термопара l

Термопара – это простой и широко используемый датчик температуры, состоящий из двух разнородных металлических проводников, соединенных на одном конце, образуя 'горячий' спай. При нагревании этого спая возникает термоэлектрический эффект, создающий напряжение, которое можно измерить для определения температуры. Благодаря своей надежности, широкому диапазону измерения и относительно низкой стоимости, термопары нашли широкое применение в различных промышленных процессах и лабораторных исследованиях.

Что такое термопара?

Термопара – это термоэлектрический датчик, используемый для измерения температуры. Она состоит из двух различных металлических проводников, соединенных в одной или нескольких точках (обычно называемых 'спаями'). Когда эти спаи подвергаются воздействию разных температур, возникает термоэлектрический эффект (эффект Зеебека), который создает разность потенциалов (напряжение) между проводниками. Это напряжение пропорционально разнице температур между спаями, что позволяет использовать его для измерения температуры.

Принцип работы термопары

Принцип работы термопары основан на эффекте Зеебека. Эффект Зеебека гласит, что при наличии разницы температур между двумя точками соединения двух различных металлов возникает разность электрических потенциалов. Эта разность потенциалов прямо пропорциональна разнице температур. Более точно, нагрев соединения металлов приводит к возбуждению электронов в металлах. Разные металлы имеют разные энергетические уровни, необходимые для возбуждения электронов. Это приводит к различию в плотности электронов между двумя металлами, что и создает разность потенциалов.

Измерение температуры происходит путем измерения напряжения, генерируемого термопарой. Это напряжение обычно очень мало (порядка милливольт), поэтому требуется высокоточное измерительное оборудование.

Типы термопар

Существует множество различных типов термопар, каждый из которых предназначен для конкретного диапазона температур и окружающей среды. Наиболее распространенные типы термопар определены буквами, такими как K, J, T, E, N, B, R и S. Каждый тип имеет свой уникальный состав металла и, следовательно, свои характеристики напряжения и температурного диапазона.

Основные типы термопар и их характеристики

В таблице ниже представлены наиболее распространенные типы термопар и их основные характеристики:

Тип термопары	Металлический состав	Диапазон температур (°C)	Применение
K	Хромель (+) / Алюмель (-)	-200 до +1350	Наиболее распространенный тип, общее применение
J	Железо (+) / Константан (-)	-40 до +750	Применение, где не требуется широкий диапазон температур
T	Медь (+) / Константан (-)	-200 до +350	Низкие температуры, лабораторные применения
E	Хромель (+) / Константан (-)	-40 до +900	Высокая чувствительность
N	Никросил (+) / Нисил (-)	-270 до +1300	Высокая стабильность и стойкость к окислению
B	Платина-родий (+) / Платина-родий (-)	0 до +1820	Очень высокие температуры
R	Платина-родий (+) / Платина (-)	0 до +1600	Высокие температуры, благородные металлы
S	Платина-родий (+) / Платина (-)	0 до +1600	Высокие температуры, благородные металлы

Источник: NIST (National Institute of Standards and Technology)

Как выбрать подходящую термопару?

Выбор подходящей термопары зависит от нескольких факторов, включая:

Диапазон температур: Убедитесь, что выбранная термопара может измерять температуру в необходимом диапазоне.
Окружающая среда: Некоторые термопары лучше подходят для определенных сред (например, агрессивных химических веществ, вакуума, высоких давлений).
Точность: Разные типы термопар имеют разную точность. Выберите термопару с достаточной точностью для вашего применения.
Время отклика: Если вам необходимо быстрое измерение температуры, выберите термопару с быстрым временем отклика.
Стоимость: Стоимость термопар варьируется в зависимости от типа металла и конструкции.

Применение термопар

Термопары широко используются в различных отраслях промышленности и науки благодаря своей простоте, надежности и широкому диапазону измерения температур. Примеры применения включают:

Промышленность: Измерение и контроль температуры в печах, котлах, экструдерах, литьевых машинах и других промышленных процессах.
Аэрокосмическая промышленность: Измерение температуры двигателей, выхлопных газов и других критических компонентов.
Автомобильная промышленность: Измерение температуры двигателя, выхлопной системы и других компонентов.
Пищевая промышленность: Контроль температуры при приготовлении и хранении пищевых продуктов.
Медицина: Измерение температуры тела и медицинского оборудования.
Научные исследования: Измерение температуры в лабораторных экспериментах.

Преимущества и недостатки термопар

Термопары обладают рядом преимуществ и недостатков, которые следует учитывать при выборе датчика температуры.

Преимущества термопар:

Широкий диапазон измерения температур: Термопары могут измерять температуры от очень низких до очень высоких.
Простота и надежность: Термопары просты в конструкции и не требуют внешнего питания.
Относительно низкая стоимость: Термопары обычно дешевле других типов датчиков температуры.
Устойчивость к вибрации и ударам: Термопары хорошо работают в условиях вибрации и ударов.

Недостатки термопар:

Низкая точность: По сравнению с другими датчиками температуры, термопары обладают относительно низкой точностью.
Необходимость компенсации температуры холодного спая: Для точного измерения температуры необходимо компенсировать влияние температуры холодного спая.
Низкий уровень сигнала: Напряжение, генерируемое термопарой, очень мало, поэтому требуется усилитель сигнала.
Подверженность электромагнитным помехам: Сигнал термопары может быть подвержен электромагнитным помехам.

Подключение термопары

Правильное подключение термопары имеет решающее значение для получения точных измерений температуры. Необходимо учитывать полярность проводов термопары, так как неправильное подключение может привести к неверным показаниям. Также важно использовать специальные термопарные соединительные провода, изготовленные из тех же металлов, что и сама термопара, чтобы избежать внесения дополнительных термоэлектрических эффектов.

В качестве примера, компания Шанхай Олин Приборостроительный Завод производит широкий ассортимент контрольно-измерительных приборов, включая термопары l и термопарные кабели для различных применений.

Калибровка термопары

Для обеспечения точности измерений рекомендуется периодически калибровать термопары. Калибровка заключается в сравнении показаний термопары с показаниями эталонного термометра в известных температурных точках. При обнаружении расхождений необходимо внести поправки в показания термопары или заменить её.

Заключение

Термопара – это универсальный и надежный датчик температуры, широко используемый в различных отраслях промышленности и науки. Понимание принципа работы, типов и особенностей применения термопар позволяет правильно выбрать и использовать их для точного измерения температуры в различных условиях.