Що таке термопара?

Що таке термопара?

Визначення термопари

Термопара — це пристрій, який перетворює різницю температур на електричний напругу, на основі принципу термоелектричного ефекту. Це тип датчика, який може вимірювати температуру в певній точці або місцевості. Термопари широко використовуються у промислових, побутових, комерційних та наукових застосуваннях завдяки своїй простоті, міцності, невисокій вартості та широкому діапазону температур.

Термоелектричний ефект

Термоелектричний ефект — це явище генерації електричної напруги через різницю температур між двома різними металами або сплавами металів. Цей ефект був відкритий німецьким фізиком Томасом Зебеком у 1821 році, який спостерігав, що магнітне поле створювалося навколо замкнутого контура з двох різних металів, коли один з'єднувальний вузол нагрівався, а інший охолоджувався.

Термоелектричний ефект можна пояснити рухом вільних електронів у металів. Коли один з'єднувальний вузол нагрівається, електрони набувають кінетичної енергії і швидше рухаються до холодного з'єднувального вузла. Це створює потенційну різницю між двома з'єднувальними вузлами, яку можна виміряти вольтметром або амперметром. Масштаб напруги залежить від типу металів, які використовуються, та різниці температур між з'єднувальними вузлами.

Робота термопари

Термопара складається з двох дротів, виготовлених з різних металів або сплавів металів, з'єднаних разом на обох кінцях, що формує два з'єднувальні вузли. Один з'єднувальний вузол, який називається гарячим або вимірювальним, розташовується в місці, де потрібно виміряти температуру. Інший з'єднувальний вузол, який називається холодним або референтним, підтримується при сталій і відомій температурі, зазвичай при кімнатній температурі або в льодяному розчині.

Коли є різниця температур між двома з'єднувальними вузлами, через термоелектричний ефект в термопарному контурі генерується електрична напруга. Цю напругу можна виміряти вольтметром або амперметром, підключеним до контуру. Використовуючи калібрувальну таблицю або формулу, яка пов'язує напругу з температурою для певного типу термопари, можна обчислити температуру гарячого з'єднувального вузла.

Типи термопар

Різні типи, такі як K, J, T та E, відрізняються комбінаціями металів, діапазонами температур та специфічними застосуваннями.

Переваги

• Вони можуть вимірювати широкий діапазон температур, від кріогенних до дуже високих температур.

• Це прості, міцні та надійні пристрої, які можуть витримувати суворі умови та вібрації.

• Вони недорогі, легкі в установці та заміні.

• Вони мають швидку реакцію та можуть вимірювати динамічні зміни температури.

• Для їх роботи не потрібна зовнішня енергія або підсилення.

Недоліки

• Вони мають нижчу точність та стабільність порівняно з іншими датчиками.

• Вони чутливі до помилок через корозію, окислення, забруднення або старіння дротів.

• Для точного вимірювання потрібен референтний з'єднувальний вузол при відомій температурі.

• Вони мають нелінійний вивід, який вимагає складного калібрування або компенсації.

• Вони можуть генерувати небажані термоелектричні напруги через паразитні з'єднувальні вузли в контурі.

Критерії вибору

Виберіть на основі діапазону температур, точності, сумісності з оточенням, розміру, електричних характеристик та вартості.

• Звичайні застосування

• Сталеплавильна та залізозплавильна промисловість

• Газові прилади

• Термопільні радіаційні датчики

• Виробництво

• Виробництво електроенергії

• Процесні заводи

• Термопари як вакуумні манометри

Висновок

Термопари — це широко використовувані датчики температури, які складаються з двох різних видів металів, з'єднаних одним кінцем. Коли з'єднувальний вузол двох металів нагрівається або охолоджується, створюється напруга, яка може бути скорельована з температурою.

Термопари мають багато переваг та недоліків порівняно з іншими датчиками температури. Вони можуть вимірювати широкий діапазон температур, від кріогенних до дуже високих. Вони прості, міцні та надійні пристрої, які можуть витримувати суворі умови та вібрації. Вони недорогі, легкі в установці та заміні. Вони мають швидку реакцію та можуть вимірювати динамічні зміни температури. Проте, вони мають нижчу точність та стабільність порівняно з іншими датчиками. Вони чутливі до помилок через корозію, окислення, забруднення або старіння дротів. Для точного вимірювання потрібен референтний з'єднувальний вузол при відомій температурі. Вони мають нелінійний вивід, який вимагає складного калібрування або компенсації.

Для вибору правильного типу термопари врахуйте діапазон температур та потрібну точність, хімічну сумісність та міцність дротів, розмір та форму зонду, електричні характеристики та стійкість до шумів, а також доступність та вартість типу та аксесуарів.

Термопари використовуються в широкому діапазоні застосувань у різних галузях промисловості. Найпоширеніші застосування термопар — сталеплавильна та залізозплавильна промисловість, газові прилади, термопільні радіаційні датчики, виробництво, виробництво електроенергії, процесні заводи та термопари як вакуумні манометри.