Термопари До типу: опис і принципи роботи датчиків
Термопара – це термоелектричний перетворювач. Іншими словами – це прилад, який використовується для вимірювання температур в різних областях: у медицині, в промисловості, науці, в системах автоматики, а також в побуті. В даний час термопари широко поширені і застосовуються практично всюди. На практиці найчастіше використовуються термопари K типу, а також J і Т. З їх допомогою вимірюють температури води, повітря, газів, мастильних матеріалів і так далі.
Класифікація за типами
При бажанні можливо створити такий прилад навіть самостійно. Однак слід все ж знати деякі особливості таких перетворювачів, їх відмінність по типу застосовуваних матеріалів. А класифікуються види термопар так:
Тип E. Використовується сплав хромель – константан. Ці датчики мають високу чутливість – до 68 мкВ / ° C. Підходять для криогенного використання. Температури, при яких можливе застосування, коливаються від -50 ° C до +740 ° C.- Тип J. Тут застосовують склад залізо – константан. Використовуються для умов в температурних діапазонах від -40 ° C до +750 ° C. Має підвищену продуктивність -50 мкВ / ° С.
- Термопари типу K виконуються на основі сплаву хромелю і алюмінію. Це, безсумнівно, найпопулярніші датчики широкого призначення. Мають продуктивністю до 41 мкВ / ° C. Застосовуються в температурних діапазонах від -200 ° С до +1350 ° C. У неокисляющих і інертних умовах датчики типу K використовуються до 1260 ° C.
- Тип M. Ці термопари застосовуються в основному в вакуумних печах. Використовуються при температурах до +1400 ° C.
Регулятори типу N – нікросіл-нісилові. Вони стабільні і стійкі до окислення, мають продуктивність 39 мкв / ° C. Тому їх використовують при температурах від -270 ° C до +1300 ° C.- Пристрої типів B, R і S випускаються зі сплаву родію і платини. Клас B, R і S – датчики досить дорогі і мають низьку продуктивність: всього 10 мкв / ° C. Використовуються завдяки високій надійності виключно для вимірювання високих температур.
- Датчики на основі сплавів ренію і вольфраму. В основному вони працюють в автоматиці промислових процесів, у виробництві водню і так далі. Не рекомендується застосовувати в кислотних середовищах.
Технічні характеристики приладу
Примітно, що термопар не потрібні ніякі додаткові джерела живлення. Вони застосовуються для вимірювання температур досить великого діапазону: від -200 ° C до +2000 ° C. При цьому вони мають мінливими параметрами. Проблематично ще й те, що треба враховувати вплив температури вільних кінців на заключні результати вимірювань. Крім цього, низький вихідний напруга вимагає досить точних підсилювачів.
Яскравим прикладом використання приладів, створених за принципом термопар, служать компактні цифрові термометри. В даний час – це основний і, мабуть, наймасовіший прилад для здійснення статичних і динамічних вимірювань.
Вихідним сигналом термопари є постійна напруга. Він досить легко перетворюється в цифровий код. А потім його можна виміряти за допомогою найпростіших приладів. Для цих цілей можна взяти, наприклад, малогабаритний цифровий мультиметр.
Вимірювальні прилади на основі термопар відрізняє висока точність і чутливість, а також правильність характеристик перетворення. Зазвичай напруга на виході коливається від 0 до 50 мВ, а типова продуктивність – від 10 до 50 мкВ / ° C. Все залежить від використовуваних в датчику матеріалів.
Основний принцип роботи
В основу принципу роботи термопари покладено термоелектричний ефект, якого ще називають ефект Зеєбека. Він говорить, що коли провідник піддається впливу, відповідно змінюється його опір і напруга.
Принцип дії термопари полягає в тому, що якщо з'єднати послідовно два різнорідних металевих провідника, то при цьому утворюється замкнуте електричне коло. Якщо потім нагріти це з'єднання, то в ланцюзі виникне електрорушійна сила (термо-ЕРС). Під її впливом в замкнутому ланцюзі і виникає електричний струм.
Місце нагріву, як правило, називають гарячим спаєм, відповідно холодний спай не нагрівається. Значення термо-ЕРС вимірюється шляхом підключення в розрив електричного кола гальванометра або мікровольтметр. Тобто вона прямо залежить від різниці температур між холодним і гарячим спаєм.
Внаслідок нагрівання місця з'єднання провідників термопари між вільними кінцями утворюється різниця потенціалів. Вона легко перетворюється в цифровий код. Виникає можливість визначення температури нагріву на місці з'єднання провідників.
Для точності проведення вимірювань холодний спай повинен завжди мати незмінну температуру. Оскільки цього досить складно домогтися, застосовуються компенсаційні схеми.
Достоїнства і недоліки
Термопари мають багато переваг у порівнянні з аналогічними термоелектричними датчиками температури. До плюсів, наприклад, відносять:
- проста конструкція;
- міцність;
- надійність;
- універсальність;
- низька вартість;
- можна користуватися в самих різних умовах;
- можна вимірювати самі різні температури;
- точність проведених вимірювань.
Однак, як і будь-який інший прилад, ці датчики мають свої недоліки:
- досить низька напруга на виході;
- нелінійність.
Вимірювання температур з використанням термопар, винайдене ще в XIX столітті, досить широко застосовується в сучасному виробництві. Крім того, існують такі сфери діяльності, де застосування цих датчиків стає часом єдиним можливим способом отримання необхідних вимірювань.