Mis on termopaar?

Mis on termopaar?

See on temperatuuri mõõtmisinstrumentides tavaliselt kasutatav temperatuuriandur. See mõõdab temperatuuri otseselt ja teisendab temperatuurisignaali termoelektrilise potentsiaali signaaliks, mis seejärel teisendatakse elektriinstrumentide (sekundaarsed instrumendid) mõõdetud söötme temperatuuriks. Ehkki erinevate termopaaride kuju võib sõltuvalt nende rakendusest varieeruda, on nende põhistruktuur suures osas samad, tavaliselt koosneb termoelektrilisest elemendist, isoleerivast varruka kaitsetorust ja ristmikust. Neid termopaare kasutatakse tavaliselt koos kuvariinstrumentide, salvestusinstrumentide ja elektrooniliste regulaatoritega. Termopaaride toimimine seda suhet kasutatakse laialdaselt praktilise temperatuuri mõõtmisel. Kuna külm ristmik T0 püsib konstantsena, varieerub termopaari poolt tekkinud termoelektripotentsiaal ainult kuuma ristmiku temperatuuri muutustega (mõõteotsa). See tähendab, et konkreetne termoelektriline potentsiaal vastab konkreetsele temperatuurile. Termoelektrilise potentsiaali mõõtmise meetodi abil saame saavutada temperatuuri mõõtmise eesmärgi. Termopaari temperatuuri mõõtmise aluspõhimõte on see, et suletud vooluahel moodustavad kaks erinevatest materjalidest valmistatud juhtkonda. Kui kahe otsa vahel on temperatuurigradient, voolab vool läbi vooluahela, tekitades kahe otsa vahel elektromotoorse jõu (EMF). Seda nähtust tuntakse kui seebecki efekt. Kaks erinevatest materjalidest valmistatud juhtseadrit on termoelemendid, kuumem ots on tööotsa ja jahedam ots vaba otsana, mida tavaliselt hoitakse konstantsel temperatuuril. EMF -i ja temperatuuri vahelise seose põhjal luuakse termopaari kalibreerimislaud. See tabel põhineb tingimusel, kus vaba otsa temperatuur on 0 kraadi ja erinevatel termopaaridel on oma kalibreerimistabelid. Kui termopaari ahelale lisatakse kolmas metallmaterjal, kui temperatuurid selle materjali mõlemas ristmikul on samad, jääb termopaari poolt tekkiv termoelektriline potentsiaal muutumatuks, kolmanda metalli lisamine ei mõjuta. Seetõttu saab termopaari kasutamisel temperatuuri mõõtmiseks ühendada mõõtmisinstrumendi, et mõõta termoelektrilist potentsiaali, mis võimaldab keskmise temperatuuri mõõta. Temperatuuri mõõtmisel termopaariga on oluline, et temperatuur külma ristmiku juures (mõõteskeemiga ühendatud ots läbi juhtmete) püsiks konstantseks, kuna see tagab, et termoelektriline potentsiaal on võrdeline mõõdetud temperatuuriga. Kui temperatuur külma ristmikul (keskkond) muutub mõõtmise ajal, võib see märkimisväärselt mõjutada mõõtmise täpsust. Külma ristmike temperatuuri muutuste mõju kompenseerimiseks võetakse külma ristmikul, mida nimetatakse külma ristmike kompensatsiooniks. Mõõteinstrumendiga ühenduse loomiseks kasutatakse spetsiaalseid kompenseerivaid juhtmeid.

Termopaaride tavalised tüübid ja omadused

Tavalised termopaarid võib jagada kahte peamist tüüpi: standard ja mitte - standard. Standardsed termopaarid on need, mille jaoks riiklik standard täpsustab nende termoelektrilise potentsiaali - temperatuurisuhte, lubatud viga ja ühtse kalibreerimistabeli. Neil on valimiseks sobivad kuvariinstrumendid. Non - standardsetel termopaaridel on tavaliste termopaaridega võrreldes väiksem vahemik või kogus ja üldiselt puudub ühtne kalibreerimistabel, mis muudab need peamiselt mõõtmiseks spetsiaalsetes olukordades. Alates 1. jaanuarist 1988 on Hiina standardiseerinud termopaaride ja resistentsuse termomeetrite tootmist vastavalt IEC rahvusvahelistele standarditele, määrates seitset tüüpi - s, b, e, k, r, j, t - kui Hiina ühtset standardset termokoopiaid.

Teoreetiliselt saab termopaari moodustamiseks siduda kahte erinevat juhti (või pooljuhte). Kuid praktiliste temperatuuride mõõtmise komponentidena peavad nad vastama mitmele nõudele. Insenerirakenduste usaldusväärsuse ja piisava täpsuse tagamiseks ei sobi kõik materjalid termopaaride jaoks. Üldiselt on termopaaride elektroodimaterjalide põhinõuded:

1. Temperatuuri mõõtmisvahemikus on termoelektrilised omadused stabiilsed ega muutu aja jooksul ning seal on piisavalt füüsikalist ja keemilist stabiilsust, mida pole lihtne oksüdeerida ega korrodeerida;

2, väike temperatuuri koefitsient, kõrge juhtivus, väike spetsiifiline kuumus;

3. temperatuuri mõõtmisel genereeritud termoelektriline potentsiaal peaks olema suur ja termoelektriline potentsiaal on lineaarne või peaaegu lineaarne ühe väärtuse funktsiooni seos temperatuuriga;

4. Materjal on hea reprodutseeritavus,

Kuidas termopaari paigaldada?

Tootmisel, testitavate erinevate objektide, erinevate keskkonnatingimuste, erinevate mõõtmisnõudete ja soojustakistide ja mõõtmete erinevate paigaldusmeetodite tõttu, tuleb arvestada palju probleeme. Põhimõtteliselt võib seda siiski kaaluda kolmest aspektist: temperatuuri mõõtmise täpsus, hoolduse ohutus ja mugavus. Temperatuuri tuvastamise elemendi kahjustuste vältimiseks tuleks tagada, et sellel oleks piisavalt mehaanilist tugevust. Elemendi kaitsmiseks kulumise eest tuleks lisada kaitseekraan või toru. Ohutuse ja töökindluse tagamiseks tuleks temperatuuritulemendi paigaldamismeetod määrata konkreetsete tingimuste, näiteks mõõdetava temperatuuri ja rõhu, elemendi pikkuse, selle paigaldusasendi ja vormi põhjal. Järgnevalt on toodud mõned näited tähelepanu juhtimiseks:

Kõik temperatuuritunnetuselemendid, mis on paigaldatud, et vastu pidada rõhku, peavad tagama nende tihendamise. Kõrgetel temperatuuridel töötavate termopaaride korral tuleks need kaitsetoru deformatsiooni vältimiseks üldiselt paigaldada vertikaalselt. Kui horisontaalne paigaldamine on vajalik, ei tohiks see olla liiga pikk ja termopaari kaitsmiseks tuleks kasutada sulgu. Kui temperatuuriandur on paigaldatud kõrge keskmise voolukiirusega torujuhtmesse, tuleks see paigaldada nurga alla. Liigse erosiooni vältimiseks on kõige parem paigaldada temperatuuritunnetus element torujuhtme kurvidele. Kui keskmine rõhk ületab 10MPa, tuleb mõõteelemendile lisada kaitsehülss. Termopaaride ja termiliste takistite paigaldusasukoht peaks arvestama ka piisavalt ruumi lahtivõtmiseks, hooldamiseks ja kalibreerimiseks. Pikemate kaitsetorudega termopaaride ja termiliste takistid peaksid olema lihtne lahti võtta ja kokku panna

Termopaari temperatuuri mõõtmise meetod

Termilise reageerimise aeg on keeruline ja erinevad katsetingimused võivad põhjustada erineva mõõtmise tulemusi. Selle põhjuseks on asjaolu, et termilise reageerimise aega mõjutab soojusülekande kiirus termopaari ja seda ümbritseva söötme vahel; Suurem soojusülekande kiirus annab lühema termilise reageerimise aja. Termopaari toodete termilise reageerimise aja tagamiseks on võrreldav, riiklikud standardid täpsustavad, et termilise reageerimise aega tuleks mõõta spetsiaalse veevoolu testiseadme abil. Veevoolukiirust tuleks säilitada 0,4 ± 0,05 m/s, algtemperatuuriga vahemikus 5-45 kraadi ja temperatuuri samm 40-50 kraadi. Katse ajal ei tohiks vee temperatuur muutuda rohkem kui 1% temperatuuri etapist. Termopaar tuleb sisestada sügavusele 150 mm või disaini sisestamise sügavusele (olenevalt sellest, kumb on väiksem) ja seda tuleks testiaruandes märkida.

Kuna seade on suhteliselt keeruline, on praegu see seadmed ainult vähestel ühikutel, nii et riiklik standard näeb ette, et tootja ja kasutaja saavad muud testimeetodeid vastu võtta, kuid antud andmed peavad näitama katsetingimusi.

Kuna B -tüüpi termopaari termoelektriline potentsiaal on toatemperatuuri lähedal väga väike, pole termilise reageerimise aega lihtne mõõta. Seetõttu näeb riiklik standard ette, et S -tüüpi termopaari sama spetsifikatsiooni termoelektrilise elektroodikomplekti saab kasutada tema enda termoelektrilise elektroodide komplekti asendamiseks ja seejärel saab testi läbi viia.

Katse ajal registreerige aeg T0.5, kui termopaari väljund muutub 50% -ni temperatuuri astmest. Vajadusel registreerige ka 10% soojustusaeg T0.1 ja 90% termilise reageerimise aeg T0.9. Salvestatud termilise reageerimise ajad peaksid olema vähemalt kolme testi keskmine, kusjuures iga mõõt kaldub keskmisest ± 10%võrra. Lisaks ei tohiks temperatuuri astme muutmiseks vajalik aeg ületada ühte - kümnendikku testitud termopaari T0.5 -st. Salvestamisinstrumendi või arvesti reageerimisaeg ei tohiks ka ületada ühte - kümnendikku testitud termopaari T0.5 -st.

Peamised termopaaride tüübid

1. klassifikatsioon vastavalt fikseerimisseadme tüübile kui peamiste temperatuuride mõõtmise vahenditele, on termopaaril lai kasutusvalik, seega on seadmete kinnitamiseks ja tehniliste jõudluse jaoks palju nõudeid. Seetõttu on termopaari fikseerimisseadmed jagunenud kuueks tüübiks: pole kinnitusseadme tüüpi, keermestatud tüüpi, fikseeritud ääriku tüüp, liikuv ääriku tüüp, liikuv ääriku nurga joonlauda tüüp, kooniline kaitsetoru tüüp.

2. Klassifikatsioon vastavalt montaažile ja struktuurile vastavalt termopaaride jõudlusele ja struktuurile võib need jagada: eemaldatavad termopaarid, plahvatus {- tõend termopaaride, soomustatud termopaaride ja eriotstarbeliste termokeelte, näiteks survevedruga fikseeritud termokoerpüüdid.

Millistele nõuetele tuleks termopaari paigaldamisel pöörata tähelepanu?

Termopaaride ja takistuse termomeetrite paigaldamiseks tuleks pöörata tähelepanu temperatuuri mõõtmise, ohutuse ja töökindluse täpsusele ning mugavale hooldusele ning mitte mõjutada seadmete ja tootmistoimingute toimimist. Ülaltoodud nõuete täitmiseks pöörake termopaaride ja vastupidavuse termomeetrite installiosade ja sisestamise sügavuse valimisel tähelepanu järgmistele punktidele:

1. Et tagada piisav soojusvahetus termopaari ja resistentsuse termomeetri mõõtmise otsa ja mõõdetud söötme vahel, tuleks mõõtepunkt olla mõistlikult valitud ning termopaaride või takistuse termomeeter tuleks paigaldada võimalikult kaugele ventiilide, küünarnukkide ja seadmete paikadelt.

2. Termopaarides ja kaitsevarrukatega termostoritel on soojusülekande ja soojuse hajumise kadu. Mõõtmisvigade vähendamiseks peaksid termopaarides ja termistoritel olema piisav sisestamise sügavus:

(1) Termopaari jaoks, mis mõõdab vedeliku temperatuuri torujuhtme keskel, tuleks see üldiselt sisestada torujuhtme keskele (vertikaalne paigaldus või kaldu paigaldamine). Kui torujuhtme läbimõõt on 200 mm, tuleks termopaari või resistentsuse sisestamise sügavus valida 100 mm;

(2) Temperatuuri mõõtmiseks kõrge - temperatuuri, kõrge - rõhk ja kõrge - kiirusevedelike (näiteks peamine aurutemperatuur), et vähendada kaitsevarruka takistust vedelikule ja takistada seda vedeliku rõhu all olevasse purunemist, mis on pinnapealmeetod kasutatud, Thermooci jaoks. Madala sisestamise termopaari kaitsevarruka sügavus ei tohiks peamise aurutoru sisestamisel olla väiksem kui 75 mm; Termilise varruka termopaari standardne sisestussügavus on 100mm;

(3) Kui on vaja mõõta suitsu gaasi temperatuuri, ehkki suitsu läbimõõt on 4m, on termopaari või resistentsuse sisestussügavus 1 m;

(4) Kui mõõdetud originaali sisestussügavus ületab 1 m, tuleks see võimalikult palju vertikaalselt paigaldada või lisada tugikraam ja kaitsetoru.

Vigade vältimiseks tuleks termopaari õigesti kasutamiseks pöörata tähelepanu järgmistele punktidele

Termopaari korrektne kasutamine ei saa mitte ainult temperatuuriväärtust, tagada toote kvalifikatsiooni, vaid ka termopaari materiaalse tarbimise säästa, nii säästa raha kui ka tagada toote kvaliteet. Vale paigaldamine, soojusjuhtivus ja ajavahe vead, need on peamised vead termopaari kasutamisel.

1. Vale paigaldamisega kaasnevad vead, kui termopaari paigaldusasend ja sisestamise sügavus ei kajasta täpselt ahju tegelikku temperatuuri, näiteks ei tohiks termopaari asetada ukse- või kuumutamisaladele liiga lähedale ning selle sisestussügavus peaks olema vähemalt 8–10 korda. Termopaari kaitsehülsi ja ahju seina vaheline lõhe ei ole täidetud isoleermaterjaliga, mis võib ahju tungimiseks põhjustada soojust või külma õhku. Seetõttu tuleks termopaari kaitsevarruka ja ahju seina vaheline vahe sulgeda tulekindla savi või asbestiga, et vältida kuuma ja külma õhu konvektsiooni, mis võib mõjutada temperatuuri mõõtmise täpsust. Kui termopaari külm ots on ahju korpusele liiga lähedal, võib temperatuur ületada 100 kraadi. Termopaari paigaldamine peaks vältima tugevaid magnetvälju ja elektrivälju nii palju kui võimalik, nii et seda ei tohiks paigaldada samasse kanalit kui toitekaablid, et vältida häireid, mis võivad põhjustada vigu. Termopaari ei tohiks paigaldada piirkondadesse, kus mõõdetud keskmine voolab väga vähe. Gaasi temperatuuri mõõtmisel toru sees termopaariga tuleb termopaar paigaldada voolukiirusele vastas suunas ja sellel peab olema piisav kontakt gaasiga.

2. Isolatsiooni halvenemisega kaasnev viga, kui termopaar on isoleeritud, liiga palju mustust või soolajääke kaitsetorul ja tõmbeplaadil põhjustab termopaaride pooluste ja ahju seina vahel kehva isolatsiooni, mis on kõrgel temperatuuril tõsisem. See ei põhjusta mitte ainult termoelektrilise potentsiaali kadu, vaid põhjustab ka häireid ning selle põhjustatud viga võib mõnikord ulatuda sadade kraadideni.

3. Termilise inertsusega tutvustatud viga Termopaaride termiline inerts põhjustab instrumendi lugemise tegelikest temperatuurimuutustest maha jäänud, mis on eriti märgatav kiirete mõõtmiste ajal. Seetõttu on soovitatav kasutada termopaare peenemate termoelementide ja väiksemate kaitsetoru läbimõõtudega. Kui mõõtekeskkond võimaldab, saab kaitsetoru eemaldada. Mõõtmise mahajäämuse tõttu on termopaaride abil tuvastatud temperatuuri kõikumiste amplituud väiksem kui ahju temperatuuridel. Mida suurem on mõõtmine, seda väiksem on termopaari kõikumiste amplituud ja seda suurem erinevus ahju tegelikust temperatuurist. Temperatuuri mõõtmiseks või juhtimiseks suure ajakonstandiga termopaaride kasutamisel võib instrument näidata minimaalseid temperatuuri kõikumisi, kuid tegelik ahju temperatuur võib märkimisväärselt erineda. Temperatuuri täpse mõõtmise tagamiseks tuleks valida väikese ajakonstandiga termopaarid. Ajakonstant on pöördvõrdeline soojusülekande koefitsiendiga ja otseselt võrdeline termopaari kuuma otsa läbimõõdu, materjali tiheduse ja selle spetsiifilise soojusega. Ajakonstandi vähendamiseks on kõige tõhusam meetod lisaks soojusülekande koefitsiendi suurendamisele kuuma otsa suuruse minimeerimine. Praktikas kasutatakse kaitsevarrukate jaoks tavaliselt hea soojusjuhtivuse, õhukeste torude seinte ja väikeste sisemise läbimõõtudega materjale. Täpsemate temperatuuri mõõtmiste jaoks kasutatakse kaitsevessateta paljast traadi termopaare, kuid neid saab kergesti kahjustada ja vajavad õigeaegset kalibreerimist või asendamist.

4. Soojustakistuse viga kõrgel temperatuuril, kui kaitsetorul on tahmakiht ja sellele on kinnitatud tolm, suureneb soojustakistus ja soojusjuhtivust takistatakse. Sel ajal on temperatuuri näidustus madalam kui mõõdetud temperatuuri tegelik väärtus. Seetõttu tuleks vea vähendamiseks säilitada termopaari kaitsetoru välist puhtust.

Termopaaride peamised eelised

1. kõrge mõõtmise täpsus. Kuna see on otseselt mõõdetud objektiga kontaktis, ei mõjuta keskmine keskkond.

2. lai mõõtmisvahemik. Tavalisi termopaare saab pidevalt mõõta alates-50 kraadi-1600 kraadi ja mõnda spetsiaalset termopaari võib mõõta madala AS-269 kraadi (näiteks kuldraua nikli kroomi) ja koguni 2800 kraadi (näiteks volfilm, renium).

3. Lihtne struktuur ja hõlpsasti kasutatav. Termokoutid koosnevad tavaliselt kahest erinevast metallist juhtmest ning need ei piira suuruse ja algusega. Neil on väljastpoolt kaitsv varrukas, mis muudab need kasutamiseks väga mugavaks.

Millised on termopaari tulevased suundumused ja rakendusväljad?

I. Tulevane arengutrend Materiaalsed innovatsioonid ja jõudluse parandamine Uued termoelektrilised materjalid: arendage välja suurema tundlikkuse ja laiema temperatuurivahemikuga materjalid (näiteks oksiidi termopaaride, nanokomposiidid), et asendada traditsioonilisi metallisulameid (näiteks k {- tüüp, j - tüüp) Arendamine Paindlik temperatuur: paindlik temperatuur: paindlik temperatuur: paindlik temperatuur: painutatud temperatuur: paindlik kaevab kulutatavaid katteid kaevandatavaid kaevakesi. Kuulub kaevab kulutatavaid katteid kaevandatavaid. Õhuke - kile termopaarid (näiteks trükitud elektroonika). Kõrge temperatuuriga ülijuhtivad materjalid: stabiilsete temperatuuri mõõtmisskeemide uurimine ekstreemses keskkonnas (näiteks lennundus- ja tuumareaktorid). Arukas ja integreeritud manustatud signaalitöötlus: integreeritud miniatuurne võimendi ja digitaalne kompensatsiooni vooluring, digitaalse signaali otsene väljund, vähendage väliseid häireid. IoT Fusion: kaugseire kaudu traadita edastamise kaudu (näiteks Lora, NB - IoT), et toetada tööstuse 4.0 ja nutikate linnarakenduste toetamist. Self - toitega süsteem: Termopaaride Seebecki efekti kasutamine toite madala - toiteseadmete (näiteks traadita anduri sõlmed). Täpsuse ja usaldusväärsuse optimeerimine AI kalibreerimistehnoloogia: masinõppe kaudu mittelineaarse viga ja vananeva triivi dünaamiliseks kompenseerimiseks pikendage kasutusaega. Multi - anduri sulandumine: kombineeritud infrapuna, RTD jne, et parandada mõõtmise usaldusväärsust keerulises keskkonnas. Madalad kulud ja standardiseerimisprotsess: suur - mikroelektromehaaniliste süsteemide skaala tootmine vähendab mikrotermopaaride kulusid ja laiendab tarbijarakendusi. Rahvusvaheline standardühendus: kohandage globaalse tarneahelaga, lihtsustage valiku- ja hooldusprotsessi.

2, arenev rakendusväljad uue energia ja süsiniku neutraalsuse fotogalvaanilise ja energiasalvestuse: jälgige päikesepaneeli temperatuuri (vältimiseks kuuma koha efekti) ja energiasalvestussüsteemide soojuslikku juhtimist. Vesinik energia: kõrgsurve vesiniku tootmine ja kütuseelementide virnade temperatuuri jälgimine. Tuuma sulandumine: tulevaste reaktorite (näiteks volframi ja reniumi termopaaride) äärmuslikud kõrgete temperatuuride mõõtmised. Kõrge - lõpptootmine ja automatiseerimise pooljuhtide tootmine: vahvli töötlemise ja söövitusseadmete täpne temperatuurikontroll (vajalik millisekundi vastus). Lisandi tootmine: reaalne - sulamibasseini temperatuuri aja tagasiside 3D -printimisprotsessis vormimise kvaliteedi optimeerimiseks. Robot: Roboti ühise ülekuumenemise kaitse. Biomeditsiiniline ja tervis minimaalselt invasiivne operatsioon: ülikergete termopaaride integreeritakse kateetrisse või endoskoobi, et jälgida kudede temperatuuri reaalajas. Kandatavad seadmed: kehatemperatuuri muutuste pidev jälgimine (näiteks tervisejuhtimise vajadused pärast epideemiat). Madala temperatuuriga ravi: täpne temperatuurikontroll vedela lämmastiku krüoteraapia ajal. Lennundus ja kaitse ülehelikiirused: pinna aerodünaamiline kuumutamise jälgimine (vajalik materjalid, mis on vastupidavad enam kui 2000 ° C -le). Satelliidi termiline kontroll: usaldusväärsuse paranemine ruumi äärmuslikus temperatuurikeskkonnas. Mootori tervisejuhtimine: turbiini tera temperatuuri jaotuse jälgimine. Nutikas kodu- ja tarbeelektroonika nutikad koduseadmed: ahjude, kohvimasinate ja muude koduseadmete täpne temperatuurikontroll. AR/VR -seadmed: takistage protsessori ülekuumenemist mõjutamast kasutajakogemust. Keskkond ja põllumajandus Nutikas põllumajandus: kasvuhoone ja mulla temperatuuri jälgimine. Geotermiline uurimine: sügav hästi temperatuuri mõõtmine energia arengu abistamiseks.

kokku võtma

Termopaaride tulevik keskendub kolmele võtmevaldkonnale: kõrge - jõudlusmaterjalid, intelligentsus ja rist - domeeni integreerimine. Nad jätkavad kõrge - lõppsektorit, näiteks uus energia, tervishoid ja kosmosetung, ning sisenevad tarbijaturule kulude vähenemisel. Nende peamised eelised - lihtne struktuur, toiteallikate puudumine ja soojuskindlus - tagavad nende asendamatuse, kuid need peavad arenema ka tekkivate anduritehnoloogiatega.