Termopary Są to urządzenia szeroko stosowane w przemyśle do pomiaru temperatury. Dzięki swojej wszechstronności, niskiemu kosztowi i wytrzymałości termopary stały się jedną z najpopularniejszych opcji dokładnego monitorowania i pomiaru temperatury w różnych środowiskach. Jego konstrukcja i działanie opierają się na prostych zasadach fizycznych, ale mają szerokie zastosowanie, od procesów przemysłowych po badania naukowe.
Jest ich kilka rodzaje termopar, każdy zaprojektowany dla różnych zakresów temperatur i warunków środowiskowych. W tym artykule szczegółowo zbadamy różne typy termopar, ich zastosowania, kluczowe cechy i sposoby wyboru najodpowiedniejszego w zależności od środowiska i konkretnych potrzeb pomiarowych.
Co to jest termopara?
Un termoelement Jest to czujnik mierzący temperaturę poprzez połączenie dwóch różnych przewodników metalicznych. Przewodniki te wytwarzają napięcie, które zmienia się wraz z różnicą temperatur pomiędzy końcówkami czujnika, co pozwala na dokładne określenie temperatury w punkcie pomiarowym. Zjawisko to nazywa się Efekt Seebecka, co jest podstawą działania termopar.
Zasada działania
Jak wspomnieliśmy, termopara opiera się na Efekt Seebecka. Kiedy dwa metale stykają się i są poddawane działaniu różnicy temperatur, wytwarzają napięcie. Jeden koniec termopary styka się z przedmiotem, którego temperatura jest mierzona (np łączenie na gorąco), podczas gdy drugi koniec utrzymuje się w znanej temperaturze, takiej jak temperatura pokojowa (tzw zimny związek).
To wygenerowane napięcie jest przekształcane na użyteczny odczyt temperatury. Należy zauważyć, że sygnał wyjściowy z termopar jest bardzo mały, zwykle wyrażany w miliwoltach, dlatego niezbędny jest obwód wzmacniający, aby przełożyć ten sygnał na możliwą do opanowania wartość.
Rodzaje termopar
Istnieje kilka typów termopar w zależności od materiałów tworzących przewodniki, a każdy typ ma unikalne właściwości pod względem zakresu temperatur i dokładności. Poniżej opisujemy te najczęstsze.
Termopara typu K
Termopara typu K Jest to najbardziej powszechne w branży. Składa się z kombinacji nikiel-chrom (Chromel®) jako element pozytywny i nikiel-aluminium (Alumel®) jako element ujemny. Idealnie nadaje się do pomiaru temperatur w szerokim zakresie od -200°C do 1250°C.
Ten typ termopary jest szczególnie przydatny w środowiskach, w których występuje atmosfera utleniająca i wysoka temperatura. Niski koszt i trwałość sprawiają, że jest to doskonała opcja do powszechnych zastosowań przemysłowych.
Termopara typu J
Termopara typu J Jest znany ze swojego zastosowania w środowiskach, w których temperatury wahają się od -210°C do 760°C. Składa się z Hierro jako przewodnik dodatni i Konstantan (stop miedzi i niklu) jako przewodnik ujemny.
Jest to jedna z nich tańsze termopary i nadaje się do środowisk o temperaturze nieprzekraczającej 760°C, ponieważ żelazo szybko utlenia się w wyższych temperaturach. Dlatego idealnie nadaje się do zastosowań wymagających niedrogiego czujnika i umiarkowanych temperatur.
Termopara typu T
El Termopara typu T Doskonale nadaje się do pomiarów w niskich temperaturach, np. w zakresie od -200°C do 350°C. Jego sterowniki składają się z miedź po stronie pozytywnej i Konstantan po stronie negatywnej. Jest jednym z najlepszych pod względem stabilności i precyzji podczas pracy w niezbyt ekstremalnych temperaturach kriogenicznych lub atmosferycznych.
Termopary z metali szlachetnych: typy R, S i B
te rodzaje termopar Wykonane są głównie z metali szlachetnych, takich jak platyna, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających pomiaru bardzo wysokich temperatur, do 1700°C. Są bardzo precyzyjne i stabilne, ale też drogie.
Termopara typu R używa kombinacji platyna-rod jako kierowcy. Nadaje się do temperatur do 1450°C i jest bardzo stabilny, dzięki czemu nadaje się do laboratoriów i środowisk o wysokiej precyzji.
El termopara typu S Jest podobny do typu R, ale jego stosunek platyny do rodu jest nieco inny, dzięki czemu nadaje się do zastosowań wymagających wysokiego poziomu stabilności i trwałości.
Termopara typu B Wyróżnia się możliwością pomiaru ekstremalnie wysokich temperatur, do 1700°C, bez konieczności kompensacji w zimnym złączu do 50°C. Dzięki temu jest przydatny w zastosowaniach przemysłowych wysokiego ryzyka i w nieprzyjaznym środowisku.
Termopara typu N
El Termopara typu N Powstał jako ewolucja typu K i charakteryzuje się większą odpornością na utlenianie oraz stabilnością w wysokich temperaturach. Wykorzystuje stopy nicrosil y nisilco pozwala na pracę w zakresie temperatur do 1280°C.
Ten typ termopary jest idealnym wyborem do zastosowań wymagających wysokiej odporności na degradację termiczną i długotrwałej trwałości.
Zakresy i granice błędów termopary
Norma IEC 60584-1 ustanawia różne zakresy temperatur i granice błędu dla każdego typu termopary. Chociaż różnią się one w zależności od średnicy drutu i warunków środowiskowych, ogólnie rzecz biorąc, można zdefiniować następujące elementy:
- Typ J: -210°C do 760°C, z błędem ±2.2°C lub ±0.75%
- Typ K: -200°C do 1250°C, z błędem ±2.2°C lub ±0.75%
- Typ T: -200°C do 350°C, z błędem ±1.0°C lub ±0.75%
- Typ N: -200°C do 1280°C, z błędem ±2.2°C lub ±0.75%
Jak wybrać odpowiednią termoparę?
Wybierz odpowiednia termopara Zależy to od kilku czynników, takich jak zakres temperatur, który chcesz zmierzyć, środowisko, w którym czujnik będzie używany oraz dostępny budżet. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę takie aspekty, jak:
- Maksymalna i minimalna temperatura: Każdy typ termopary ma określony zakres roboczy.
- Rozpoczęcie operacji: Atmosfery utleniające, redukujące, kriogeniczne itp. mogą mieć wpływ na trwałość czujnika.
- Odporność chemiczna: Niektóre materiały są bardziej podatne na korozję, co wpływa na żywotność czujnika.
- Precyzja: Im większa precyzja, tym koszt zazwyczaj wzrasta, dlatego jest to czynnik zapewniający równowagę z funkcjonalnością.
Typowe aplikacje
L termopary Są wykorzystywane w milionach zastosowań w różnych gałęziach przemysłu ze względu na ich wszechstronność i solidność. Oto kilka przykładów:
- Rośliny energetyczne gdzie monitorowana jest temperatura turbin i innych krytycznych podzespołów.
- Laboratoria badawcze gdzie wymagana jest duża precyzja pomiaru w ekstremalnych temperaturach, zarówno wysokich, jak i niskich.
- Procesy przemysłowe takich jak automatyzacja fabryki, gdzie potrzeba monitorowania termicznego jest stała.
Zalety i wady termopar
Pomimo szerokiego zastosowania, nie wszystkie środowiska są odpowiednie dla termopar. Przeanalizujmy jego mocne i słabe strony.
Zaleta
- Solidność i trwałość nawet w ekstremalnych warunkach.
- Niska cena w porównaniu z innymi czujnikami, takimi jak czujniki RTD.
- Szerokie zakresy temperatur, od zastosowań kriogenicznych po kontrakty wysokotemperaturowe.
Wady
- Ograniczona precyzja w porównaniu z bardziej zaawansowanymi technologiami, takimi jak BRT.
- Wrażliwość na zakłócenia elektryczne, szczególnie w przypadku długich tras kablowych.
- Trzeba wdrożyć kompensacja zimnego złącza aby uzyskać dokładne odczyty.
Próbując wybrać odpowiednią termoparę do konkretnego zastosowania, należy wziąć pod uwagę wszystkie te czynniki, biorąc pod uwagę zalety, jakie oferuje, takie jak niski koszt i szeroki zakres działania, z ograniczeniami w zakresie dokładności i wrażliwości na środowisko . Termopary w dalszym ciągu są jednymi z najbardziej wydajnych i wszechstronnych rozwiązań do pomiaru temperatury w bardzo wymagających zastosowaniach przemysłowych.