Что такое термопара?

Что такое термопара?

Определение термопары

Термопара — это устройство, преобразующее разницу температур в электрическое напряжение на основе принципа термоэлектрического эффекта. Это тип датчика, который может измерять температуру в определенной точке или месте. Термопары широко используются в промышленных, бытовых, коммерческих и научных приложениях благодаря своей простоте, долговечности, низкой стоимости и широкому диапазону температур.

Термоэлектрический эффект

Термоэлектрический эффект — это явление генерации электрического напряжения за счет разницы температур между двумя различными металлами или сплавами металлов. Этот эффект был обнаружен немецким физиком Томасом Зеебеком в 1821 году, который заметил, что вокруг замкнутой петли из двух различных металлов, когда один из соединений нагревался, а другой охлаждался, создавалось магнитное поле.

Термоэлектрический эффект можно объяснить движением свободных электронов в металлах. Когда одно соединение нагревается, электроны получают кинетическую энергию и быстрее перемещаются к холодному соединению. Это создает разность потенциалов между двумя соединениями, которую можно измерить с помощью вольтметра или амперметра. Магнитуда напряжения зависит от типа используемых металлов и разницы температур между соединениями.

Принцип работы термопары

Термопара состоит из двух проводов, изготовленных из разных металлов или сплавов металлов, соединенных вместе на обоих концах, образуя два соединения. Одно соединение, называемое горячим или измерительным, помещается в место, где нужно измерить температуру. Другое соединение, называемое холодным или опорным, поддерживается при постоянной и известной температуре, обычно при комнатной температуре или в ледяной бане.

Когда существует разница температур между двумя соединениями, в цепи термопары генерируется электрическое напряжение за счет термоэлектрического эффекта. Это напряжение можно измерить с помощью вольтметра или амперметра, подключенного к цепи. Используя калибровочную таблицу или формулу, связывающую напряжение с температурой для данного типа термопары, можно рассчитать температуру горячего соединения.

Типы термопар

Различные типы, такие как K, J, T и E, отличаются сочетанием металлов, диапазоном температур и специфическими применениями.

Преимущества

• Могут измерять широкий диапазон температур, от криогенных до очень высоких.

• Это простые, прочные и надежные устройства, которые могут выдерживать суровые условия и вибрации.

• Дешевые и легко устанавливаются и заменяются.

• Имеют быстрое время отклика и могут измерять динамические изменения температуры.

• Не требуют внешнего питания или усиления для своей работы.

Недостатки

• Низкая точность и стабильность по сравнению с другими датчиками.

• Подвержены ошибкам из-за коррозии, окисления, загрязнения или старения проводов.

• Требуют опорного соединения при известной температуре для точного измерения.

• Имеют нелинейный выход, требующий сложной калибровки или компенсации.

• Могут генерировать нежелательные термоэлектрические напряжения из-за паразитных соединений в цепи.

Критерии выбора

Выбирайте на основе диапазона температур, точности, совместимости с окружающей средой, размера, электрических характеристик и стоимости.

• Общие применения

• Сталелитейная и железная промышленность

• Газовые приборы

• Термопильные радиационные датчики

• Производство

• Производство электроэнергии

• Производственные процессы

• Термопары как вакуумные манометры

Заключение

Термопары — это широко используемые датчики температуры, состоящие из двух различных типов металлов, соединенных вместе на одном конце. Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое можно коррелировать с температурой.

Термопары имеют множество преимуществ и недостатков по сравнению с другими датчиками температуры. Они могут измерять широкий диапазон температур, от криогенных до очень высоких. Это простые, прочные и надежные устройства, которые могут выдерживать суровые условия и вибрации. Они дешевы и легко устанавливаются и заменяются. Они имеют быстрое время отклика и могут измерять динамические изменения температуры. Однако, они имеют низкую точность и стабильность по сравнению с другими датчиками. Они подвержены ошибкам из-за коррозии, окисления, загрязнения или старения проводов. Для точного измерения требуется опорное соединение при известной температуре. Они имеют нелинейный выход, требующий сложной калибровки или компенсации.

При выборе правильной термопары следует учитывать необходимый диапазон температур и точность, химическую совместимость и долговечность проводов, размер и форму зонда, электрические характеристики и защиту от шума, а также доступность и стоимость типа и аксессуаров.

Термопары используются в широком диапазоне приложений в различных отраслях и областях. Некоторые из общих применений термопар — сталелитейная и железная промышленность, газовые приборы, термопильные радиационные датчики, производство, производство электроэнергии, производственные процессы и термопары как вакуумные манометры.