Termocuplu

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 20 octombrie 2022; verificarea necesită 1 editare .

Termocuplu (convertor termoelectric) - un dispozitiv sub forma unei perechi de conductori din diferite materiale, conectați la un capăt și care fac parte dintr-un dispozitiv care utilizează efectul termoelectric pentru măsurare [1] . Este utilizat în industrie, cercetare științifică, medicină și sisteme de automatizare , în principal pentru măsurarea și controlul temperaturii.

Pentru a măsura diferența de temperatură a zonelor, dintre care niciuna nu conține un convertor secundar (contor termo-EMF), este convenabil să utilizați un termocuplu diferențial: două termocupluri identice conectate electric unul față de celălalt. Fiecare dintre ele măsoară diferența de temperatură dintre joncțiunea sa de lucru și joncțiunea condiționată formată din capetele termocuplurilor conectate la bornele convertorului secundar. De obicei, convertorul secundar măsoară diferența lor EMF, astfel, folosind două termocupluri, este posibil să se măsoare diferența de temperatură dintre joncțiunile lor de lucru din rezultatele măsurării tensiunii. Metoda nu este exactă dacă liniarizarea caracteristicii statice a termocuplurilor nu este prevăzută în convertorul secundar, deoarece toate termocuplurile au într-o oarecare măsură o caracteristică de conversie statică neliniară [2] .

Cum funcționează

Principiul de funcționare se bazează pe efectul Seebeck sau, cu alte cuvinte, pe efectul termoelectric. Între conductoarele conectate există o diferență de potențial de contact ; dacă îmbinările conductoarelor conectate într-un inel sunt la aceeași temperatură, suma acestor diferențe de potențial este zero. Când îmbinările conductorilor diferiți sunt la temperaturi diferite, diferența de potențial dintre ele depinde de diferența de temperatură. Coeficientul de proporționalitate din această dependență se numește coeficientul termo-EMF. Pentru diferite metale, coeficientul termo-EMF este diferit și, în consecință, diferența de potențial care apare între capetele diferiților conductori va fi diferită. Prin plasarea unei joncțiuni de metale cu coeficienți termo-EMF non-nuli într-un mediu cu o temperatură , vom obține o tensiune între contacte opuse situate la o temperatură diferită , care va fi proporțională cu diferența de temperatură:

Metode de conectare

Există două modalități cele mai comune de a conecta un termocuplu la traductoarele de măsurare: simplu și diferențial. În primul caz, traductorul de măsurare este conectat direct la doi termoelectrozi. În al doilea caz, se folosesc doi conductori cu coeficienți termo-EMF diferiți, lipiți la ambele capete, iar traductorul de măsurare este inclus în golul unuia dintre conductori. În orice caz, pentru conectarea termocuplurilor se folosesc cabluri și fire speciale de termocuplu .

Firele de prelungire sau de compensare sunt utilizate pentru conectarea de la distanță a termocuplurilor. Firele de prelungire sunt realizate din același material ca și termoelectrozii, dar pot avea un diametru diferit. Firele de compensare sunt utilizate în principal cu termocupluri de metal nobil și au o compoziție diferită de termoelectrozii. Cerințele pentru cabluri pentru termocupluri sunt specificate în IEC 60584-3.

Următoarele recomandări de bază îmbunătățesc precizia unui sistem de măsurare care include un senzor de termocuplu [3] :

— Un termocuplu miniatural cu sârmă foarte subțire trebuie conectat numai folosind fire de prelungire cu diametru mai mare;

- Evitati, daca este posibil, tensiunea mecanica si vibratia firului termocuplului;

- Când folosiți fire lungi de prelungire, pentru a evita interferențele, conectați ecranul firului la ecranul voltmetrului și răsuciți cu atenție firele;

— Dacă este posibil, evitați gradientele de temperatură ascuțite pe lungimea termocuplului;

- Materialul capacului de protecție nu trebuie să contamineze electrozii termocuplului în întregul interval de temperatură de funcționare și trebuie să asigure o protecție fiabilă a firului termocuplului atunci când se lucrează în condiții dăunătoare;

— Folosiți fire de prelungire în intervalul lor de funcționare și cu gradiente minime de temperatură;

- Pentru controlul și diagnosticarea suplimentară a măsurătorilor de temperatură, se folosesc termocupluri speciale cu patru termoelectrozi, care permit măsurători suplimentare ale rezistenței circuitului pentru a monitoriza integritatea și fiabilitatea termocuplurilor.

Aplicații ale termocuplurilor

Pentru a măsura temperatura diferitelor tipuri de obiecte și medii, precum și un senzor de temperatură în sistemele de control automate. Termocuplurile realizate din aliaj tungsten - reniu sunt senzorii de temperatură de contact cu cea mai mare temperatură [4] . Astfel de termocupluri sunt folosite în metalurgie pentru a măsura temperatura metalelor topite.

Pentru controlul flăcării și protecția împotriva contaminării cu gaz în cazanele pe gaz și alte aparate cu gaz (de exemplu, sobe pe gaz de uz casnic). Curentul termocuplului, încălzit de flacăra arzătorului, ține deschisă robinetul de gaz cu ajutorul unui electromagnet. În cazul unei defecțiuni a flăcării, curentul termocuplului scade, curentul electromagnetului scade, iar supapa oprește alimentarea cu gaz prin intermediul unui arc.

În anii 1920 și 1930, termocuplurile au fost folosite pentru a alimenta receptoare radio simple și alte dispozitive cu curent redus. Este foarte posibil să folosiți termogeneratoare pentru a reîncărca bateriile dispozitivelor moderne de curent redus (telefoane, camere foto etc.) folosind focul deschis.

Receptor de radiații

Din punct de vedere istoric, termocuplurile reprezintă unul dintre cei mai vechi detectoare de radiații termoelectrice [5] . Referirile la această utilizare a acestora datează de la începutul anilor 1830 [6] . Primele fotodetectoare foloseau perechi simple de fire (cupru - fier , bismut - antimoniu), joncțiunea fierbinte era în contact cu o placă de aur înnegrită. Modelele ulterioare au început să folosească semiconductori .

Termocuplurile pot fi pornite electric pentru a forma o termopilă . Joncțiunile fierbinți sunt situate fie de-a lungul perimetrului zonei de recepție, fie uniform pe suprafața acesteia. În primul caz, termocuplurile individuale se află în același plan, în al doilea sunt paralele între ele [7] .

Avantajele termocuplurilor

Dezavantaje

Tipuri de termocupluri

Cerințele tehnice pentru termocupluri sunt determinate de GOST 6616-94. Tabelele standard pentru termometrele termoelectrice - caracteristicile nominale de conversie statică (NCX), clasele de toleranță și intervalele de măsurare sunt date în standardul IEC 60584-1.2 și în GOST R 8.585-2001.

Compoziția exactă a aliajului termoelectrodului pentru termocuplurile de metal de bază nu este dată în IEC 60584-1. Caracteristicile statice nominale pentru termocuplurile chromel-copel THC și termocuplurile tungsten-reniu sunt definite numai în GOST R 8.585-2001. Standardul IEC nu include date despre termocuplu. Din acest motiv, caracteristicile termocuplurilor importate din aceste perechi metalice pot diferi semnificativ de cele autohtone, de exemplu, tipul L importat și tipul autohton TXK nu sunt interschimbabile. În același timp, de regulă, echipamentele importate nu sunt proiectate pentru standardele interne.

IEC 60584 este în prezent în curs de revizuire. Se preconizează introducerea în standard a termocuplurilor de tungsten-ren de tip A-1, a căror caracteristică statică nominală va corespunde standardului rus, și de tip C conform standardului ASTM [8] .

În 2008, IEC a introdus două noi tipuri de termocupluri: aur-platină și platină-paladiu. Noul standard IEC 62460 stabilește tabele standard pentru aceste termocupluri din metal pur. Nu există încă un standard rus similar.

Comparația termocuplurilor

Tabelul de mai jos descrie proprietățile mai multor tipuri diferite de termocupluri [9] . În cadrul coloanelor de precizie, T reprezintă temperatura joncțiunii fierbinți, în grade Celsius. De exemplu, un termocuplu cu o precizie de ±0,0025×T ar avea o precizie de ±2,5°C la 1000°C.

Tip de

termocupluri

IEC (IEC)

Material

pozitiv

electrod

Material

negativ

electrod

Ritm.

coeficient,

µV/°C

Ritm.

interval, °C

(lung)

Ritm.

interval, °C

(scurt)

Clasa de precizie 1 (°C) Clasa de precizie 2 (°C) IEC (IEC)

Cod de culoare

K Chromel

Cr-Ni

Alumel

Ni-Al

40…41 0 până la +1100 -180 până la +1300 ±1,5 de la -40°C la 375°C
±0.004×T de la 375°C la 1000°C 		±2,5 de la -40°C la 333°C
±0.0075×T de la 333°C la 1200°C 		verde-alb
J Fier

Fe

Constantan

Cu-Ni

55.2 0 până la +700 -180 până la +800 ±1,5 de la -40°C la 375°C
±0.004×T de la 375°C la 750°C 		±2,5 de la -40 °C la 333 °C
±0.T de la 333 °C la 750 °C 		Alb negru
N Nichrosil

Ni-Cr-Si

Nisil

Ni-Si-Mg

26 0 până la +1100 -270 până la +1300 ±1,5 de la -40°C la 375°C
±0.004×T de la 375°C la 1000°C 		±2,5 de la -40°C la 333°C
±0.0075×T de la 333°C la 1200°C 		Liliac-alb
R Rodiu platină

Pt-Rh (13% Rh)

Platină

Pt

5.3 0 până la +1600 -50 până la +1700 ±1,0 de la 0 °C la 1100 °C
±[1 + 0,003×(T − 1100)] de la 1100 °C la 1600 °C 		±1,5 de la 0°C la 600°C
±0.0025×T de la 600°C la 1600°C 		portocaliu-alb
S Rodiu platină

Pt-Rh (10% Rh)

Platină

Pt

5.4 0 până la 1600 -50 până la +1750 ±1,0 de la 0 °C la 1100 °C
±[1 + 0,003×(T − 1100)] de la 1100 °C la 1600 °C 		±1,5 de la 0°C la 600°C
±0.0025×T de la 600°C la 1600°C 		portocaliu-alb
B Rodiu platină

Pt-Rh (30% Rh)

Rodiu platină

Pt-Rh (6% Rh)

+200 până la +1700 0 până la +1820 ±0,0025×T de la 600°C la 1700°C Dispărut
T Cupru

Cu

Constantan

Cu-Ni

38 -185 până la +300 -250 până la +400 ±0,5 de la -40°C la 125°C
±0.004×T de la 125°C la 350°C 		±1,0 -40°C până la 133°C
±0,0075×T 133°C până la 350°C 		maro-alb
E Chromel

Cr-Ni

Constantan

Cu-Ni

68 0 până la +800 -40 până la +900 ±1,5 de la -40°C la 375°C
±0.004×T de la 375°C la 800°C 		±2,5 de la -40°C la 333°C
±0.0075×T de la 333°C la 900°C 		Violet-alb

Note

  1. ↑ IEC. Termocupluri - Partea 1: Specificații și toleranțe pentru EMF secțiunea 2.2  (ing.)  : standard. - 2013. Arhivat 15 octombrie 2021.
  2. ↑ ITS-90 T/C Polinoame-T30-Z (Pagina 198) . Preluat la 19 noiembrie 2019. Arhivat din original la 18 mai 2021.
  3. ↑ Surse de eroare de termocuplu . Consultat la 23 decembrie 2009. Arhivat din original pe 23 decembrie 2009.
  4. ↑ Experiență în utilizarea termocuplurilor tungsten-reniu . Preluat la 20 martie 2013. Arhivat din original la 13 februarie 2014.
  5. ↑ Kies, 1985 , p. 75.
  6. ↑ Melloni, 1833 .
  7. ↑ Grunin, 2015 , p. 65.
  8. ↑ IEC 60584 revizuire . Consultat la 23 decembrie 2009. Arhivat din original pe 23 decembrie 2009.
  9. ↑ GOST R 8.585-2001. Termocupluri. Caracteristici nominale de conversie statică . Consultat la 19 iunie 2013. Arhivat din original la 30 septembrie 2015.

Vezi și

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii