. Kun laitteita käytetään melko happamassa ympäristössä, kromeli syöpyy nopeasti ja muuttuu käyttökelvottomaksi lämpötilan mittaamiseen lämpöparilla.
- Tyyppi M - edustaa nikkeliseoksia molybdeenin tai koboltin kanssa. Laitteet kestävät jopa 1400 ° C ja niitä käytetään asennuksissa, jotka toimivat tyhjiöuunien periaatteella.
- Tyyppi N - nichrosil-nisil-laitteet, joiden eron katsotaan olevan hapettumisenkestävyys. Niitä käytetään lämpötilojen mittaamiseen välillä -270 - +1300 ° C.
Se on sinulle mielenkiintoista Laite, toimintaperiaate ja superkondensaattorin käyttö
On rodium- ja platinaseoksista tehtyjä termopareja. Ne kuuluvat tyyppeihin B, S, R ja niitä pidetään vakain laitteina. Näiden muuntimien haittoja ovat korkea hinta ja alhainen herkkyys.
Korkeissa lämpötiloissa käytetään laajasti reniumista ja volframiseoksista valmistettuja laitteita. Lisäksi termoelementit voivat olla käyttötarkoituksensa ja käyttöolosuhteidensa mukaan upotettavia ja pintaisia.
Laitteilla on rakenteeltaan staattinen ja liikutettava liitos tai laippa. Lämpösähköisiä muuntimia käytetään laajalti tietokoneissa, jotka on yleensä kytketty COM-portin kautta ja jotka on suunniteltu mittaamaan kotelon sisällä olevaa lämpötilaa.
Seebeck-vaikutus
Lämpöparin toimintaperiaate perustuu tähän fyysiseen ilmiöön. Tärkeintä on tämä: jos liität kaksi eri materiaalista valmistettua johtinta (joskus käytetään puolijohteita), virta kulkee tällaista sähköpiiriä pitkin.
Siten, jos johtimien liitoskohtaa lämmitetään ja jäähdytetään, potentiometrin neula värähtelee. Virta voidaan havaita myös piiriin liitetyllä galvanometrillä.
Siinä tapauksessa, että johtimet on valmistettu samasta materiaalista, sähkömoottoria ei tapahdu, lämpötilaa ei voida mitata.
Lämpöparin kytkentäkaavio
Yleisimpiä menetelmiä mittauslaitteiden liittämiseksi lämpöpariin ovat niin kutsuttu yksinkertainen menetelmä kuin myös erilaistettu menetelmä. Ensimmäisen menetelmän ydin on seuraava: laite (potentiometri tai galvanometri) on kytketty suoraan kahteen johtimeen. Eriytetyllä menetelmällä johtimia ei juoteta, vaan molemmat, mutta mittauslaite "rikkoo" yhden elektrodeista.
On mahdotonta puhumattakaan niin kutsutusta etämenetelmästä termoparin liittämiseksi. Toimintaperiaate pysyy muuttumattomana. Ainoa ero on, että piiriin lisätään jatkojohdot. Näihin tarkoituksiin tavallinen kuparijohto ei sovi, koska kompensointijohdot on välttämättä valmistettava samoista materiaaleista kuin lämpöparin johtimet.
Lämpötilan mittaamisen termoparilla haitat
Lämpöparin käytön haittoja ovat:
- Lämpöparin "kylmän" kosketuksen lämpötilan jatkuvan valvonnan tarve. Tämä on termopariin perustuvien mittauslaitteiden suunnittelun erityispiirre. Tämän järjestelmän toimintaperiaate kaventaa sen soveltamisalaa. Niitä voidaan käyttää vain, jos ympäristön lämpötila on matalampi kuin mittauspisteen lämpötila.
- Lämpöparin valmistuksessa käytettyjen metallien sisäisen rakenteen rikkominen.Tosiasia on, että ulkoisen ympäristön vaikutuksen vuoksi kontaktit menettävät homogeenisuutensa, mikä aiheuttaa virheitä saaduissa lämpötila-indikaattoreissa.
- Mittauksen aikana lämpöparin kontaktiryhmä altistetaan yleensä negatiivisille ympäristövaikutuksille, mikä aiheuttaa häiriöitä käytön aikana. Tämä edellyttää jälleen koskettimien tiivistämistä, mikä aiheuttaa ylimääräisiä huoltokustannuksia tällaisille antureille.
- On olemassa vaara, että sähkömagneettiset aallot vaikuttavat lämpöpariin, joka on suunniteltu pitkällä kontaktiryhmällä. Tämä voi vaikuttaa myös mittaustuloksiin.
- Joissakin tapauksissa termoparissa syntyvän sähkövirran ja mittauspisteen lämpötilan välillä on lineaarinen suhde. Tämä tilanne edellyttää ohjauslaitteiston kalibrointia.
Johdinmateriaalit
Lämpöparin toimintaperiaate perustuu johtimien potentiaalieron esiintymiseen. Siksi elektrodimateriaalien valintaan on suhtauduttava erittäin vastuullisesti. Metallien kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien ero on tärkein tekijä termoparin toiminnassa, jonka laite ja toimintaperiaate perustuvat itseinduktion (potentiaalieron) EMF: n esiintymiseen piirissä.
Teknisesti puhtaat metallit eivät sovellu käytettäväksi lämpöparina (lukuun ottamatta ARMKO-rautaa). Useita ei-rautametallien ja jalometallien seoksia käytetään yleisesti. Tällaisilla materiaaleilla on vakaat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, joten lämpötilalukemat ovat aina tarkkoja ja objektiivisia. Vakaus ja tarkkuus ovat keskeisiä ominaisuuksia kokeilun järjestämisessä ja tuotantoprosessissa.
Tällä hetkellä yleisimmät lämpöparit ovat seuraavan tyyppisiä: E, J, K.
Lämpöparien toimintaperiaate ja rakenne
Termoelementti koostuu kahdesta johtimesta ja putkesta, joka toimii suojana termoelektrodeille. Lämpöelektrodit koostuvat perus- ja jalometalleista, useimmiten seoksista, jotka on kiinnitetty toisiinsa toisesta päästä (työpiste tai kuuma liitoskohta), joten ne muodostavat yhden laitteen osista. Lämpöparin muut päät (nousuputket tai kylmä liitos) on kytketty jännitemittariin. EMF ilmestyy kahden kytkemättömän liittimen keskelle, arvo riippuu työpään lämpötilasta.
Samanlaiset lämpömuuntimet, jotka on yhdistetty rinnakkain, sulkevat piirin, Seebeck-säännön mukaan tarkastelemme tätä sääntöä edelleen, niiden välille muodostuu kosketuspotentiaaliero tai termoelektrinen vaikutus, johtimiin ilmestyy sähkövarauksia, kun ne koskettavat, potentiaaliero syntyy niiden vapaat päät, ja se riippuu lämpötilaerosta. Vasta kun lämpöelektrodien välinen lämpötila on sama, potentiaaliero on nolla.
Esimerkiksi: Sijoittamalla risteys, jonka kertoimet eroavat nollasta, kahteen kiehuvaan kattilaan, jossa on nestettä, ensimmäisen lämpötila on 50 ja toisen 45 ° C, silloin potentiaaliero on 5.
Potentiaaliero määräytyy lähteiden välisen lämpötilaeron perusteella. Materiaali, josta lämpöparin elektrodit valmistetaan, riippuu myös. Esimerkki: Lämpöparin Chromel-Alumel lämpötilakerroin on 41 ja Chromel-Constantan on kerroin 68.
Lämpöparin tyyppi K
Tämä on ehkä yleisin ja yleisimmin käytetty termoparityyppi. Kromi-pari toimii hyvin lämpötiloissa -200-1350 celsiusastetta. Tämän tyyppinen termoelementti on erittäin herkkä ja havaitsee pienenkin lämpötilan nousun. Tämän parametrisarjan ansiosta lämpöparia käytetään sekä tuotannossa että tieteellisessä tutkimuksessa. Mutta sillä on myös merkittävä haittapuoli - työilmapiirin koostumuksen vaikutus. Joten, jos tämän tyyppinen termoelementti toimii CO2-ympäristössä, termoelementti antaa virheelliset lukemat.Tämä ominaisuus rajoittaa tämäntyyppisten laitteiden käyttöä. Lämpöparin kaavio ja toimintaperiaate pysyvät muuttumattomina. Ainoa ero on elektrodien kemiallisessa koostumuksessa.
Lämpöparien tyypit
Lämpöparien tekniset vaatimukset määritetään standardilla GOST 6616-94. Lämpömittareiden vakiotaulukot - nimelliset staattiset muunnosominaisuudet (NSC), toleranssiluokat ja mittausalueet on annettu IEC 60584-1.2 -standardissa ja GOST R 8.585-2001.
- platina-rodium-platina - TPP13 - tyyppi R
- platina-rodium-platina - TPP10 - tyyppi S
- platina-rodium-platina-rodium - TPR - tyyppi B
- rauta-konstantaani (rauta-kupari-nikkeli) TLC - tyyppi J
- kupari-konstantaani (kupari-kupari-nikkeli) TMKn - tyyppi T
- nikrosil-nisiili (nikkeli-kromi-nikkeli-nikkeli-pii) TNN - tyyppi N.
- kromi-alumiini - TXA - tyyppi K
- kromi-konstantaani TChKn - tyyppi E
- kromikopeli - THK - tyyppi L
- kuparikopeli - TMK - tyyppi M
- silkkisiliini - ТСС - tyyppi I
- volframi ja renium - volframirenium - TVR - tyypit A-1, A-2, A-3
Epäjaloa metallia olevien termoelementtien termoelementtien tarkkaa seoskoostumusta ei ole annettu standardissa IEC 60584-1. НС-kromi-kopel-lämpöparille ТХК ja volframi-renium-lämpöparille määritellään vain julkaisussa GOST R 8.585-2001. IEC-standardissa ei ole termoparidataa. Tästä syystä näistä metalleista tuotujen antureiden ominaisuudet voivat poiketa merkittävästi kotimaisista antureista, esimerkiksi tuotu tyyppi L ja kotimainen THK eivät ole keskenään vaihdettavissa. Samanaikaisesti tuontilaitteita ei yleensä ole suunniteltu kotimaisen standardin mukaisiksi.
IEC 60584 -standardia tarkistetaan parhaillaan. Tavallisiin tyypin A-1 volframi-renium-lämpöparit, joiden NSX vastaa Venäjän standardia, ja C-tyypit ASTM-standardin [6] mukaan, on tarkoitus lisätä.
Vuonna 2008 IEC esitteli kaksi uutta tyyppistä lämpöparia: kulta-platina ja platina-palladium. Uusi IEC 62460 -standardi vahvistaa vakiotaulukot näille puhtaan metallin lämpöparille. Vastaavaa venäläistä standardia ei ole vielä olemassa.
Lämpöparin toiminnan tarkistus
Jos termoelementti epäonnistuu, sitä ei voida korjata. Teoriassa voit tietysti korjata sen, mutta näyttääkö laite tarkka lämpötila sen jälkeen, on iso kysymys.
Joskus termoelementin vika ei ole ilmeinen ja ilmeinen. Tämä koskee erityisesti kaasulämmittimiä. Lämpöparin toimintaperiaate on edelleen sama. Sillä on kuitenkin hieman erilainen rooli eikä se ole tarkoitettu lämpötilalukemien visualisointiin, vaan venttiilien toimintaan. Siksi tällaisen termoelementin toimintahäiriön havaitsemiseksi on tarpeen liittää siihen mittauslaite (testeri, galvanometri tai potentiometri) ja lämmittää lämpöparin liitoskohtaa. Tätä varten ei ole välttämätöntä pitää sitä avotulella. Riittää vain puristaa se nyrkkiin ja nähdä, poikkeaako laitteen nuoli.
Lämpöparien epäonnistumisen syyt voivat olla erilaisia. Joten jos et aseta erityistä suojalaitetta termoelementille, joka on sijoitettu ioniplasman nitrausyksikön tyhjiökammioon, se muuttuu ajan myötä yhä hauraammaksi, kunnes toinen johtimista rikkoutuu. Lisäksi ei ole suljettu pois mahdollisuutta termoparin virheelliseen toimintaan elektrodien kemiallisen koostumuksen muutoksen vuoksi. Loppujen lopuksi termoparin perusperiaatteita loukataan.
Kaasulaitteet (kattilat, pylväät) on myös varustettu lämpöparilla. Elektrodin vikaantumisen pääasiallinen syy on korkeissa lämpötiloissa kehittyvät hapettumisprosessit.
Siinä tapauksessa, että laitteen lukemat ovat tarkoituksella vääriä ja ulkoisen tutkimuksen aikana heikkoja kiinnittimiä ei löydy, syy on todennäköisesti ohjaus- ja mittalaitteen vikaantumisessa. Tässä tapauksessa se on palautettava korjattavaksi.Jos sinulla on asianmukainen pätevyys, voit yrittää korjata ongelman itse.
Ja yleensä, jos potentiometrin neula tai digitaalinen ilmaisin näyttää ainakin joitain "elämän merkkejä", niin termoelementti on hyvässä toimintakunnossa. Tässä tapauksessa ongelma on selvästi jokin muu. Ja vastaavasti, jos laite ei reagoi millään tavalla ilmeisiin muutoksiin lämpötilajärjestelmässä, voit vaihtaa lämpöparin turvallisesti.
Ennen kuin purat termoelementin ja asennat uuden, sinun on kuitenkin varmistettava, että se on viallinen. Tätä varten riittää, että soi termopari tavallisella testerillä, tai vielä parempi, mittaa jännite lähdössä. Vain tavallinen volttimittari ei todennäköisesti auta tässä. Tarvitset millivoltimetrin tai testerin, jolla on kyky valita mitta-asteikko. Loppujen lopuksi potentiaaliero on hyvin pieni arvo. Ja tavallinen laite ei edes tunne sitä eikä korjaa sitä.
Suunnitteluominaisuuksia
Jos olemme tarkempia lämpötilan mittausprosessissa, tämä toimenpide suoritetaan lämpösähköisellä lämpömittarilla. Tämän laitteen tärkein herkkä elementti on termoelementti.
Itse mittausprosessi tapahtuu johtuen sähkömoottorin voiman muodostumisesta lämpöpariin. Lämpöparilaitteessa on joitain ominaisuuksia:
- Elektrodit on kytketty lämpöpariksi korkeiden lämpötilojen mittaamiseksi yhdessä pisteessä valokaarihitsauksella. Pieniä indikaattoreita mitattaessa tällainen kosketus tehdään juottamalla. Erityiset yhdisteet volframi-renium- ja volframi-molybdeenilaitteissa suoritetaan käyttämällä tiukkoja kiertoja ilman lisäprosessointia.
- Elementtien kytkentä suoritetaan vain työskentelyalueella, ja loppupituudella ne eristetään toisistaan.
- Eristysmenetelmä suoritetaan ylemmän lämpötila-arvon mukaan. Arvoalueella 100--120 ° C käytetään mitä tahansa tyyppistä eristystä, ilma mukaan lukien. Posliiniputkia tai helmiä käytetään enintään 1300 ° C: n lämpötiloissa. Jos arvo saavuttaa 2000 ° C, käytetään eristysmateriaalina alumiinioksidia, magnesiumia, berylliumia ja zirkoniumia.
- Ulkoista suojakoteloa käytetään anturin käyttöympäristöstä riippuen, jossa lämpötila mitataan. Se on valmistettu metalli- tai keraamisen putken muodossa. Tämä suoja tarjoaa lämpöparin vedeneristyksen ja pintasuojan mekaaniselta rasitukselta. Ulkopäällystemateriaalin on kestettävä korkeita lämpötiloja ja erinomaisen lämmönjohtavuuden.
On mielenkiintoista sinulle Sähköpaneelin asennus mittarin ja koneiden alle
Anturin rakenne riippuu suurelta osin sen käyttöolosuhteista. Lämpöparia luodessa otetaan huomioon mitattujen lämpötilojen alue, ulkoisen ympäristön tila, lämpöhitaus jne.
Lämpöparin edut
Miksi termopareja ei ole korvattu edistyneemmillä ja nykyaikaisemmilla lämpötila-antureilla niin pitkän käyttöhistorian aikana? Kyllä, yksinkertaisesta syystä, että toistaiseksi mikään muu laite ei voi kilpailla sen kanssa.
Ensinnäkin lämpöparit ovat suhteellisen halpoja. Vaikka hinnat voivat vaihdella laajalla alueella tiettyjen suojaelementtien ja pintojen, liittimien ja liittimien käytön seurauksena.
Toiseksi lämpöparit ovat vaatimattomia ja luotettavia, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää menestyksekkäästi aggressiivisissa lämpötiloissa ja kemiallisissa ympäristöissä. Tällaiset laitteet asennetaan jopa kaasukattiloihin. Lämpöparin toimintaperiaate pysyy aina samana käyttöolosuhteista riippumatta. Kaikki muut anturityypit eivät kestä tällaista vaikutusta.
Lämpöparien valmistus- ja valmistustekniikka on yksinkertainen ja helppo toteuttaa käytännössä.Karkeasti ottaen riittää vain kiertää tai hitsata johtojen päät eri metallimateriaaleista.
Toinen positiivinen ominaisuus on mittausten tarkkuus ja merkityksetön virhe (vain 1 aste). Tämä tarkkuus on enemmän kuin tarpeeksi teollisuustuotannon tarpeisiin ja tieteelliseen tutkimukseen.
Termopariliitosten tyypit
Moderni teollisuus tuottaa useita malleja, joita käytetään lämpöparien valmistuksessa:
- avoimella risteyksellä;
- eristetyllä risteyksellä;
- maadoitetulla risteyksellä.
Avoimen liitoksen lämpöparien ominaisuus on heikko vastustuskyky ulkoisille vaikutuksille.
Seuraavia kahta rakennetyyppiä voidaan käyttää mitattaessa lämpötiloja aggressiivisissa väliaineissa, joilla on tuhoava vaikutus kosketuspariin.
Lisäksi teollisuus hallitsee tällä hetkellä lämpöparien tuotantojärjestelmiä puolijohdetekniikoilla.
Lämpöparin haitat
Lämpöparilla ei ole paljon haittoja, varsinkin kun verrataan sen lähimpiin kilpailijoihin (muun tyyppiset lämpötila-anturit), mutta silti ne ovat, ja olisi epäoikeudenmukaista vaieta niistä.
Joten potentiaaliero mitataan millivoltteina. Siksi on välttämätöntä käyttää erittäin herkkiä potentiometrejä. Ja jos otetaan huomioon, että mittauslaitteita ei aina voida sijoittaa kokeellisen tiedon keräyspaikan välittömään läheisyyteen, on käytettävä joitain vahvistimia. Tämä aiheuttaa useita haittoja ja johtaa tarpeettomiin kustannuksiin tuotannon organisoinnissa ja valmistelussa.
Lämpöparien tyypit
- Kromi-alumiini
... Niitä käytetään pääasiassa teollisuudessa. Ominaisuudet: laaja lämpötila-alue -200 ... + 13000 ° C, edullinen hinta. Ei hyväksytty käytettäväksi kaupoissa, joissa on paljon rikkipitoisuutta. - Chromel-kopeli
... Sovellus on samanlainen kuin edellinen tyyppi, ominaisuus on suorituskyvyn säilyttäminen vain aggressiivisissa nestemäisissä ja kaasumaisissa väliaineissa. Käytetään usein lämpötilojen mittaamiseen avotakkaissa. - Rautavakio
... Tehokas harvinaisessa ilmapiirissä. - Platina-rodium-platina
... Kalleimmat. Niille on ominaista vakaa ja tarkka lukema. Käytetään korkeiden lämpötilojen mittaamiseen. - Volframi-renium
... Yleensä niiden suunnittelussa on suojakannet. Tärkein käyttöalue on väliaineen mittaaminen erittäin korkeissa lämpötiloissa.
