8-900-374-94-44
Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.
Стандартная термопараРекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.
Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.
Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора.
Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.
В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.
Цепь термопарыЦепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.
Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю.
Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.
Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.
Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.
В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно.
Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.
Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.
Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.
Цепь термопары с компенсирующим резисторомРабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.
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.
Типы термопар и диапазон их температурКогда 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.
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.
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 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.
ПотенциометрПирометр это продвинутый прибор для определения температуры любого объекта на основе инфракрасного датчика, который считывает невидимое инфракрасное излучение
Термистор чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала
Жидкостный термометр технический это прибор для измерения температуры технологических процессов при помощи жидкости, которая реагирует на изменение температуры
Ртутный термометр технический это прибор для измерения температуры, в котором в качестве жидкости используется ртуть, единственный жидкий метал
Биметаллический термометр это прибор для измерения температуры, принцип работы которого основан на расширении и сжатии твердых тел
ООО «Вектор-Инжиниринг»
Многофункциональный датчик качества воздуха подробнее . WS/O — Компактная метеостанция
подробнее …
|
Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики для измерения температуры. Непосредственное участие в измерении ложится на горячий спай, а свободные концы подключаются к измерительному прибору. Главной характеристикой термопар, является их Тип, который определяется разновидностью спаянных металлов. На прибор от термопары поступает напряжение в милливольтах, которое он сопоставляет с таблицей напряжений (согласно типу термопары), таблица заложена в памяти прибора и отражает текущее значение измерения.
Периодически у многих клиентов возникают проблемы с определением типа термопары, когда нет описательных характеристик и необходимо подобрать замену или аналог. Например, европейская классификация по сплавам для термопар Тип L (Fe-CuNi) и Тип J (Fe-CuNi) одинаковая, очень важно понимать что они не взаимозаменяемые и напряжение на выходе при одной и той же температуре у этих термопар будет разное. Таблица стандартов по цветовой маркировке изоляции проводов будет очень полезна в определении типа термопары, если нет никакой маркировки. Также необходимо отметить разновидность исполнения сенсорной части (горячего спая) термопар. Они бывают с изолированным и неизолированным рабочим спаем. Показатель быстродействия при измерении температуры у неизолированной термопары выше, чем у изолированной. Но при этом усложняется схема подключения и требуются изолированные модули ввода. Поскольку разница в быстродействии не столь существенна, в основном используются термопары с изолированным спаем. Как и все измерители температуры, термопары имеют классификацию по точности. Для примера классы точности Тип K и Тип J, самых распространенных в использовании термопар Класс 1: ±1.5 °C или ±0.004 x T (Тип K: -40 до +1000 °C), (Тип J :-40 до +750 °C) Класс 2: ±2.5 °C или ±0.0075 x T (Тип K: -40 до +1200 °C), (Тип J :-40 до +750 °C) Технические характеристики наиболее популярных термоэлектрических преобразователей (термопар) в соответствии с ГОСТ 3044 приведены в таблице:
Многие клиенты заблуждаются в том, что если типу термопары соответствует рабочий диапазон, например, 1200оС, то все модели термопары с этим типом будут работать в данном диапазоне. Незащищенный спай термопары быстро выгорит, и термопара выйдет из строя. Именно поэтому, сообразно задачам в измерении и рабочим диапазонам, есть разные по конструктиву и степени защиты модели термопар. Самой распространенной защитой для спая/термопары является металлический чехол или гильза из сплава Инконель 600 (2.4816, жаропрочный сплав на никелевой основе). Изоляцией для спая служит окись магния (MgO), сжатая под давлением. Такая защита делает термопару устойчивой к самым экстремальным условиям эксплуатации (повышенное давление, вибрация, сотрясения), позволяет выдерживать высокие механические нагрузки и обеспечивает долгий срок службы термопары, а также в зависимости от диаметра позволяет термопаре быть гибкой. Ярким примером такой термопары, которая достаточно универсальна в своем прикладном характере, является термопара в жаропрочной оболочке MKG/E:
Поскольку сферы применения термопар очень многогранны, то и модификации термопар имеют достаточное многообразие. Например, для измерения температуры вязких веществ в экструдерах или измерении температуры подшипников, часто используются байонетные термопары. Такие, как BF1/T или BF2/T.
В пищевой промышленности часто используются прокалывающие термопары, для измерения температуры продукта. Это может быть просто необходимым условием, чтобы соблюдать технологический процесс.
Обращаем ваше внимание на то, что очень часто для сохранения точности в измерении температуры посредством термопар, требуются особые компоненты для их подключения, это коннекторы и компенсационный кабель.
Термопары самых различных модификаций Вы сможете найти в нашем каталоге, это позволит решить вам задачи по измерению температуры с уверенностью в надежности и качестве. Важно отметить, что немецкая компания FuehlerSysteme может изготовить для вас термопары по вашим чертежам и с учетом ваших пожеланий, в том числе в минимальных количествах, небольшими партиями, ведь ни для кого не секрет, что термопары очень часто требуется подобрать под индивидуальные нужды клиента. Нам по силам: изменить диаметр и длину измерительной части, увеличить до необходимого длину кабеля и подобрать его изоляцию. Возможно изготовление индивидуальных модификаций по вашим чертежам.
Область применения термопар очень широка, и, как правило, заменить их нельзя никаким другим прибором. Вот лишь некоторые из способов использования термопар:
Почти каждый и нас в той или иной степени сталкивается с применением термопар, поэтому полезно иметь о них хотя бы общее представление. Надеемся , что данная статья была полезна для вас, но если у вас остались вопросы, то мы с радостью ответим на них по телефонам по телефонам 8 (800) 500-09-67 и 8 (812) 340-00-57. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Скачать PDF
Термопары являются одним из наиболее широко используемых устройств для измерения температуры из-за их надежности, воспроизводимости и быстрого времени отклика. В этом примечании по применению обсуждается основная работа термопары, включая определение и функцию эталонного (холодного) спая.
В примечании также даются рекомендации по выбору устройства для измерения температуры холодного спая в зависимости от потребностей применения. Показаны три примера схемы.
Из многих датчиков, доступных для измерения температуры, термопары являются одними из наиболее распространенных. Термопары используются в повседневных системах, таких как автомобили и бытовая техника. Они предлагают экономичные средства для измерения гораздо более широкого диапазона температур, чем другие распространенные решения, такие как резистивные термометры (RTD), термисторы и интегральные схемы для измерения температуры (ИС). Кроме того, надежность, воспроизводимость и малое время отклика делают термопары популярным выбором во многих средах.
Однако использование термопар имеет некоторые недостатки, в частности отсутствие линейности. Хотя термопары могут использоваться в более широком диапазоне температур, чем термометры сопротивления и ИС с датчиками температуры, они гораздо менее линейны.
Кроме того, термометры сопротивления и ИС, чувствительные к температуре, обычно обладают более высокой чувствительностью и точностью — двумя желательными характеристиками для более точных приложений. Сигналы термопар имеют очень низкий уровень и часто требуют усиления или преобразователя данных с высоким разрешением для обработки сигналов.
Несмотря на указанные выше недостатки, общая стоимость, простота использования и широкий диапазон температур по-прежнему делают термопары популярными.
Термопары – это дифференциальные устройства для измерения температуры. Они состоят из двух проводов из разнородных металлов. Один провод заранее обозначен как плюс, а другой как минус. В таблице 1 перечислены четыре наиболее распространенных типа термопар, используемые металлы или сплавы, а также допустимый диапазон температур для каждого типа. Каждый тип термопары предлагает уникальную термоэлектрическую характеристику в определенном диапазоне температур.
| Тип | Положительный металл/сплав | Негатив Металл/сплав | Диапазон температур (°C) |
| Т | Медь | Константан | от -200 до +350 |
| Дж | Железо | Константан | 0 до +750 |
| К | Хромель | Алумель | от -200 до +1250 |
| Е | Хромель | Константан | от -200 до +900 |
Если два разных металла соединяются (т. е. свариваются или припаиваются) для образования двух спаев, как показано на рис. 1а, напряжение, генерируемое петлей, является функцией разности температур между двумя спаями.
Это явление известно как эффект Зеебека, обычно описываемый как процесс преобразования тепловой энергии в электрическую. Эффект Зеебека противоположен эффекту Пельтье, при котором электрическая энергия преобразуется в тепловую, что наблюдается в таких приложениях, как термоэлектрические охладители. На рис. 1а видно, что измеренное выходное напряжение, В OUT , разница между измеряемым (горячим) напряжением и эталонным (холодным) спаем. Поскольку V H и V C генерируются разностью температур между двумя переходами, V OUT также является функцией этой разности температур. Масштабный коэффициент, который связывает разность напряжений с разностью температур, известен как коэффициент Зеебека.
Рисунок 1а. Напряжение контура, создаваемое разностью температур.
Рисунок 1б. Наиболее распространенная конфигурация термопары.
На рис. 1b показана конфигурация, наиболее часто используемая в приложениях с термопарами.
Эта конфигурация вводит третий металл (также известный как промежуточный металл ) в петлю и два дополнительных соединения. В этом примере открытые концы каждого провода электрически соединены с проводами или дорожками из меди. Эти соединения вводят в систему два дополнительных соединения. Пока эти два перехода имеют одинаковую температуру, промежуточный металл (медь) не влияет на выходное напряжение. Эта конфигурация позволяет использовать термопару без отдельного холодного спая. В OUT по-прежнему является функцией разницы между температурами горячего и холодного спаев, связанной с коэффициентом Зеебека. Однако, поскольку термопара измеряет температуру по-разному, необходимо знать температуру холодного спая, чтобы определить фактическую температуру, измеренную на горячем спае.
Простейший случай имеет место, когда холодный спай имеет температуру 0°C, также известную как ссылка на ледяную ванну. Если T C = 0°C, то V OUT = V H .
В этом случае напряжение, измеренное на горячем спае, является прямым преобразованием фактической температуры на этом спае. Национальное бюро стандартов (NBS) предоставляет справочные таблицы, содержащие данные о характеристиках зависимости напряжения термопары от температуры для различных типов термопар. Все данные основаны на температуре холодного спая 0°C. С эталоном ледяной бани вы можете определить температуру горячего спая, найдя V H в соответствующей таблице.
На заре термопар стандартом для термопар служила эталонная температура в ванне со льдом. Внедрение ледяной ванны сегодня нецелесообразно в большинстве ситуаций. Следовательно, когда температура холодного спая не равна 0°C, необходимо знать температуру этого спая, чтобы определить фактическую температуру горячего спая. Выходное напряжение термопары также должно быть скомпенсировано для учета напряжения, создаваемого ненулевой температурой холодного спая. Этот процесс известен как компенсация холодного спая.
Как объяснялось выше, для реализации компенсации холодного спая необходимо определить температуру холодного спая. Этот расчет может быть выполнен с любым типом устройства для измерения температуры. Среди наиболее популярных устройств ИС, чувствительные к температуре, термисторы и термометры сопротивления. Каждое семейство устройств имеет преимущества и недостатки по сравнению с другими, поэтому требования конкретного приложения будут определять, какой тип использовать.
Для приложений, требующих предельной точности, калиброванный платиновый термометр сопротивления обеспечивает наилучшие характеристики в самом широком диапазоне температур. Однако эта производительность сопряжена с высокой стоимостью.
Термисторы и кремниевые датчики температуры ИС являются экономичными альтернативами RTD для приложений, не требующих такой высокой точности. Термисторы работают в более широком диапазоне температур, чем кремниевые ИС.
Тем не менее, ИС, чувствительные к температуре, часто предпочтительнее термисторов из-за их линейности; исправление нелинейности термистора может потребовать слишком много работы от микроконтроллера системы. ИС, чувствительные к температуре, обеспечивают превосходную линейность, но работают в более узком диапазоне температур.
Таким образом, устройство измерения температуры холодного спая должно быть выбрано в соответствии с требованиями системы. Как и в любом приложении для измерения температуры, точность, температурный диапазон, стоимость и линейность являются важными факторами в процессе выбора. Каждое требование должно быть тщательно взвешено, чтобы выбрать оптимальное сочетание стоимости и производительности.
После того, как вы установите метод компенсации холодного спая, скомпенсированное выходное напряжение должно быть преобразовано в соответствующую температуру. Простой метод «перевода» использует таблицы поиска из NBS. Для реализации интерполяционных таблиц в программном обеспечении требуется память для хранения, но таблицы обеспечивают быстрое и точное решение, когда измерения должны повторяться непрерывно.
Два других метода преобразования напряжения термопары в температуру требуют несколько большей работы, чем справочные таблицы: 1) линейная аппроксимация с использованием полиномиальных коэффициентов; 2) аналоговая линеаризация выходного сигнала термопары.
Программная линейная аппроксимация популярна, потому что не требуется никакой памяти, за исключением предопределенных полиномиальных коэффициентов. Однако у этого метода есть недостаток: время обработки, связанное с решением полиномов нескольких порядков. Время обработки увеличивается для полиномов более высокого порядка, которые обычно требуются при работе с более широким диапазоном температур. Для температур, где требуются полиномы более высокого порядка, справочные таблицы могут оказаться более точными и эффективными, чем линейная аппроксимация.
До появления современного программного обеспечения аналоговая линеаризация обычно использовалась для преобразования измеренного напряжения в температуру (в дополнение к ручному поиску в справочных таблицах).
Этот аппаратный метод использует аналоговую схему для коррекции нелинейности отклика термопары. Его точность зависит от порядка используемой поправочной аппроксимации. Этот подход до сих пор широко используется в мультиметрах, принимающих сигналы термопары.
В следующих примерах показаны три метода компенсации холодного спая, в которых используются кремниевые ИС, чувствительные к температуре. Три схемы ориентированы на простые решения для приложений, требующих лишь узкого диапазона температур холодного спая (от 0°C до +70°C и от -40°C до +85°C) и точности в пределах нескольких градусов. Схема 1 включает в себя локальную ИС датчика температуры вблизи холодного спая для определения его температуры. Схема 2 включает выносной диодный датчик температуры, который питается от транзистора с диодным включением, установленного непосредственно на разъеме термопары. Схема 3 включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) со встроенной компенсацией холодного спая.
Во всех трех примерах используется термопара К-типа, изготовленная из хромеля и алюмеля.
В схеме, показанной на рисунке 2, 16-разрядный сигма-дельта АЦП преобразует низкоуровневое напряжение термопары в 16-разрядный последовательный цифровой выходной сигнал. Встроенный усилитель с программируемым усилением увеличивает разрешение АЦП, что часто необходимо при работе с низкоуровневыми сигналами термопар. ИС датчика температуры, расположенная в непосредственной близости от разъема термопары, измеряет температуру вблизи холодного спая. Этот метод основан на предположении, что температура на ИС примерно такая же, как и температура на холодном спае. Выходное напряжение с датчика температуры холодного спая преобразуется каналом 2 АЦП. Встроенное опорное напряжение 2,56 В датчика температуры устраняет необходимость в отдельной эталонной микросхеме.
Рис. 2. ИС с локальным датчиком температуры.
При работе в биполярном режиме АЦП может преобразовывать положительные и отрицательные уровни напряжения термопары, присутствующего в канале 1.
Канал 2 АЦП преобразует несимметричное выходное напряжение MAX6610 в цифровой сигнал для обработки микроконтроллером. Выходное напряжение интегральной схемы измерения температуры пропорционально измеренной температуре холодного спая.
Чтобы определить фактическую температуру горячего спая, необходимо сначала определить температуру холодного спая. Затем используйте справочные таблицы, предоставленные NBS для термопар типа K, чтобы преобразовать температуру холодного спая в соответствующее термоэлектрическое напряжение. После корректировки коэффициента усиления PGA добавьте это напряжение к оцифрованному показанию термопары. Затем переведите сумму в температуру, снова используя справочные таблицы. Результатом является фактическая температура в горячем спае. В таблице 2 показаны измерения, полученные при прогреве холодного спая от -40°C до +85°C в печи и выдерживании горячего спая при +100°C в отдельной печи. Точность измерений в значительной степени зависит от точности локальной ИС датчика температуры и температуры печи.
| Холодный спай Температура (°С) | Измеренный горячий спай Температура* (°С) | |
| Измерение №1 | -39,9 | +101.4 |
| Измерение #2 | 0,0 | +101,5 |
| Измерение №3 | +25,2 | +100,2 |
| Измерение #4 | +85.0 | +99.0 |
| * Значения в столбце с надписью «Измеренная температура горячего спая» представляют собой компенсированные измерения температуры горячего спая, взятые из схемы. | ||
На рис.
3 ИС с удаленным датчиком температуры диода измеряет температуру холодного спая цепи. В отличие от микросхемы с локальным измерением температуры, датчику температуры с удаленным диодом не обязательно находиться рядом с холодным спаем, поскольку для измерения температуры холодного спая в нем используется внешний NPN-транзистор, подключенный к диоду. Этот транзистор монтируется непосредственно на медный фиксатор разъема термопары. ИС, чувствительная к температуре, преобразует сигнал от транзистора, подключенного к диоду, в цифровой выходной сигнал.
Канал 1 АЦП преобразует напряжение термопары в цифровой выходной сигнал. Канал 2 АЦП не используется и подключен к земле. На опорный вход АЦП подается стабильное опорное напряжение 2,5 В.
Рис. 3. ИС выносного диодного датчика температуры.
В таблице 3 показаны измерения, проведенные при изменении температуры холодного спая от -40°C до +85°C при сохранении температуры горячего спая на уровне +100°C.
Точность измерений зависит от точности как ИС дистанционного измерения температуры диодов, так и температуры печи.
| Холодный спай Температура (°С) | Измеренный горячий спай Температура* (°С) | |
| Измерение №1 | -39,8 | +99.1 |
| Измерение #2 | -0,3 | +98,4 |
| Измерение №3 | +25.0 | +99,7 |
| Измерение #4 | +85.1 | +101,5 |
* Значения в столбце с надписью «Измеренная температура горячего спая» представляют собой компенсированные измерения температуры горячего спая, взятые из схемы. | ||
На рис. 4 изображена микросхема, сочетающая в себе 12-разрядный АЦП и термочувствительный диод. Диод, чувствительный к температуре, преобразует температуру окружающей среды в напряжение. ИС берет это напряжение и напряжение термопары и рассчитывает компенсированную температуру горячего спая. Цифровой выход представляет собой компенсированную температуру горячего спая, измеренную термопарой. Гарантированная температурная погрешность этого устройства находится в пределах ±9 младших разрядов для температур горячего спая от 0°C до +700°C. Хотя это устройство может измерять широкий диапазон температур горячего спая, оно не может измерять температуру ниже 0°C.
Рис. 4. АЦП со встроенным холодным спаем.
В Таблице 4 показаны измерения, полученные для схемы, показанной на Рисунке 4, с изменением температуры холодного спая от 0°C до +70°C при сохранении температуры горячего спая на уровне +100°C.
| Холодный спай Температура (°С) | Измеренный горячий спай Температура* (°С) | |
| Измерение №1 | 0,0 | +100,25 |
| Измерение #2 | +25,2 | +100,25 |
| Измерение №3 | +50.1 | +101.0 |
| Измерение #4 | +70,0 | +101,25 |
| *Значения в столбце с надписью «Измеренная температура горячего спая» представляют собой десятичное представление цифровых выходов, обеспечиваемых схемой. | ||
При работе с термопарами необходимо установить точку отсчета, поскольку термопары являются устройствами измерения дифференциальной температуры.
Термопара обеспечивает напряжение, которое представляет собой разницу температур между горячим и холодным спаями. Если вы знаете как температуру холодного спая, так и температуру горячего спая относительно температуры холодного спая, вы можете определить фактическую температуру горячего спая.
Основными критериями выбора соответствующего устройства компенсации холодного спая являются точность, стоимость, линейность и температурный диапазон. Некоторые платиновые термометры сопротивления обеспечивают наилучшую точность, но имеют высокую стоимость. Термисторы недороги и работают в широком диапазоне температур, но их нелинейность может быть проблематичной. Кремниевые ИС для измерения температуры работают в узком диапазоне температур, но обеспечивают достаточную точность, линейность и низкую стоимость, что делает их подходящим выбором для многих приложений компенсации холодного спая термопары.
Аналогичная статья появилась на веб-сайте ECN в марте 2005 г.
Когда требуются точные измерения термопары, общепринятой практикой является соотнесение обоих ветвей с медным проводом в точке замерзания, чтобы медные провода можно было подключить к прибору для считывания ЭДС из-за холодного спая.
Эта процедура позволяет избежать возникновения термоЭДС на клеммах считывающего прибора. Изменения температуры холодного спая влияют на выходной сигнал, и практические приборы должны быть снабжены средствами для устранения этого потенциального источника ошибки.
Рисунок 1
Генерируемая ЭДС зависит от разницы температур, поэтому для проведения измерений необходимо знать эталон. Это схематически показано на рис. 1, и его можно выполнить, поместив эталонный спай в ванну с ледяной водой при постоянной температуре 0°C (32°F). Поскольку ледяные ванны часто неудобны в обслуживании и не всегда практичны, часто используются несколько альтернативных методов.Основной принцип компенсации холодного спая заключается в том, что для расчета температуры горячего спая необходимо знать температуру холодного спая. Это связано с тем, что напряжение, генерируемое в цепи термопары, пропорционально разности выводов между горячим и холодным спаем.
Основное уравнение для этого:
E ЭДС = −S∆T = S(T ГОРЯЧАЯ − T ХОЛОДНАЯ ), где:
Преобразование этого уравнения для T HOT дает:
В этом методе обычно используется самокомпенсирующийся холодный спай.
электрическая мостовая схема, как показано на рис. 2. Эта система включает в себя
термочувствительный элемент сопротивления (RT), который находится в одном
ветвь мостовой сети и термически интегрированная с холодом
перекресток (Т2). Мост обычно питается от ртути.
батарея или стабильный постоянный ток источник питания. Выходное напряжение пропорционально
к дисбалансу, созданному между предварительно установленным эквивалентным заданием
температура в точке (T2) и горячем спае (T1). В этой системе
может быть выбрана эталонная температура 0° или 32°F.
Как
температура окружающей среды вокруг холодного спая (T2) меняется,
появляется термически сгенерированное напряжение и выдает ошибку в
выход. Однако автоматическое равное и противоположное напряжение
вводится последовательно с тепловой ошибкой.
Это отменяет
погрешность и поддерживает эквивалентную температуру холодного спая
в широком диапазоне температур окружающей среды с высокой степенью точности.
Интегрируя медные выводы с холодным спаем, термопара
сам материал не подключен к выходному терминалу
измерительное устройство, тем самым исключая вторичные ошибки.
Omega¨ TRC Thermoelectric Эталонная камера ice pointTM опирается на фактическое равновесие льда и дистиллированной, деионизированной воды и атмосферного давления для поддержания нескольких эталонных лунок точно при 0°C. Колодцы вытянуты в герметичную цилиндрическую камеру, содержащую чистую дистиллированная, деионизированная вода.
Наружные стенки камеры охлаждаемые
термоэлектрическими охлаждающими элементами, вызывающими замерзание воды
в ячейке для работы в качестве эталона холодного спая.
Увеличение объема при замораживании льда
оболочка на клеточной стенке ощущается расширением меха
который приводит в действие микропереключатель, обесточивающий охлаждающий элемент.
Попеременное замораживание и оттаивание ледяной оболочки точно
поддерживает температуру окружающей среды 0°C вокруг эталонных лунок. Приложение
схема показана на рис. №3.
Полностью автоматическая работа устраняет необходимость частого внимания требуются обычные ледяные ванны. Показания термопары могут быть сняты непосредственно из справочных таблиц ледовых точек без внесения поправок на справку температура соединения.
Портативная эталонная калибровочная камера Ice Point™
Новая эталонная камера ice point™ TRCIII-A — последнее дополнение к линейке калибровочных эталонных приборов OMEGA.
Эталонная камера TRCIII-A ice point™ основана на равновесии льда и дистиллированной деионизированной воды при атмосферном давлении для поддержания температуры шести эталонных скважин точно при 0°C.
Любая комбинация термопар может быть используется с этим прибором, просто вставив эталонные спаи в эталонных скважинах. Калибровка другого типа температуры также могут быть выполнены датчики при 0°C. Ссылки на обогреваемые печи: Тип двойной печи использует две печи с регулируемой температурой. для имитации эталонных температур точки льда, как показано на рис. 4. Две печи используются при разных температурах, чтобы получить эквивалент низкой эталонной температуры, отличной от температуры той или иной печи.
Например, выводы термопары типа К
зонд соединены с печью на 150° для производства Chromega¨-Alomega¨
и переход Alomega-Chromega при 150 ° F (2,66 мВ каждый).
..
Термопара (термоэлектрический преобразователь) — это два проводника из разных материалов, спаянных с одной стороны (горячий спай) и свободных с другой стороны (холодный спай- условный спай). Приспособление несложное, и принцип действия тоже – когда термопара нагревается или охлаждается, разные металлы меняют температуру с разной скоростью, и разница позволяет возникнуть термоэлектродвижущей силе (ЭДС), или, говоря другими словами, происходит эффект Зеебека. Благодаря этому удается измерить температуру.
oC
oC
oC
Решить ее довольно просто, главное знать принципы классификации термопар. В системе классификации термоэлементов есть цветовая маркировка изоляции проводников.
..800
..1800
..+1150°C
Предназначена для измерения температуры в диапазоне от -30 до +350°C.читать подробнее…
..