Виды и особенности термопар

Как правильно подобрать термопару по материалу и конструкции?

Чтобы подобрать термопару для измерения температуры узла важно помнить, что выбор типа и конструкции термопары и оптимальное размещение ее в системе контроля и регулирования температуры будут влиять энергоэффективность всего производства. Поэтому при решении о выборе термопары и ее использовании необходимо учитывать свойства материалов, проводников, варианты соединения проводников, а также коэффициенты термоэлектродвижущей силы, свойственные конкретной комбинации металлов.

Что такое термопара?

Термопары — это устройства, которые измеряют температуру по принципу термоэлектрического преобразования. Система термопары состоит из пары проводников из разных металлов, соединенных в одном конце. При нагревании места соединения возникает разность потенциалов между концами проводников. Эта разность зависит от разницы температур на соединении и в конце проводников. Разность потенциалов генерирует электрический ток, силу которого можно измерить и таким образом определить температуру.

В термопаре термоэлектрическое преобразование происходит из-за того, что при нагреве один проводник становится более активным химически, а другой — менее активным. Это приводит к возникновению разности потенциалов между проводниками, которая пропорциональна разнице температур. Поэтому термопара может использоваться для измерения температуры в широком диапазоне в зависимости от материалов проводников и конструкции самой термопары.

Виды термопар по материалу

Термопары различаются по материалу используемых проводников. Государственным стандартом регламентируются следующие типы термопар: R, S, В, J, Т, Е, К, N, A, L, М.

Различия в конструкциях термопар

Несмотря на то, что общий принцип конструкции термопары всегда одинаков, визуально приборы могут отличаться друг от друга очень сильно.

Концы двух термоэлектродов всегда соединены между собой в одной точке. Эта точка называется рабочий спай. Для соединения используется электродуговая сварка. Для большей надежности перед сваркой термоэлектроды скручиваются вместе. Иногда вместо сварки применяется пайка. В некоторых случаях, особенно для термопар из высокотемпературных металлов, например, вольфрам-рений или вольфрам-молибден, соединение осуществляется только скруткой, без последующей сварки.

Термоэлектроды должны соприкасаться между собой только в точке рабочего спая. По всей остальной длине необходимо поддерживать их изоляцию.

Метод изоляции внутри термопары зависит от максимальной рабочей температуры термопары. Если температурный предел не больше 100-120 °C, подходит любая изоляция, включая воздушную. При температурах ниже 1300 °C для изоляции используются фарфоровые одно- и двухканальные трубки или бусы. При более высоких температурах пирометрический фарфор теряет свои электроизоляционные свойства, поэтому при температурах выше 1300 °C применяются трубки из оксида алюминия при температурах до 1950 °C или других материалов, например, оксидов магния и бериллия или диоксида циркония при температурах выше 2000 °C.

В зависимости от окружающей среды, в которой производится измерение температуры, термопара может быть оборудована наружной защитной трубкой-корпусом с закрытым концом. Этот корпус может быть изготовлен из металла, керамики или металлокерамики. Его задача — обеспечить механическую прочность термометра, предотвратить механическое напряжение на термоэлектродах, обеспечить гидроизоляцию и, в некоторых случаях, герметичность прибора. Материал корпуса должен выдерживать длительное воздействие температуры, соответствующей максимальному пределу использования термопары, и быть химически стойким в рассматриваемой среде, обладать хорошей теплопроводностью. Корпус должен быть газонепроницаемым и нечувствительным к резким изменениям температуры.

Конструктивно термопары можно разделить по следующим признакам:

• По типу материала
• По защищенности от агрессивного воздействия внешней среды
• По числу зон контроля температуры
• По типу крепления и герметичности выводов

Различные конструкции термопар

Преимущества и недостатки термопар по сравнению с другими методами измерения температуры

Использование термопар в промышленности популярно благодаря их быстрой реакции на изменения температуры, широкому диапазону измерений, возможности работы во взрывоопасных средах и простоте конструкции. Тем не менее, у термопар есть недостатки, такие как потенциальная неточность в измерениях при небольших изменениях температуры и дрейф, который может возникать при длительном использовании. При выборе термопары важно учитывать технические характеристики, такие как тип, диапазон измерений, точность, устойчивость к воздействию окружающей среды и другие факторы.

Существуют и другие методы измерения температуры, включая термисторы, термометры сопротивления, инфракрасные термометры и прочие. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, и выбор определяется требованиями конкретной задачи. Например, для точных измерений небольших изменений температуры могут быть предпочтительны термисторы, однако они имеют ограничения в диапазоне измерений.

Итог

В заключение стоит отметить, что термопары представляют собой востребованный и удобный метод измерения температуры в промышленности. Они обладают рядом преимуществ, включая широкий спектр измеряемых температур, высокую точность и скорость измерений, надежность и долговечность. Однако для правильной эксплуатации термопар необходимо учитывать различные факторы, такие как тип используемой термопары, материалы изготовления, условия эксплуатации и другие. Также важно следить за состоянием термопар и выполнять регулярную калибровку для обеспечения точности измерений. В целом, правильное применение термопар может обеспечить эффективный контроль температуры в промышленных процессах и повысить производственную эффективность.