1. Основной принцип измерения температуры термопарой
Рисунок 1: Эффект Зеебека
Рисунок 1
2. Классификация и характеристика
Критерии выбора термопары включают стоимость, максимальную и минимальную рабочие температуры, химическую стабильность, совместимость материалов, защиту от атмосферных воздействий, механические ограничения, ограничения по времени воздействия, срок службы датчика, чувствительность и выходную ЭДС.
2.1. Термопара из сплава Cu-CuNi (константан) (тип T)
Термопара Т-типа используется при низких температурах. Диапазон измерения температуры составляет от -250 до 350°C. Медь быстро окисляется при температуре выше 400 °C. Следовательно, мы должны избегать проблем, связанных с медными электродами с высокой теплопроводностью. Так как один провод этой термопары медный, специальный компенсационный кабель не требуется. Термопара Т-типа обладает хорошей чувствительностью, высокой стабильностью, высокой скоростью отклика и низкой ценой. Парная проволока имеет хорошую однородность и может быть сделана очень тонкой, которую можно произвольно сгибать в соответствии с фактическими потребностями измерения в сложных условиях. Он обладает высокой механической прочностью, хорошей устойчивостью к давлению и хорошей применимостью в промышленных измерениях.
2.2. Термопара из сплава Fe-CuNi (тип J)
Термопара J-типа популярна благодаря высокому коэффициенту Зеебека и низкой цене. Максимальная температура непрерывной работы в окислительном газе может достигать 800°С, и его можно хорошо применять в восстановительном газе при температуре 0-550°С, но он будет быстро разрушаться при температуре выше 550°С. Он в основном используется в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, устойчив к коррозии от водорода и угарного газа.
2.3. Термопара из сплава NiCr-CuNi (константан) (тип E)
Термопара Е-типа обеспечивает высокую выходную мощность при температуре от -250 до 900 °C. Он сочетает в себе преимущества К-типа и Т-типа и обладает такими преимуществами, как большой коэффициент Зеебека, хорошая чувствительность, низкая теплопроводность и высокая коррозионная стойкость.
2.4. Термопара из сплава NiCr-NiSi (тип K)
Термопара К-типа является наиболее часто используемой термопарой и предназначена для использования в окислительных средах. Максимальная температура непрерывного использования составляет 1100 °C, хотя существует дрейф и потеря точности из-за окисления выше 800 °C. Термопара К-типа имеет гистерезисную нестабильность в диапазоне от 300 до 600 °С, что может приводить к различной степени погрешности.
2.5. Сплав NiCrSi-NiCrMg (тип N)
Термопара N-типа обладает высокой стойкостью к окислению при высоких температурах до 1300 °С, хорошей долговременной стабильностью термоэдс и хорошей воспроизводимостью кратковременных термоциклов. Обладает хорошей устойчивостью к ядерному излучению и низким температурам. Благодаря улучшенной стабильности линейного отклика и алгоритму преобразования между термоэлектродвижущей силой и температурой нестабильность K-типа эффективно решается. N-тип имеет немного более низкую кривую напряжение-температура, чем K-тип.
2.6. Платина Родий 30 - Платина Родий 6 (Тип B)
Термопара типа B подходит для непрерывного использования при температуре до 1600°C и периодического использования до 1800°C. Однако существует локальное минимальное значение его термо-ЭДС, конкретно проявляющееся в двузначной неоднозначности между 0~42°С. Его можно использовать длительно в окислительной и нейтральной газовой среде и кратковременно в вакууме.
2.7. Платина Родий 10 - Платина (Тип S)
Термопара S-типа имеет стабильные физико-химические свойства и высокую точность измерений. Он часто используется в качестве эталонного термометра для точных измерений. Непрерывное измерение температуры в среде окислителя или инертного газа может достигать 1400 °C, а кратковременное измерение может достигать 1650 °C.
2.8. Платина Родий 13 - Платина (тип R)
Термопара типа R имеет такие же характеристики, что и термопара типа S, но с немного более высоким выходным сигналом и улучшенной стабильностью.
3. Измерительная цепь и компенсация холодного спая
На рис.2 показана схема реального измерения термоЭДС, которая устанавливается на входе измерительного прибора в том месте, где термопара находится в непосредственном контакте с температурой. Измерительный прибор может быть цифровым вольтметром или аналого-цифровым преобразователем прямого считывания. Входное сопротивление прибора для измерения напряжения больше, чем сопротивление термопары и ее удлинительного провода. Потому что в реальных ситуациях необходимо предотвратить протекание избыточного тока по цепи, чтобы избежать возможных других термоэлектрических эффектов или вызвать падение ИК всей термопары и ее проводов. Напряжение, генерируемое металлической термопарой, невелико, обычно 10-80 мкВ/°C.
фигура 2
В реальных измерениях необходимо не только измерить термоэлектрический потенциал, генерируемый термопарой из-за температуры, но также должна быть известна температура холодного спая термопары, чтобы можно было окончательно определить температуру измерительного спая. Есть два способа справиться с температурой холодного спая, первый - это метод точки замерзания, поместить холодный спай термопары в смесь льда и воды или термостат с нулевым градусом, чтобы температура холодного спая может быть гарантировано 0°C. Преимущество этого метода в том, что погрешность невелика, а недостаток в том, что смесь воды и льда сложна в приготовлении. и нельзя гарантировать, что будет абсолютно 0°C, нулевой термостат ограничен диаметром соединительного провода; второй - метод компенсации холодного спая, холодный спай пары напрямую подключается к измерительному прибору, и измеряется температура холодного спая, преобразуйте значение температуры холодного конца в определенный термоэлектрический потенциал и добавляйте его к данные измерения, чтобы получить температуру конца измерения. Преимущество его в том, что он прост, без промежуточных звеньев и дополнительного оборудования, и может проводить масштабный сбор данных. Недостатком является то, что измерение температуры холодного спая вносит ошибки, которые влияют на неопределенность результатов измерения. холодный спай пары напрямую подключается к измерительному прибору, и измеряется температура холодного спая, преобразуйте значение температуры холодного конца в определенный термоэлектрический потенциал и добавляйте его к данным измерения, чтобы получить температура конца измерения. Преимущество его в том, что он прост, без промежуточных звеньев и дополнительного оборудования, и может проводить масштабный сбор данных. Недостатком является то, что измерение температуры холодного спая вносит ошибки, которые влияют на неопределенность результатов измерения. холодный спай пары напрямую подключается к измерительному прибору, и измеряется температура холодного спая, преобразуйте значение температуры холодного конца в определенный термоэлектрический потенциал и добавляйте его к данным измерения, чтобы получить температура конца измерения. Преимущество его в том, что он прост, без промежуточных звеньев и дополнительного оборудования, и может проводить масштабный сбор данных. Недостатком является то, что измерение температуры холодного спая вносит ошибки, которые влияют на неопределенность результатов измерения. Преимущество его в том, что он прост, без промежуточных звеньев и дополнительного оборудования, и может проводить масштабный сбор данных. Недостатком является то, что измерение температуры холодного спая вносит ошибки, которые влияют на неопределенность результатов измерения. Преимущество его в том, что он прост, без промежуточных звеньев и дополнительного оборудования, и может проводить масштабный сбор данных. Недостатком является то, что измерение температуры холодного спая вносит ошибки, которые влияют на неопределенность результатов измерения.
4. Физическая изоляция и устранение ошибок
Из-за факторов окружающей среды и измеряемого объекта во многих тестах необходимо электрически или химически изолировать провод термопары, чтобы продлить срок службы электрода и повысить точность измерения. Изоляционные материалы, как правило, должны соответствовать воздухонепроницаемости, механической прочности, химической стабильности, теплопроводности, коррозионной стойкости и другим условиям. Обычно используемые материалы для изоляционных втулок в основном делятся на три категории: металлические, неметаллические и композитные материалы. Защитные оболочки из металлических материалов включают титановый сплав для агрессивных сред до 250°C; низкоуглеродистая сталь для окислительной среды при 600°С; нержавеющая сталь для кислотостойких, коррозионностойкая и высокопрочная среда в диапазоне 800-1000°С; Изготовленные из платины корпусы из драгоценных металлов, например сплавов и вольфрам-рениевых сплавов, могут применяться для высокотемпературных измерений в восстановительных средах от 1400 до 2000°С, но они дороги. Неметаллические корпуса в основном включают кварцевые трубки, которые обычно используются при температурах ниже 1100°C и обладают хорошей коррозионной стойкостью, термостойкостью и воздухонепроницаемостью; Фарфоровые пробирки можно использовать до 1500°C, а также можно длительное время использовать при температурах ниже 1200°C. Он обладает хорошей износостойкостью, коррозионной стойкостью, высокой термостойкостью и электроизоляционными характеристиками, но плохой воздухонепроницаемостью и устойчивостью к тепловому удару; Оксид магния можно использовать до 1800 ° C, он обладает хорошими характеристиками изоляции при высоких температурах, высокой теплопроводностью, и сильная коррозионная стойкость. Недостатком является плохая термостойкость; графит можно использовать до 2000°C. Его теплопроводность и стойкость к тепловому удару хорошие, он устойчив к коррозии, но его механическая прочность невысока. Безуглеродные ионы будут влиять на термоэлектрические характеристики термода при высокой температуре. Композитные защитные трубки в основном изготавливаются из различных пропорций керамики и металлов. Температура изоляции колеблется от 1200 до 1800°С, а максимальная температура может достигать 2200°С. Обладает хорошей теплопроводностью, термостойкостью, термостойкостью и износостойкостью. Он обычно используется для измерения температуры и изоляции жидких металлов, таких как расплавы железа, расплавленной стали и цветных металлов. Недостатком является плохая термостойкость; графит можно использовать до 2000°C. Его теплопроводность и стойкость к тепловому удару хорошие, он устойчив к коррозии, но его механическая прочность невысока. Безуглеродные ионы будут влиять на термоэлектрические характеристики термода при высокой температуре. Композитные защитные трубки в основном изготавливаются из различных пропорций керамики и металлов. Температура изоляции колеблется от 1200 до 1800°С, а максимальная температура может достигать 2200°С. Обладает хорошей теплопроводностью, термостойкостью, термостойкостью и износостойкостью. Он обычно используется для измерения температуры и изоляции жидких металлов, таких как расплавы железа, расплавленной стали и цветных металлов. Недостатком является плохая термостойкость; графит можно использовать до 2000°C. Его теплопроводность и стойкость к тепловому удару хорошие, он устойчив к коррозии, но его механическая прочность невысока. Безуглеродные ионы будут влиять на термоэлектрические характеристики термода при высокой температуре. Композитные защитные трубки в основном изготавливаются из различных пропорций керамики и металлов. Температура изоляции колеблется от 1200 до 1800°С, а максимальная температура может достигать 2200°С. Обладает хорошей теплопроводностью, термостойкостью, термостойкостью и износостойкостью. Он обычно используется для измерения температуры и изоляции жидких металлов, таких как расплавы железа, расплавленной стали и цветных металлов. и он устойчив к коррозии, но его механическая прочность невысока. Безуглеродные ионы будут влиять на термоэлектрические характеристики термода при высокой температуре. Композитные защитные трубки в основном изготавливаются из различных пропорций керамики и металлов. Температура изоляции колеблется от 1200 до 1800°С, а максимальная температура может достигать 2200°С. Обладает хорошей теплопроводностью, термостойкостью, термостойкостью и износостойкостью. Он обычно используется для измерения температуры и изоляции жидких металлов, таких как расплавы железа, расплавленной стали и цветных металлов. и он устойчив к коррозии, но его механическая прочность невысока. Безуглеродные ионы будут влиять на термоэлектрические характеристики термода при высокой температуре. Композитные защитные трубки в основном изготавливаются из различных пропорций керамики и металлов. Температура изоляции колеблется от 1200 до 1800°С, а максимальная температура может достигать 2200°С. Обладает хорошей теплопроводностью, термостойкостью, термостойкостью и износостойкостью. Он обычно используется для измерения температуры и изоляции жидких металлов, таких как расплавы железа, расплавленной стали и цветных металлов. Композитные защитные трубки в основном изготавливаются из различных пропорций керамики и металлов. Температура изоляции колеблется от 1200 до 1800°С, а максимальная температура может достигать 2200°С. Обладает хорошей теплопроводностью, термостойкостью, термостойкостью и износостойкостью. Он обычно используется для измерения температуры и изоляции жидких металлов, таких как расплавы железа, расплавленной стали и цветных металлов. Композитные защитные трубки в основном изготавливаются из различных пропорций керамики и металлов. Температура изоляции колеблется от 1200 до 1800°С, а максимальная температура может достигать 2200°С. Обладает хорошей теплопроводностью, термостойкостью, термостойкостью и износостойкостью. Он обычно используется для измерения температуры и изоляции жидких металлов, таких как расплавы железа, расплавленной стали и цветных металлов.
Хотя металлический корпус обладает хорошей термостойкостью, его износостойкость при высоких температурах оставляет желать лучшего. Неметаллический корпус обладает хорошей коррозионной стойкостью, термостойкостью и износостойкостью, но его стойкость к тепловому удару низкая и хрупкая. Поэтому было изготовлено специальное композитное покрытие защитной оболочки с использованием технологии обработки поверхности материала в изоляционной оболочке. В настоящее время применяется износостойкий процесс науглероживания и борирования поверхности, а также применение полимерных материалов, таких как хлорвиниловая смола, полиэтилен и т. д. ПТФЭ, которые могут быть нанесены на поверхность металлического корпуса для получения хорошей коррозионной стойкости. -стойкое покрытие, изготовлено из других новых материалов и новых процессов, таких как покрытия из интерметаллических соединений, градиентные функциональные материалы покрытия, нанокерамические покрытия и т. д.
Поскольку тепловая электродвижущая сила, создаваемая термопарой, находится лишь на уровне милливольт, требуется прецизионное измерительное оборудование для измерения малых напряжений и способности различать малые изменения напряжения, но в то же время внешние помехи от воздействия электрического поля и магнитного поля. поле в среде измерения имеет большое влияние на измерение низкой электродвижущей силы. Источники шума, влияющие на измерения термопар, в основном включают синфазный шум, создаваемый контурами заземления, нормальный шум, создаваемый электромагнитными полями, и статический шум, создаваемый вращающимся оборудованием. Наилучшим способом предотвращения контуров заземления является использование изолированной термопары, не допускающей заземления соединения термопары, а также использование измерительной системы с высоким импедансом относительно земли. Метод снижения шума нормального режима заключается в использовании кабелей витой пары с небольшими зазорами для кабелей измерительной цепи и снижении порядка величины синфазного шума в цепи путем подключения фильтрующих элементов или во избежание параллельного расположения с близлежащим сильнотоком. линий как можно больше. шумовое нарушение. Статический шум можно эффективно подавить с помощью экранированных кабелей, а также можно уменьшить с помощью системы измерения с высоким импедансом для заземления и эффективного заземления.
Поддерживается сеть IPv6