Ce este un termocuplu?

Ce este un termocuplu?

Este un element frecvent de detectare a temperaturii în instrumentele de măsurare a temperaturii. Măsoară direct temperatura și transformă semnalul de temperatură într -un semnal potențial termoelectric, care este apoi transformat de instrumente electrice (instrumente secundare) în temperatura mediului măsurat. Deși formele diferitelor termocuple pot varia foarte mult în funcție de aplicarea lor, structura lor de bază este în mare parte aceeași, de obicei constând dintr -un element termoelectric, un tub de protecție cu mânecă izolatoare și o cutie de joncțiune. Aceste termocuple sunt de obicei utilizate în combinație cu instrumente de afișare, instrumente de înregistrare și regulatoare electronice. Cum funcționează un termocuple această relație este utilizată pe scară largă în măsurarea practică a temperaturii. Deoarece joncțiunea rece T0 rămâne constantă, potențialul termoelectric generat de termocuple variază numai cu modificări ale temperaturii joncțiunii fierbinți (capătul de măsurare). Aceasta înseamnă că un potențial termoelectric specific corespunde unei temperaturi specifice. Folosind metoda de măsurare a potențialului termoelectric, putem atinge scopul măsurării temperaturii principiul fundamental al măsurării temperaturii termocuplelor este că un circuit închis este format din doi conductori din materiale diferite. Când există un gradient de temperatură între cele două capete, curentul curge prin circuit, generând o forță electromotivă (EMF) între cele două capete. Acest fenomen este cunoscut sub numele de efect Seebeck. Cei doi conductori, confecționate din materiale diferite, sunt termoelementele, cu capătul mai fierbinte servind ca capăt de lucru și capătul mai rece ca capătul liber, care este de obicei menținut la o temperatură constantă. Pe baza relației dintre EMF și temperatură, se creează un tabel de calibrare a termocuplei. Acest tabel se bazează pe condiția în care temperatura finală liberă este de 0 grade, iar termocuplurile diferite au propriile tabele de calibrare. Atunci când un al treilea material metalic este adăugat la circuitul termocuplei, atât timp cât temperaturile din ambele joncțiuni ale acestui material sunt aceleași, potențialul termoelectric generat de termocuple va rămâne neschimbat, neafectat de adăugarea celui de -al treilea metal. Prin urmare, atunci când utilizați un termocuple pentru măsurarea temperaturii, poate fi conectat un instrument de măsurare pentru a măsura potențialul termoelectric, ceea ce permite determinarea temperaturii mediului. Atunci când măsurați temperatura cu un termocuple, este esențial ca temperatura la joncțiunea rece (capătul conectat la circuitul de măsurare prin cabluri) să rămână constant, deoarece acest lucru asigură că potențialul termoelectric este proporțional cu temperatura măsurată. Dacă temperatura la joncțiunea rece (mediul) se schimbă în timpul măsurării, poate afecta semnificativ precizia măsurării. Pentru a compensa impactul modificărilor temperaturii de joncțiune rece, se iau măsuri la joncțiunea rece, care este denumită compensare a joncțiunii la rece. Fire speciale de compensare sunt utilizate pentru a se conecta la instrumentul de măsurare.

Tipuri și caracteristici comune ale termocuplelor

Termocuple comune pot fi clasificate în două tipuri principale: standard și standard -. Termocuple standard sunt cele pentru care standardul național specifică potențialul lor termoelectric - relația de temperatură, eroarea admisibilă și un tabel de calibrare unificat. Acestea vin cu instrumente de afișare potrivite pentru selecție. Termocuplurile standard non - au o gamă mai mică sau o cantitate de aplicații în comparație cu termocuplurile standard și, în general, nu au un tabel de calibrare unificat, ceea ce le face utilizate în principal pentru măsurători în situații speciale. De la 1 ianuarie 1988, China a standardizat producția de termocuple și termometre de rezistență conform standardelor internaționale IEC, desemnând șapte tipuri - S, B, E, K, R, J, T - ca termocuple standard unificate pentru China.

Teoretic, oricare dintre doi conductori diferiți (sau semiconductori) pot fi asociați pentru a forma un termocuple. Cu toate acestea, ca componente practice de măsurare a temperaturii, acestea trebuie să îndeplinească mai multe cerințe. Pentru a asigura fiabilitatea și precizia suficientă în aplicațiile de inginerie, nu toate materialele sunt potrivite pentru termocuple. În general, cerințele de bază pentru materialele cu electrozi ale termocuplelor sunt:

1. În intervalul de măsurare a temperaturii, proprietățile termoelectrice sunt stabile și nu se schimbă cu timpul și există suficientă stabilitate fizică și chimică, care nu este ușor de oxidat sau corodat;

2, coeficient de temperatură mică de rezistență, conductivitate ridicată, căldură specifică mică;

3. Potențialul termoelectric generat în măsurarea temperaturii ar trebui să fie mare, iar potențialul termoelectric este o relație de funcție liniară sau aproape liniară cu o singură valoare cu temperatura;

4. Materialul are o reproductibilitate bună,

Cum se instalează termocuple?

În producție, datorită diferitelor obiecte testate, diferite condiții de mediu, cerințe de măsurare diferite și diferite metode de instalare a rezistențelor termice și a măsurilor luate, există multe probleme care trebuie luate în considerare. Cu toate acestea, în principiu, poate fi luat în considerare din trei aspecte: precizia măsurării temperaturii, siguranța și comoditatea întreținerii. Pentru a preveni deteriorarea elementului de detectare a temperaturii, trebuie să se asigure că are o rezistență mecanică suficientă. Pentru a proteja elementul de uzură, trebuie adăugat un ecran de protecție sau un tub. Pentru a asigura siguranța și fiabilitatea, metoda de instalare a elementului de detectare a temperaturii ar trebui să fie determinată pe baza unor condiții specifice, cum ar fi temperatura și presiunea mediului care trebuie măsurată, lungimea elementului, poziția de instalare și forma acestuia. Următoarele sunt câteva exemple pentru a atrage atenția:

Toate elementele de detectare a temperaturii instalate pentru a rezista la presiunea trebuie să le asigure etanșarea. Pentru termocuple care funcționează la temperaturi ridicate, pentru a preveni deformarea tubului de protecție, acestea ar trebui, în general, să fie instalate vertical. Dacă este necesară instalarea orizontală, aceasta nu ar trebui să fie prea lungă și ar trebui să fie utilizată o categorie pentru a proteja termocupla. Dacă elementul de detectare a temperaturii este instalat într -o conductă cu o viteză mare de flux mediu, acesta trebuie instalat într -un unghi. Pentru a preveni eroziunea excesivă, cel mai bine este să instalați elementul de detectare a temperaturii la coturile conductei. Când presiunea medie depășește 10MPa, la elementul de măsurare trebuie adăugat un mânecă de protecție. Locația de instalare a termocuplelor și a rezistențelor termice ar trebui să ia în considerare, de asemenea, suficient spațiu pentru demontare, întreținere și calibrare. Termocuple și rezistențe termice cu tuburi de protecție mai lungi ar trebui să fie ușor de dezasamblat și asamblat

Metoda de măsurare a temperaturii termocuplelor

Timpul de răspuns termic este complex, iar diferite condiții experimentale pot duce la rezultate variate de măsurare. Acest lucru se datorează faptului că timpul de răspuns termic este influențat de rata de transfer de căldură între termocuple și mediul înconjurător; O rată de transfer de căldură mai mare are ca rezultat un timp de răspuns termic mai scurt. Pentru a se asigura că timpul de răspuns termic al produselor termocuple este comparabil, standardele naționale specifică faptul că timpul de răspuns termic trebuie măsurat folosind un dispozitiv specializat de testare a fluxului de apă. Debitul de apă trebuie menținut la 0,4 ± 0,05 m/s, cu o temperatură inițială cuprinsă între 5-45 grade și o etapă de temperatură de 40-50 grade. În timpul testului, temperatura apei nu ar trebui să se schimbe cu mai mult de ± 1% din etapa de temperatură. Termocuplul trebuie introdus la o adâncime de 150 mm sau adâncimea de inserție a proiectării (oricare dintre acestea este mai mică) și acest lucru trebuie menționat în raportul de testare.

Deoarece dispozitivul este relativ complex, doar câteva unități au acest echipament în prezent, astfel încât standardul național prevede că producătorul și utilizatorul pot negocia pentru a adopta alte metode de testare, dar datele date trebuie să indice condițiile de testare.

Deoarece potențialul termoelectric al termocuplei de tip B este foarte mic aproape de temperatura camerei, timpul de răspuns termic nu este ușor de măsurat. Prin urmare, standardul național prevede că ansamblul de electrozi termoelectrici din aceeași specificație a termocuplei de tip S poate fi utilizat pentru a înlocui propriul ansamblu de electrozi termoelectrici, iar apoi testul poate fi efectuat.

În timpul experimentului, înregistrați timpul T0.5 când ieșirea termocuplei se schimbă la 50% din schimbarea etapei de temperatură. Dacă este necesar, înregistrați, de asemenea, timpul de răspuns termic de 10% T0.1 și timpul de răspuns termic de 90% T0.9. Timpii de răspuns termici înregistrați ar trebui să fie media a cel puțin trei teste, fiecare măsurare se abate de la media cu ± 10%. În plus, timpul necesar pentru modificarea etapei de temperatură nu trebuie să depășească unul - al zecelea din T0.5 din termocupla testată. Timpul de răspuns al instrumentului de înregistrare sau al contorului nu trebuie să depășească, de asemenea, unul {- al zecelea din T0.5 din termocupla testată.

Principalele tipuri de termocuple

1. Clasificare în funcție de tipul de dispozitiv de fixare ca principalul mijloc de măsurare a temperaturii, termocupla are o gamă largă de utilizări, astfel încât există multe cerințe pentru fixarea dispozitivelor și performanțe tehnice. Prin urmare, dispozitivele de fixare ale termocuplei sunt împărțite în șase tipuri: fără tip de dispozitiv de fixare, tip filetat, tip de flanșă fix, tip de flanșă mobilă, tip de riglă cu unghi de flanș mobil, tip de tub de protecție conic.

2. Clasificare În funcție de asamblare și structură în funcție de performanța și structura termocuplelor, acestea pot fi împărțite în: termocuple detașabile, explozie - termocuple de probă, termocuple blindate și termocuple cu scop special, cum ar fi termocuple cu arc de presiune.

La ce cerințe ar trebui să fie acordată atenție la instalarea termocuplei?

Pentru instalarea termocuplelor și a termometrelor de rezistență, trebuie acordată atenție exactității măsurării temperaturii, siguranței și fiabilității și întreținerii convenabile și nu afectează funcționarea operațiunilor de echipamente și de producție. Pentru a îndeplini cerințele de mai sus, atunci când selectați piesele de instalare și adâncimea de inserție a termocuplelor și a termometrelor de rezistență, acordați atenție următoarelor puncte:

1. Pentru a asigura un schimb de căldură suficient între capătul de măsurare al termocouplei și termometrul de rezistență și mediul măsurat, punctul de măsurare trebuie selectat în mod rezonabil, iar termometrul termocouplei sau de rezistență trebuie instalat cât mai departe de valve, coate și colțuri moarte ale conductelor și echipamentelor.

2. Termocuple și termistori cu mâneci de protecție au pierderi de transfer de căldură și disipare a căldurii. Pentru a reduce erorile de măsurare, termocuplurile și termistorii ar trebui să aibă suficientă adâncime de inserție:

(1) Pentru termocupla care măsoară temperatura fluidului din centrul conductei, acesta trebuie introdus în general în centrul conductei (instalare verticală sau instalare înclinată). Dacă diametrul conductei este de 200 mm, adâncimea de inserție a termocuplei sau rezistența trebuie selectată pentru a fi de 100 mm;

) Adâncimea mânecii de protecție pentru termocupla de inserție superficială nu trebuie să fie mai mică de 75 mm atunci când este introdusă în conducta principală de abur; Adâncimea standard de inserare pentru un termocuple cu mânecă termică este de 100 mm;

(3) Dacă este necesar să se măsoare temperatura gazelor de ardere în ardere, deși diametrul arginului este de 4 m, adâncimea de inserare a termocuplei sau rezistenței este de 1 m;

(4) Atunci când adâncimea de inserție a originalului de măsurare depășește 1m, ar trebui să fie instalată pe verticală pe cât posibil, sau trebuie adăugat cadrul de suport și conducta de protecție.

Următoarele puncte ar trebui să fie acordată atenție pentru a utiliza corect termocupla pentru a evita erorile

Utilizarea corectă a termocuplei nu poate obține doar cu exactitate valoarea temperaturii, asigură calificarea produsului, dar poate economisi consumul material de termocuple, atât economisiți bani, cât și asigurarea calității produsului. Instalare incorectă, conductivitate termică și erori de timp, acestea sunt principalele erori în utilizarea termocuplei.

1. Erorile introduse prin instalarea necorespunzătoare dacă poziția de instalare și adâncimea de inserție a termocuplei nu reflectă cu exactitate temperatura reală a cuptorului, de exemplu, termocupla nu trebuie să fie așezată prea aproape de ușă sau de încălzire, iar adâncimea de inserție ar trebui să fie de cel puțin de 8 până la 10 ori mai mare decât diametrul tubului de protecție. Diferența dintre mâneca de protecție a termocuplei și peretele cuptorului nu este umplut cu material izolant, ceea ce poate determina scăparea căldurii sau a aerului rece să invadeze cuptorul. Prin urmare, decalajul dintre mâneca de protecție a termocuplei și peretele cuptorului trebuie sigilat cu argilă refractară sau frânghie de azbest pentru a preveni convecția aerului cald și rece, ceea ce ar putea afecta precizia măsurării temperaturii. Dacă capătul rece al termocuplei este prea aproape de corpul cuptorului, temperatura poate depăși 100 de grade. Instalarea termocuplei ar trebui să evite pe cât posibil câmpuri magnetice puternice și câmpuri electrice, astfel încât nu trebuie instalată în același conductă ca și cablurile de alimentare pentru a preveni interferența care ar putea provoca erori. Termocupla nu trebuie instalată în zonele în care mediul măsurat curge foarte puțin. Atunci când măsurați temperatura gazului în interiorul conductei cu un termocuple, termocupla trebuie instalată în direcția opusă debitului și trebuie să aibă un contact suficient cu gazul.

2. Eroare introdusă prin deteriorarea izolației Dacă termocupla este izolată, prea multă murdărie sau reziduuri de sare pe tubul de protecție și placa de tragere provoacă o izolare slabă între stâlpii termocuplei și peretele cuptorului, care este mai grav la temperaturi ridicate. Acest lucru nu numai că va provoca pierderea potențialului termoelectric, ci va introduce și interferențe, iar eroarea cauzată de aceasta poate ajunge uneori la sute de grade.

3. Eroare introdusă de inerția termică INERTIA termică a termocuplelor determină citirea instrumentului să rămână în urma modificărilor reale de temperatură, ceea ce este deosebit de vizibil în timpul măsurătorilor rapide. Prin urmare, este recomandabil să se utilizeze termocuple cu termoelele mai fine și diametre mai mici ale tubului de protecție. Când mediul de măsurare permite, tubul de protecție poate fi îndepărtat. Datorită decalajului de măsurare, amplitudinea fluctuațiilor de temperatură detectate de termocuple este mai mică decât cele ale temperaturilor cuptorului. Cu cât este mai mare decalajul de măsurare, cu atât este mai mică amplitudinea fluctuațiilor termocuplei și cu atât este mai mare diferența față de temperatura reală a cuptorului. Când utilizați termocuple cu o constantă de timp mare pentru măsurarea sau controlul temperaturii, instrumentul poate prezenta fluctuații minime ale temperaturii, dar temperatura reală a cuptorului ar putea varia semnificativ. Pentru a asigura măsurarea exactă a temperaturii, ar trebui aleasă termocuple cu o constantă de timp mică. Constanta de timp este invers proporțională cu coeficientul de transfer de căldură și direct proporțional cu diametrul capătului fierbinte al termocuplei, densitatea materialului și căldura sa specifică. Pentru a reduce constanta de timp, pe lângă creșterea coeficientului de transfer de căldură, cea mai eficientă metodă este de a minimiza dimensiunea capătului fierbinte. În practică, materialele cu o conductivitate termică bună, pereți tubului subțire și diametre mici interioare sunt utilizate de obicei pentru mânecile de protecție. Pentru măsurători de temperatură mai precise, se folosesc termocuple cu sârmă goală fără mâneci de protecție, dar acestea pot fi ușor deteriorate și necesită calibrare în timp util sau înlocuire.

4. Eroare de rezistență termică la temperatură ridicată, dacă există un strat de funingine pe tubul de protecție și praful este atașat la acesta, rezistența termică va crește și conducerea de căldură va fi împiedicată. În acest moment, indicația de temperatură este mai mică decât valoarea adevărată a temperaturii măsurate. Prin urmare, trebuie menținută curățenia externă a tubului de protecție termocuple pentru a reduce eroarea.

Principalele avantaje ale termocuplelor

1. Precizia ridicată a măsurării. Deoarece este în contact cu obiectul măsurat direct, nu este afectat de mediul intermediar.

2. Gama largă de măsurare. Termocuple obișnuite pot fi măsurate continuu de la 50 de grade-1600 grade, iar unele termocuple speciale pot fi măsurate la AS-269 grade (cum ar fi cromul de nichel de fier de aur) și până la 2800 de grade (cum ar fi Tungstenul, Rieniul).

3. Structura simplă și ușor de utilizat. Termocuplurile sunt de obicei compuse din două fire metalice diferite și nu sunt limitate după dimensiune și început. Au o mânecă de protecție la exterior, ceea ce le face foarte convenabile de utilizat.

Care sunt tendințele viitoare și câmpurile de aplicare ale termocuplei?

I. Tendința de dezvoltare viitoare inovație materială și îmbunătățirea performanței Materiale termoelectrice noi: Dezvoltarea materialelor cu sensibilitate mai mare și un interval de temperatură mai larg (cum ar fi termocouple de oxid, nanocompozite) pentru a înlocui aliajele tradiționale de metal (cum ar fi k - Tip, J - Tip) Termocarea flexibilă: Cererea pentru dispozitive purtabile și temperatură curbată. Termocuple de film subțiri - (cum ar fi electronice tipărite). Materiale superconductoare la temperaturi ridicate: explorarea schemelor stabile de măsurare a temperaturii în medii extreme (cum ar fi reactoarele aerospațiale și nucleare). Procesare inteligentă și integrată a semnalului încorporat: amplificator în miniatură integrat și circuit de compensare digitală, ieșire directă a semnalului digital, reduc interferența externă. IoT Fusion: Monitorizare la distanță prin transmisie wireless (cum ar fi LORA, NB - IoT) pentru a sprijini aplicațiile Industry 4.0 și Smart City. Sistem alimentat self -: Utilizarea efectului Seebeck al termocuplelor pentru a alimenta dispozitivele scăzute - (cum ar fi nodurile senzorului wireless). Optimizarea preciziei și a fiabilității Tehnologia de calibrare a AI: prin învățarea automată pentru a compensa dinamic erorile neliniare și deriva de îmbătrânire, prelungiți durata de viață a serviciului. Multi - Fusion senzor: combinat cu infraroșu, RTD, etc., pentru a îmbunătăți fiabilitatea măsurării în mediu complex. Procesul MEMS cu costuri reduse și standardizare: Producția mare - la scară de sisteme microelectromecanice reduce costul micro -termocuplelor și extinde aplicațiile pentru consumatori. Unificarea standard internațională: adaptați -vă la lanțul de aprovizionare global, simplificați procesul de selecție și întreținere.

2, Câmpurile de aplicare emergente noi energetice și neutralitatea carbonului fotovoltaic și stocarea energiei: monitorizați temperatura panoului solar (pentru a preveni efectul la punct la foc) și gestionarea termică a sistemelor de stocare a energiei. Energie de hidrogen: Producția de hidrogen de înaltă presiune și monitorizarea temperaturii stivelor de celule de combustibil. Fuziunea nucleară: măsurători extreme de temperatură ridicată pentru reactoarele viitoare (cum ar fi tungstenul și termocuplele de reniu). High - Fabricare finală și automatizare Fabricare semiconductor: Controlul temperaturii de precizie a echipamentelor de prelucrare și gravură a waferului (răspuns de milisecundă necesar). Fabricare aditivă: Real - Feedback în timp al temperaturii piscinei de topire în procesul de imprimare 3D pentru a optimiza calitatea modelării. Robot: Protecția de supraîncălzire a articulațiilor robotului colaborativ. Chirurgie biomedicală și de sănătate minim invazivă: termocuplurile ultrafine sunt integrate într -un cateter sau endoscop pentru a monitoriza temperatura țesutului în timp real. Dispozitive purtabile: monitorizarea continuă a schimbărilor de temperatură a corpului (cum ar fi nevoile de gestionare a sănătății după epidemie). Terapie la temperatură scăzută: control precis al temperaturii în timpul crioterapiei cu azot lichid. Aeronave supersonice aerospațiale și de apărare: monitorizare a încălzirii aerodinamice la suprafață (materiale rezistente la peste 2000 C necesare). Control termic prin satelit: Îmbunătățirea fiabilității în mediul de temperatură extremă a spațiului. Gestionarea sănătății motorului: monitorizarea distribuției temperaturii lamei de turbină. Aparate inteligente pentru casă și consumatori electronice inteligente: controlul precis al temperaturii cuptoarelor, mașinilor de cafea și altor aparate de acasă. Dispozitive AR/VR: Preveniți supraîncălzirea procesorului să afecteze experiența utilizatorului. Mediu și agricultură Agricultură inteligentă: monitorizarea temperaturii serii și a solului. Explorarea geotermală: măsurarea temperaturii profunde a puțului pentru a ajuta dezvoltarea energiei.

rezuma

Viitorul termocuplelor se va concentra pe trei domenii cheie: High - Materiale de performanță, informații și Cross - Integrarea domeniului. Aceștia vor continua să pătrundă în sectoarele finale -, cum ar fi energia nouă, asistența medicală și aerospațial, și vor intra pe piața consumatorilor pe măsură ce costurile scad. Avantajele lor de bază - Structura simplă, nici o cerință de alimentare cu energie electrică și rezistența la căldură - asigură ireprocabilitatea acestora, dar trebuie să se dezvolte și în tandem cu tehnologii senzor emergente.