Termoporos veikimo principas ir konstrukcija yra labai paprasti. Tai paskatino šį įrenginį išpopuliarėti ir plačiai naudoti visose mokslo ir technologijų srityse. Termoelementas skirtas matuoti temperatūrą plačiu diapazonu - nuo -270 iki 2500 laipsnių Celsijaus. Įrenginys dešimtmečius buvo nepakeičiamas inžinierių ir mokslininkų padėjėjas. Jis veikia patikimai ir nepriekaištingai, o temperatūros rodmenys visada teisingi. Tobulesnio ir tikslesnio prietaiso paprasčiausiai nėra. Visi šiuolaikiniai prietaisai veikia termoporos principu. Jie dirba sunkiomis sąlygomis.
Termoporos priskyrimas
Šis prietaisas šiluminę energiją paverčia elektros srove ir leidžia matuoti temperatūrą. Skirtingai nuo tradicinių gyvsidabrio termometrų, jis gali veikti tiek žemos, tiek ir aukštos temperatūros sąlygomis. Dėl šios savybės termoelementai buvo plačiai naudojami įvairiuose įrenginiuose: pramoninėse metalurgijos krosnyse, dujų katiluose, vakuuminėse kamerose cheminiam terminiam apdorojimui, buitinių dujinių viryklių krosnims. Termoporos veikimo principas visada lieka nepakitęs ir nepriklauso nuo įrenginio, kuriame jis sumontuotas.
Patikimas ir nenutrūkstamas termoporos veikimas priklauso nuo prietaisų avarinio išjungimo sistemos veikimo, viršijus leistinas temperatūros ribas. Todėl šis prietaisas turi būti patikimas ir tiksliai parodyti, kad nekeltų pavojaus žmonių gyvybei.
Termoelementų naudojimo pranašumai
Tokių prietaisų naudojimo temperatūros kontrolei privalumai, neatsižvelgiant į paskirtį, yra šie:
- didelis rodiklių diapazonas, kurį galima įrašyti naudojant termoporą;
- termoporos, tiesiogiai susijusios su rodmenų paėmimu, litavimas gali būti tiesiogiai kontaktuojamas su matavimo tašku;
- paprastas termoporų gamybos procesas, jų stiprumas ir ilgaamžiškumas.
Kaip veikia termoelementas
Termoelementas turi tris pagrindinius elementus. Tai yra du elektros laidininkai iš skirtingų medžiagų, taip pat apsauginis vamzdis. Du laidininkų galai (dar vadinami termoelektrodais) yra lituoti, o kiti du yra prijungti prie potenciometro (temperatūros matavimo prietaiso).
Paprastai tariant, termoporos veikimo principas yra tas, kad termoelektrodų sandūra yra patalpinta aplinkoje, kurios temperatūra turi būti matuojama. Vadovaujantis Seebecko taisykle, laidininkams atsiranda potencialų skirtumas (kitaip - termoelektrinis). Kuo aukštesnė terpės temperatūra, tuo reikšmingesnis yra potencialų skirtumas. Atitinkamai prietaiso rodyklė labiau nukrypsta.
Šiuolaikiniuose matavimo kompleksuose skaitmeniniai temperatūros indikatoriai pakeitė mechaninį įtaisą. Tačiau naujasis prietaisas savo charakteristikomis toli gražu ne visada pranašesnis už senus, dar sovietinius laikus. Technikos universitetuose ir mokslinių tyrimų įstaigose iki šiol jie naudoja potenciometrus prieš 20–30 metų. Jie pasižymi nuostabiu matavimo tikslumu ir stabilumu.
Įrenginių tipai
Kiekvienas termoelementų tipas turi savo pavadinimą ir yra suskirstytas pagal visuotinai priimtą standartą. Kiekvienas elektrodo tipas turi savo santrumpą: TXA, TXK, TBR ir kt. Keitikliai paskirstomi pagal klasifikaciją:
- E tipas - chromelio ir konstantano lydinys. Manoma, kad šio prietaiso charakteristika yra didelis jautrumas ir našumas. Tai ypač tinka naudoti esant labai žemai temperatūrai.
- J - reiškia geležies ir konstantano lydinį. Jis pasižymi dideliu jautrumu, kuris gali siekti iki 50 μV / ° C.
- K tipas laikomas populiariausiu chromo / aliuminio lydiniu. Šios termoporos gali aptikti temperatūrą nuo -200 ° C iki +1350 ° C. Prietaisai naudojami grandinėse, esančiose neoksiduojančiomis ir inertinėmis sąlygomis, neturinčiomis senėjimo požymių. Naudojant prietaisus gana rūgščioje aplinkoje, chromelis greitai korozuoja ir tampa netinkamas matuoti temperatūrą termoelementu.
- M tipas - reiškia nikelio lydinius su molibdenu arba kobaltu. Prietaisai gali atlaikyti iki 1400 ° C ir naudojami įrenginiuose, veikiančiuose vakuuminių krosnių principu.
- N tipas - nichrosil-nisil prietaisai, kurių skirtumas yra atsparumas oksidacijai. Jie naudojami matuoti temperatūrą nuo -270 iki +1300 ° C.
Tai bus jums įdomu Įrenginys, veikimo principas ir superkondensatoriaus naudojimas
Yra termoelementų, pagamintų iš rodžio ir platinos lydinių. Jie priklauso B, S, R tipams ir yra laikomi stabiliausiais įtaisais. Šių keitiklių trūkumai yra aukšta kaina ir mažas jautrumas.
Esant aukštai temperatūrai, plačiai naudojami prietaisai, pagaminti iš renio ir volframo lydinių. Be to, atsižvelgiant į jų paskirtį ir eksploatavimo sąlygas, termoporos gali būti panardinamos ir paviršiaus.
Pagal konstrukciją prietaisai turi statinę ir kilnojamąją jungtį arba flanšą. Termoelektriniai keitikliai yra plačiai naudojami kompiuteriuose, kurie paprastai jungiami per COM prievadą ir yra skirti matuoti temperatūrą korpuso viduje.
Seebeck efektas
Šiuo fiziniu reiškiniu grindžiamas termoporos veikimo principas. Esmė yra tokia: jei prijungsite du laidininkus, pagamintus iš skirtingų medžiagų (kartais naudojami puslaidininkiai), tada tokia elektros grandine cirkuliuos srovė.
Taigi, jei laidininkų jungtis yra šildoma ir aušinama, potenciometro adata svyruos. Srovę taip pat galima aptikti galvanometru, prijungtu prie grandinės.
Tuo atveju, jei laidininkai pagaminti iš tos pačios medžiagos, tada elektromotorinė jėga neatsiras, atitinkamai nebus įmanoma išmatuoti temperatūros.
Termoporos prijungimo schema
Labiausiai paplitę matavimo prietaisų prijungimo prie termoporų būdai yra vadinamasis paprastas, taip pat diferencijuotas. Pirmojo metodo esmė yra tokia: prietaisas (potenciometras arba galvanometras) yra tiesiogiai sujungtas su dviem laidininkais. Taikant diferencijuotą metodą, lituojamas ne vienas, o abu laidininkų galai, tuo tarpu matavimo prietaisas „sulaužo“ vieną iš elektrodų.
Neįmanoma nepaminėti vadinamojo nuotolinio termoporos prijungimo metodo. Veikimo principas lieka nepakitęs. Vienintelis skirtumas yra tas, kad prie grandinės pridedami prailginimo laidai. Šiems tikslams įprastas varinis laidas netinka, nes kompensaciniai laidai turi būti pagaminti iš tų pačių medžiagų kaip ir termoporos laidininkai.
Temperatūros matavimo termoporos trūkumai
Termoporos naudojimo trūkumai yra šie:
- Būtinybė nuolat stebėti termoporos „šalto“ kontakto temperatūrą. Tai yra išskirtinis matavimo prietaisų, kurių pagrindas yra termoporos, dizaino bruožas. Šios schemos veikimo principas susiaurina jos taikymo sritį. Jie gali būti naudojami tik tuo atveju, jei aplinkos temperatūra yra žemesnė už matavimo taško temperatūrą.
- Termoporos gamyboje naudojamų metalų vidinės struktūros pažeidimas.Faktas yra tai, kad dėl išorinės aplinkos įtakos kontaktai praranda savo homogeniškumą, dėl kurio atsiranda klaidų gautuose temperatūros rodikliuose.
- Matavimo metu termoporos kontaktinė grupė paprastai patiria neigiamą aplinkos įtaką, o tai sukelia trikdžius veikiant. Tam vėl reikia užsandarinti kontaktus, o tai sukelia papildomas tokių jutiklių priežiūros išlaidas.
- Yra pavojus, kad elektromagnetinės bangos paveiks termoporą, sukurtą su ilga kontaktine grupe. Tai taip pat gali turėti įtakos matavimo rezultatams.
- Kai kuriais atvejais yra pažeidžiamas linijinis ryšys tarp termoporoje atsirandančios elektros srovės ir temperatūros matavimo taške. Šioje situacijoje reikia kalibruoti valdymo įrangą.
Laidininkų medžiagos
Termoelemento veikimo principas yra pagrįstas laidininkų potencialų skirtumo atsiradimu. Todėl į elektrodų medžiagų pasirinkimą reikia kreiptis labai atsakingai. Metalų cheminių ir fizinių savybių skirtumas yra pagrindinis termoporos veikimo veiksnys, kurio įtaisas ir veikimo principas yra pagrįstas savindukcijos EMF (potencialų skirtumo) atsiradimu grandinėje.
Techniškai gryni metalai netinka naudoti kaip termoporos (išskyrus geležį ARMKO). Paprastai naudojami įvairūs spalvotųjų ir tauriųjų metalų lydiniai. Tokios medžiagos turi stabilias fizines ir chemines savybes, todėl temperatūros rodmenys visada bus tikslūs ir objektyvūs. Stabilumas ir tikslumas yra pagrindinės eksperimento organizavimo ir gamybos proceso savybės.
Šiuo metu labiausiai paplitusios šių tipų termoporos: E, J, K.
Termoporų veikimo principas ir struktūra
Termoelementą sudaro du laidininkai ir vamzdis, kuris tarnauja kaip termoelektrodų apsauga. Termoelektrodai susideda iš netauriųjų ir tauriųjų metalų, dažniausiai lydinių, tvirtinamų vienas prie kito (darbinio galo ar karšto mazgo), taigi jie sudaro vieną iš prietaiso dalių. Kiti termoporos galai (stovai arba šalta jungtis) yra prijungti prie įtampos matuoklio. Dviejų nesujungtų gnybtų viduryje pasirodo EMF, vertė priklauso nuo darbo pabaigos temperatūros.
Lygiagrečiai sujungti identiški termoelementai uždaro grandinę, pagal Seebecko taisyklę mes toliau apsvarstysime šią taisyklę, tarp jų susidaro kontaktinio potencialo skirtumas arba termoelektrinis efektas, palietus ant laidininkų atsiranda elektriniai krūviai, atsiranda jų laisvi galai, ir tai priklauso nuo temperatūros skirtumo. Tik tada, kai temperatūra tarp termoelektrodų yra vienoda, potencialų skirtumas lygus nuliui.
Pvz .: Dedant sankryžą, kurios koeficientai skiriasi nuo nulio, į du verdančius puodus su skysčiu, pirmojo temperatūra yra 50, o antrojo - 45, tada potencialų skirtumas bus 5.
Potencialų skirtumą lemia šaltinių temperatūrų skirtumas. Medžiaga, iš kurios gaminami termoelementų elektrodai, taip pat priklauso. Pavyzdys: termoporos „Chromel-Alumel“ temperatūros koeficientas yra 41, o „Chromel-Constantan“ - 68.
Termoporos tipas K
Tai bene labiausiai paplitęs ir plačiausiai naudojamas termoelementų tipas. Pora chromelio - aliuminio puikiai veikia esant temperatūrai nuo -200 iki 1350 laipsnių Celsijaus. Šio tipo termoporos yra labai jautrios ir aptinka net nedidelį temperatūros šuolį. Dėl šio parametrų rinkinio termoelementas naudojamas tiek gamyboje, tiek moksliniuose tyrimuose. Tačiau tai taip pat turi reikšmingą trūkumą - darbo atmosferos sudėties įtaką. Taigi, jei tokio tipo termoelementai veiks CO2 aplinkoje, tai termoelementas parodys neteisingus rodmenis.Ši funkcija riboja šio tipo įrenginių naudojimą. Termoelemento schema ir veikimo principas lieka nepakitę. Vienintelis skirtumas yra cheminė elektrodų sudėtis.
Termoelementų tipai
Termoelementų techninius reikalavimus nustato GOST 6616-94. Standartinės termoelektrinių termometrų lentelės - nominalios statinės konversijos charakteristikos (NSC), tolerancijos klasės ir matavimo diapazonai pateikti IEC 60584-1.2 standarte ir GOST R 8.585-2001.
- platina-rodis-platina - TPP13 - R tipas
- platina-rodis-platina - TPP10 - S tipas
- platinos-rodžio-platinos-rodžio - TPR - B tipas
- geležies-konstantano (geležies-vario-nikelio) TLC - J tipas
- varis-konstantanas (varis-varis-nikelis) TMKn - T tipas
- nichrosil-nisilas (nikelio-chromo-nikelio-nikelio-silicio) TNN - N tipas.
- chromelis-aliuminis - TXA - K tipas
- chromelio-konstantano TChKn - E tipas
- chromel-kopelis - THK - L tipas
- vario kopelis - TMK - M tipas
- šilkinis silinas - ТСС - I tipas
- volframas ir renis - volframo renis - TVR - A-1, A-2, A-3 tipai
Tiksli netauriųjų metalų termoelementų lydinių termoelementų sudėtis IEC 60584-1 nenurodyta. Termometrų chromelio-kopelio termoporoms ТХК ir volframo-renio termoporoms НСХ apibrėžta tik GOST R 8.585-2001. IEC standarte nėra termoporos duomenų. Dėl šios priežasties importuotų iš šių metalų jutiklių charakteristikos gali smarkiai skirtis nuo vietinių, pavyzdžiui, importuoti L tipo ir vidaus THK nėra keičiami. Tuo pačiu metu importuojama įranga nėra sukurta pagal vidaus standartą.
Šiuo metu atnaujinamas IEC 60584 standartas. Į standartinius volframo-renio termoelementus planuojama įvesti A-1 tipo, kuriems NSX atitiks Rusijos standartą, ir C tipo pagal ASTM standartą [6].
2008 m. IEC pristatė du naujus termoelementų tipus: aukso-platinos ir platinos-paladžio. Naujasis IEC 62460 standartas nustato standartines šių gryno metalo termoporų lenteles. Kol kas nėra panašaus rusiško standarto.
Termoporos veikimo tikrinimas
Jei termoelementas sugenda, jo negalima taisyti. Teoriškai, žinoma, galite tai ištaisyti, tačiau ar po to prietaisas parodys tikslią temperatūrą, yra didelis klausimas.
Kartais termoporos gedimas nėra akivaizdus ir akivaizdus. Visų pirma tai taikoma dujiniams vandens šildytuvams. Termoporos veikimo principas vis dar tas pats. Tačiau jis vaidina šiek tiek kitokį vaidmenį ir yra skirtas ne temperatūros rodmenų vizualizavimui, bet vožtuvų veikimui. Todėl norint nustatyti tokio termoelemento veikimo sutrikimą, būtina prie jo prijungti matavimo prietaisą (testerį, galvanometrą ar potenciometrą) ir pašildyti termoporos sandūrą. Norėdami tai padaryti, nebūtina jo laikyti ant atviros ugnies. Pakanka tik įspausti jį į kumštį ir pamatyti, ar prietaiso rodyklė nukryps.
Termoporų gedimo priežastys gali būti įvairios. Taigi, jei ant termoporos, įdėtos į jonų ir plazmos nitridavimo įrenginio vakuuminę kamerą, nepridėsite specialaus apsauginio įtaiso, laikui bėgant jis taps vis trapesnis, kol nutrūks vienas iš laidininkų. Be to, neatmetama neteisingo termoporos veikimo galimybė dėl elektrodų cheminės sudėties pasikeitimo. Juk pažeidžiami pagrindiniai termoporos principai.
Dujų įranga (katilai, kolonos) taip pat yra su termoelementais. Pagrindinė elektrodo gedimo priežastis yra oksidaciniai procesai, vykstantys aukštoje temperatūroje.
Tuo atveju, kai prietaiso rodmenys yra sąmoningai klaidingi, o išorinio tyrimo metu silpni spaustukai nebuvo rasti, priežastis greičiausiai slypi valdymo ir matavimo prietaiso gedime. Tokiu atveju jis turi būti grąžintas remontui.Jei turite reikiamą kvalifikaciją, galite pabandyti patys išspręsti problemą.
Ir apskritai, jei potenciometro adata ar skaitmeninis indikatorius rodo bent keletą „gyvybės ženklų“, tai termoelementas yra geros būklės. Šiuo atveju akivaizdu, kad problema yra kažkas kita. Atitinkamai, jei prietaisas jokiu būdu nereaguoja į akivaizdžius temperatūros režimo pokyčius, galite saugiai pakeisti termoporą.
Tačiau prieš išardydami termoporą ir įdėdami naują, turite visiškai įsitikinti, kad ji yra sugedusi. Norėdami tai padaryti, pakanka apšviesti termoporą įprastu testeriu arba, dar geriau, išmatuoti išėjimo įtampą. Vargu ar čia padės tik įprastas voltmetras. Jums reikės milivoltmetro arba testerio, galinčio pasirinkti matavimo skalę. Galų gale skirtumas yra labai maža vertė. O standartinis prietaisas to net nepajus ir neištaisys.
Dizaino elementai
Jei mes kruopščiau vertiname temperatūros matavimo procesą, ši procedūra atliekama naudojant termoelektrinį termometrą. Pagrindinis jautrus šio prietaiso elementas yra termoelementas.
Pats matavimo procesas vyksta dėl to, kad termoporoje susidaro elektromotorinė jėga. Yra keletas termoelemento įtaiso savybių:
- Elektrodai sujungiami termoporose, kad būtų galima matuoti aukštą temperatūrą viename taške, naudojant elektrinį lankinį suvirinimą. Matuojant mažus rodiklius, toks kontaktas atliekamas naudojant litavimą. Specialūs junginiai volframo-renio ir volframo-molibdeno įtaisuose atliekami griežtai sukant be papildomo apdorojimo.
- Elementų sujungimas atliekamas tik darbo zonoje, o likusiame ilgyje jie yra izoliuoti vienas nuo kito.
- Izoliacijos metodas atliekamas atsižvelgiant į viršutinę temperatūros vertę. Kai vertė svyruoja nuo 100 iki 120 ° C, naudojama bet kokio tipo izoliacija, įskaitant orą. Porceliano vamzdeliai arba karoliukai naudojami iki 1300 ° C temperatūroje. Jei vertė pasiekia 2000 ° C, tada naudojama aliuminio oksido, magnio, berilio ir cirkonio izoliacinė medžiaga.
- Išorinis apsauginis dangtis naudojamas atsižvelgiant į jutiklio, kuriame matuojama temperatūra, naudojimo aplinką. Jis pagamintas metalinio arba keraminio vamzdžio pavidalu. Ši apsauga užtikrina hidroizoliaciją ir termoporos apsaugą nuo mechaninio įtempio. Išorinės dangos medžiaga turi atlaikyti aukštos temperatūros poveikį ir turėti puikų šilumos laidumą.
Jums bus įdomu Elektros skydo įrengimas po skaitikliu ir mašinomis
Jutiklio konstrukcija labai priklauso nuo jo naudojimo sąlygų. Kuriant termoporą, atsižvelgiama į išmatuotų temperatūrų diapazoną, išorinės aplinkos būklę, šiluminę inerciją ir kt.
Termoporos privalumai
Kodėl per tokią ilgą veikimo istoriją termoporos nebuvo pakeistos pažangesniais ir modernesniais temperatūros matavimo jutikliais? Taip, dėl paprastos priežasties, kad iki šiol joks kitas prietaisas negali konkuruoti su juo.
Pirma, termoelementai yra palyginti pigūs. Nors dėl tam tikrų apsauginių elementų ir paviršių, jungčių ir jungčių naudojimo kainos gali svyruoti labai įvairiai.
Antra, termoelementai yra nepretenzingi ir patikimi, o tai leidžia juos sėkmingai eksploatuoti agresyvioje temperatūroje ir cheminėje aplinkoje. Tokie įtaisai yra montuojami net dujų katiluose. Termoporos veikimo principas visada išlieka tas pats, neatsižvelgiant į darbo sąlygas. Ne visi kiti jutikliai gali atlaikyti tokį poveikį.
Termoelementų gamybos ir gamybos technologija yra paprasta ir lengvai įgyvendinama praktiškai.Apytiksliai tariant, pakanka tik susukti arba suvirinti laidų galus iš skirtingų metalinių medžiagų.
Kita teigiama charakteristika yra matavimų tikslumas ir nereikšminga paklaida (tik 1 laipsnis). Šis tikslumas yra daugiau nei pakankamas pramoninės gamybos poreikiams ir moksliniams tyrimams.
Termoelementų jungčių tipai
Šiuolaikinė pramonė gamina keletą dizainų, kurie naudojami termoelementų gamybai:
- su atvira sankryža;
- su izoliuota sankryža;
- su įžeminta sankryža.
Atviro sandūros termoporų bruožas yra prastas atsparumas išorės poveikiui.
Matuojant temperatūrą agresyviose terpėse, kurios turi destruktyvų poveikį kontaktų porai, galima naudoti šiuos du konstrukcijos tipus.
Be to, šiuo metu pramonė įsisavina termoelementų, naudojančių puslaidininkines technologijas, gamybos schemas.
Termoporos trūkumai
Termoporos trūkumų nėra daug, ypač lyginant su artimiausiais konkurentais (kitų tipų temperatūros jutikliais), bet vis dėlto jie yra, ir būtų nesąžininga apie juos netylėti.
Taigi, potencialų skirtumas matuojamas milivoltais. Todėl būtina naudoti labai jautrius potenciometrus. Ir jei atsižvelgsime į tai, kad matavimo prietaisai ne visada gali būti dedami šalia eksperimentinių duomenų rinkimo vietos, tada reikia naudoti kai kuriuos stiprintuvus. Tai sukelia nemažai nepatogumų ir nereikalingų išlaidų organizuojant ir ruošiant gamybą.
Termoelementų tipai
- Chromas-aliuminis
... Jie daugiausia naudojami pramonėje. Būdingos savybės: platus temperatūrų diapazonas -200 ... + 13000 ° C, prieinamos kainos. Nepatvirtinta naudoti parduotuvėse, kuriose yra daug sieros. - „Chromel-copel“
... Taikymas yra panašus į ankstesnį tipą, funkcija yra išsaugoti našumą tik neagresyviose skystose ir dujinėse terpėse. Dažnai naudojamas matuoti temperatūras atviro židinio krosnyse. - Geležies konstanta
... Veiksminga retoje atmosferoje. - Platina-rodis-platina
... Brangiausia. Jiems būdingi stabilūs ir tikslūs rodmenys. Naudojamas aukštai temperatūrai matuoti. - Volframas-renis
... Paprastai jie turi apsauginius dangčius. Pagrindinė taikymo sritis yra terpės matavimas esant itin aukštai temperatūrai.
