Выходной сигнал термопары измеряется в: Измерение температуры. Термопары | КИПиА от А до Я — БилдоМан

Содержание

Измерение температуры. Термопары | КИПиА от А до Я

Принцип действия термопары основан на так называемом эффекте Зеебека. Если две проволоки из разных металлов с одного конца сварить (это место будет называться рабочим или горячим спаем) и нагреть до температуры Т1, то на оставшихся свободных концах проволок (холодный спай) с более низкой, комнатной температурой Т2 появиться термоЭДС. Чем выше разница температур между рабочим и холодным спаем ΔТ, тем больше термоЭДС. Величина термоЭДС не зависит от диаметра и длины проволок, а зависит от материала проволок и температуры спаев

Наибольшее распространение получили термопары градуировок ХА (в европейской системе обозначений (К), ХК (L) и ППР (В). Термопары ХК (хромель-копелевые) имеют диапазон измерения 0…800°С и в настоящее время применяются редко. Термопары ХА (хромель-алюмелевые) имеют диапазон 0…1300°С и применяются наиболее широко. В частности они используются на стендах нагрева, с их помощью измеряется температура внутреннего пространства печей и температура отходящих газов в газоходах.

Термопары градуировки ППР (платина-платинородиевые) имеют температурный диапазон 0…1600°С. Кроме возможности измерять температуру 1600°С и выше они обладают еще одним преимуществом – высокой точностью.

Указанные максимальные температуры не являются предельными для термопар. Они способны измерять и большие температуры, но при этом существенно падает срок их службы. Так термопара градуировки ППР может измерять температуру до 1800°С, поэтому именно она используется для измерения температуры жидкой стали.

Конструкция термопары имеет следующий вид. Сваренные с одного конца проволоки помещаются внутрь керамической трубки с двумя отверстиями, либо на них одеваются керамические бусы с целью изолировать проволоки друг от друга по всей длине. Часто в качестве изолятора используется керамический порошок, который засыпается внутрь чехла, в который вставлена термопара.

Чехол выполняется из жаропрочных марок стали или из неметаллического материала высокой температурной стойкости: керамики, корунда и т. п. Термопары в металлическом чехле конструктивно могут быть с изолированным или с заземленным (неизолированным) спаем, то есть иметь электрический контакт с чехлом термопары.

Если сигнал с термопары подается на вход контроллера, то необходимо применять термопару с изолированным спаем. Иначе возможны произвольные скачки показаний температуры в значительных пределах. Особенно сильно этот эффект проявляется если используется контроллер Siemens S200.

Свободные концы проволок соединяют с плюсовой и минусовой клеммами, расположенными в головке термопары. Выходным сигналом термопары является термоЭДС, измеряемая в милливольтах (мВ). Для измерения выходного сигнала можно использовать цифровой мультиметр и затем, применив градуировочные таблицы или номограммы по величине измеренного напряжения определить измеряемую температуру. Отключать вторичный прибор при этом не обязательно, так как он не оказывает заметного влияния на результат измерения.

Для более точного определения температуры по термоЭДС термопары можно воспользоваться градуировочными таблицами.

Для подключения термопар ко входам вторичных приборов или контроллерам применяют специальный компенсационный провод. Необходимость применения компенсационных проводов связана с тем, что головка термопары с клеммами может располагаться в рабочей зоне с повышенной температурой, например 100°С. Если подключить к клеммам термопары ХА обычный медный провод, то в местах соединения как бы образуются еще два рабочих спая с температурой 100°С. Возникающие при этом две паразитные термоЭДС (на плюсовой и минусовой клеммах) исказят показания термопары.

Компенсационный провод импортного производства имеет специальную цветовую маркировку. Так компенсационный кабель градуировки ХА европейского производства имеет зеленую (+) и белую (-) жилы. Выпущенный в советское время компенсационный провод не имел специальной цветовой маркировки. Если компенсационный провод будет подключен без соблюдения полярности, то наблюдается следующий эффект: после пуска теплового агрегата показания термопары сначала растут. Это связано с нагревом рабочего спая. После того как атмосфера вокруг теплового агрегата прогреется, показания термопары начинают быстро падать, вплоть до нулевых значений. Это связано с тем, что образовавшиеся два паразитных рабочих спая включены в обратной полярности основному рабочему спаю. И значение основной термоЭДС уменьшается на величину двух паразитных термоЭДС.

На вход вторичного прибора или контроллера значение измеренной температуры поступает в виде сигнала термоЭДС. Так как величина этой термоЭДС определяется разностью температур рабочего и холодного спаев:

Е = f (Т1 – Т2), [мВ]

то вторичному прибору необходимо знать температуру холодного спая для однозначного определения температуры рабочего спая. Ведь термоЭДС может принимать одинаковые значения при различных значениях (Т1 – Т2). Например разности температур (200 — 50) и (150 — 0) дадут одинаковые значения термоЭДС, хотя при этом разность значений температур рабочих спаев в этих двух случаях достигала 200 -150 = 50°С.

Поэтому во вторичном приборе вблизи входных клемм, к которым подключается термопара, монтируется так называемый датчик температуры холодного спая. Как правило это полупроводниковый сенсор – диод или транзистор. Теперь по измеренной термоЭДС и известной температуре холодного спая, вторичный прибор, зная градуировку подключенной термопары, может однозначно определить температуру рабочего спая.

На некоторых предприятиях термопары ХА изготавливают самостоятельно, сваривая специальную проволоку диаметром 2-3 мм. Для определения полярности полученной термопары в этом случае используют обычный магнит: минус термопары притягивается к магниту, плюс не магнититься. На компенсационный провод и большинство промышленно выпускаемых термопар ХА это правило не распространяется.

Определить полярность термопары можно и с помощью обычного милливольтметра, подключив его к выводам термопары и нагревая рабочий спай термопары, например, зажигалкой.

Распространенной неисправностью у термопар является разрушение рабочего спая в следствии появления трещин из-за частых и значительных колебаний температуры. При этом термопара может нормально работать пока измеряемая ей температура не превысит определенного порога, после которого контакт в спае пропадает, термопара уходит в обрыв или ее показания начинают сильно скакать.

Для бесконтактного непрерывного измерения температуры применяют стационарные пирометры. В случае, если в поле «зрения» пирометра может попадать пламя горелки, то следует использовать пирометры со спектральным диапазоном измерения 3,5…4 мкм чтобы исключить влияние температуры факела на показания пирометра.

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».

Посмотреть другие статьи в том числе про измерение температуры.

ДТПХхх5.И термопары с выходным сигналом 4…20 мА EXIA

015

D = 8 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 …+800 °C)

60, 80, 100,

120, 160, 180,

200, 250, 320,

400, 500, 630,

800, 1000, 1250,

1600, 2000

025

D = 10 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 … +800 °C),

сталь 10Х23Н18
(-40 …+900 °C)

Подвижный штуцер

035

D = 8 мм,

M = 20×1,5 мм**,

S = 22 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 …+800 °C)

045

D = 10 мм,

M = 20×1,5 мм**,

S = 22 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 …+800 °C),

сталь 10Х23Н18
(-40 …+900 °C)

Подвижный штуцер

055

D = 10 мм,

M = 20×1,5 мм**,

S = 22 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 …+800 °C)

80, 100, 120,

160, 180, 200,

250, 320, 400,

500, 630, 800,

1000, 1250,

1600, 2000

065

D = 8 мм,

M = 20×1,5 мм**,

S = 27 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 …+800 °C)

60, 80, 100,

120, 160, 180,

200, 250, 320,

400, 500, 630,

800, 1000, 1250,

1600, 2000

075

D = 10 мм,

M = 20×1,5 мм**,

S = 27 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 … +800 °C),

сталь 10Х23Н18
(-40 …+900 °C)

085

D = 10 мм,

M = 27×2 мм**,

S = 32 мм

Подвижный штуцер

095

D = 10 мм,

M = 20×1,5 мм**,

S = 22 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 …+800 °C)

105

D = 8 мм,

M = 20×1,5 мм**,

S = 27 мм

Подвижный штуцер

185

D = 10 мм,

M = 22×1,5 мм**,

S = 27 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 … +800 °C)

60, 80, 100, 120,

160, 180, 200,

250, 320, 400

195

D = 10 мм,

M = 22×2 мм**,

S = 27 мм

Подвижный штуцер

205

D = 10 мм,

M = 22×1,5 мм**,

S = 27 мм

R = 9,5 мм

сталь 12Х18Н10Т

(-40 … +800 °C)

60, 80, 100, 120,

160, 180, 200,

250, 320, 400

215

D = 10 мм,

M = 27×2 мм**,

S = 32 мм

R = 12 мм

Подвижный штуцер

265

D = 6 мм,

M = 22×1,5 мм**,

S = 27 мм

60, 80, 100, 120,

160, 180, 200,

250, 320, 400,

500, 630, 800,

1000

275

D = 3 мм

D = 4,5 мм

ДТПK

сталь AISI 321 (-40…+800 °С),

диаметр КТМС 3 мм; 4,5 мм

ДТПK

AISI 316 (-40…+900 °С),

диаметр КТМС 3 мм; 4,5 мм

ДТПK

AISI 310 (-40…+900 °С),

диаметр КТМС 4,5 мм

ДТПN

сталь Nicrobell D (-40…+1250 °С),

диаметр КТМС 4,5 мм

ДТПJ

сталь AISI 316 (-40…+750 °С),

диаметр КТМС 3 мм;

диаметр КТМС 4,5 мм

60. ..30000,

кратно 100

Подвижный штуцер

285

D = 3 мм

D = 4,5 мм

M = 20×1,5 мм

S = 22 мм

Подвижный штуцер

295

D = 3 мм

D = 4,5 мм

M = 20×1,5 мм

S = 22 мм

365

D = 3 мм

D = 4,5 мм

M = 20×1,5 мм

S = 27 мм

ДТПХхх5М.И термопары с выходным сигналом 4…20 мА

	015	D=8 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С)	60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000
	025	D=10 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С) сталь 10Х23Н18 (-40…+900 °С)
Подвижный штуцер	035	D=8 мм, M=20×1,5 мм, S=22 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С)
Подвижный штуцер	045	D=10 мм, M=20×1,5 мм, S=22 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С) сталь 10Х23Н18 (-40…+900 °С)
Подвижный штуцер	055	D=10 мм, M=20×1,5 мм, S=22 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С)	80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000
	065	D=8 мм, M=20×1,5 мм, S=27 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С)	60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000
	075	D=10 мм, M=20×1,5 мм, S=27 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С) сталь 10Х23Н18 (-40…+900 °С)
	085	D=10 мм, M=27×2 мм, S=32 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С) сталь 10Х23Н18 (-40…+900 °С)
Подвижный штуцер	095	D=10 мм, M=20×1,5 мм, S=22 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С)
	105	D=8 мм, M=20×1,5 мм, S=27 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С)
Подвижный штуцер	185	D=10 мм, M=22×1,5 мм, S=27 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С) сталь 10Х23Н18 (-40…+900 °С)	60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000
Подвижный штуцер	195	D=10 мм, M=27×2 мм, S=27 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С) сталь 10Х23Н18 (-40…+900 °С)
Подвижный штуцер	205	D=10 мм, M=22×1,5 мм, S=27 мм, R=9,5 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С) сталь 10Х23Н18 (-40…+900 °С)
Подвижный штуцер	215	D=10 мм, M=27×2 мм, S=32 мм, R=12 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С) сталь 10Х23Н18 (-40…+900 °С)
Подвижный штуцер	265	D=6 мм, M=22×1,5 мм, S=27 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С) ДТПК сталь 12Х18Н10Т (-40…+800 °С)	60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000
	275	D=3 мм D=4,5 мм	ДТПL сталь 12Х18Н10Т (-40…+600 °С), диаметр КТМС 3,0 мм ДТПK сталь AISI 321 (-40…+800 °С), диаметр КТМС 3,0 мм диаметр КТМС 4,5 мм сталь AISI 310 (-40…+900 °С), диаметр КТМС 4,5 мм сталь AISI 316 (-40…+900 °С), диаметр КТМС 4,5 мм диаметр КТМС 3,0 мм ДТПN сплав Nicrobell D (-40…+1250 °С), диаметр КТМС 4,5 мм ДТПJ сталь AISI 316 (-40…+750 °С), диаметр КТМС 3,0 мм диаметр КТМС 4,5 мм	60. ..30000 кратно 10
Подвижный штуцер	285	D=3 мм D=4,5 мм M=20×1,5 мм S=22 мм
Подвижный штуцер	295	D=3 мм D=4,5 мм M=20×1,5 мм S=22 мм
	365	D=3 мм D=4,5 мм M=20×1,5 мм S=22 мм

Термопара — WIKA Россия

Термопара – это температурный датчик, который передает напряжение электрического тока, зависящее от температуры.

По сути термопара представляет собой два провода, изготовленных из разных материалов (металлов) и скрепленных или сваренных вместе. Место соединения образует спай. При воздействии на спай изменяющейся температуры термопара реагирует, генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры. В отличие от терморезисторов термопара подходит для измерения более высоких температур (до 1 700 °C). Другим преимуществом является минимальный диаметр зонда термопары. Использование без защитной гильзы обеспечивает максимально короткое время отклика. Такие температурные датчики реагируют быстрее терморезисторов.

Термопара преимущества:

широкий диапазон температур
спай термопары может быть заземлен или изолирован
надежность и прочность конструкции, простота изготовления

Термопара недостатки:

необходимость контроля температуры холодных спаев. В современных конструкциях измерителей на основе прибора термопара используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС
возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках, и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химические процессов

материал электородов не является химически инертным и при недостаточной герметичность корпуса термопары может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т. д.
на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей
зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке втоничных преобразователей сигнала

В линейке датчиков WIKA вы можете подобрать подходящую модель термопары для каждого типа применения:

Термопара со встроенной защитной гильзой

Защитная гильза не допускает контакта агрессивных сред с температурным датчиком, а также воздействия других вредных факторов на него. Таким образом, обеспечивается защита персонала и окружающей среды.

Фланцевые модели защитных гильз из нержавеющей стали предназначены для установки в емкости и трубы. Резьбовые модели подходят для прямого присоединения к технологическому процессу посредством вкручивания их в резьбовые фитинги. У датчиков для измерения высоких температур термоэлектрические проводники встроены в защитную гильзу. Это позволяет осуществлять измерение очень высоких температур. Приборы для измерения температуры дымовых газов подходят для измерения температуры газообразных сред при низком диапазоне давления (до 1 бара).

Термопара для монтажа в имеющуюся защитную гильзу

Данная термопара может использоваться в сочетании с большим количеством конструкций защитных гильз. Благодаря специальному исполнению соединительной головки, датчика, длине штока и т. д. вы можете подобрать температурный датчик, который подходит для защитных гильз любого размера и применения.

Термопара для непосредственной установки в процесс

Эти приборы используются в случаях, когда необходимо измерить температуру технологического процесса. Термопара устанавливается непосредственно в сам процесс. Температурный датчик без защитных гильз подходит для применения в условиях отсутствия агрессивных и абразивных сред.

Термопара для измерение температуры поверхности

В линейке продукции WIKA вы можете найти термопару с зондом для измерения температуры поверхности. Различные исполнения позволяют осуществлять замеры на плоских поверхностях, в том числе внутри печей для подогрева сырья и температуру поверхности труб промышленного и лабораторного назначения. Данный температурный датчик также может устанавливаться прямо в просверленное отверстие.

Термопара для использования в производстве пластмасс

Эти горячеканальная термопара специально разработаны для использования при производстве пластмасс. Термопара подходит для таких задач измерения температуры, при которых происходит ее запрессовка в канал с пазами вместе с обработанными деталями или когда металлический наконечник датчика устанавливается непосредственно в просверленное отверстие.

Индивидуальные решения

В портфолио продукции WIKA представлено огромное количество моделей, изготавливаемых по индивидуальному заказу. Например, для применения в условиях высокого давления, при производстве и переработке полиэтилена или использовании в многозонных элементах в химической промышленности.

Наиболее точная термопара — с термоэлектродами из благородных металлов:

платинородий — платиновые ПП
платинородий — платонородиевые ПР

Преимуществом является значительно меньшая термоэлектрическая неоднородность, чем у термопар из неблагородных металлов, устойчивость к окислению, высокая стабильность.

Термопара WIKA имеет широкий диапазон температур окружающего воздуха (рабочих температур) от -60 до +80°C. Согласно обновленному свидетельству об утверждении типа средств измерений термопара WIKA имеет расширенный межповерочный интервал 4 года.

Свяжитесь с нами

Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:

Преобразователи термоэлектрические (термопары) ТП-Б

Назначение и принцип действия

Преобразователи термоэлектрические ТП-Б (далее термопары), предназначены для измерения темпера-туры газообразных, сыпучих, твердых и жидких веществ в различных отраслях промышленности. По способу контакта с измеряемой средой термопары подразделяются на:

— погружаемые;
— поверхностные.

Термопары выпускают в двух модификациях:

— ТП-Б – термопары, соответствующие требованиям ГОСТ 6616 с номинальной статической характери-стикой преобразования (НСХ) по СТБ ГОСТ Р 8.585 (ТХА(K), TXK(L), THH(N), ТЖК(J));

— ТП-Б-У – термопары с унифицированным выходным сигналом постоянного тока (4-20) мА или (0-5) мА, цифровой протокол HART, совмещенный с унифицированным выходным сигналом.

Принцип действия ТП-Б основан на изменении термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) чувствительного элемента (ЧЭ) в зависимости от температуры.

Принцип действия ТП-Б-У основан на преобразовании сигнала первичного преобразователя температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока (4-20) мА, (0-5) мА с помощью измерительного преобразователя. С возможностью передачи преобразованного сигнала, посредством HART протокола, на устройство, поддерживающее данный протокол (в случае исполнения с HART протоколом). В качестве первичных преобразователей температуры в ТП-Б-У применяются ТП-Б. Преобразователь измеритель-ный (ПИ) вмонтирован в клеммную головку ТП-Б-У.

ТП-Б-У могут иметь линейную и нелинейную зависимость выходного сигнала от температуры. ТП-Б-У могут иметь встроенный индикатор, на котором отображаются символы соответствующие опре-деленным режимам настроек ТП-Б-У, или величина входного параметра в цифровом виде в установлен-ных при настройке единицах измерения, или величина выходного сигнала в процентном соотношении от диапазона измерения.

Термопары изготавливаются c применением видов взрывозащиты по ГОСТ 30852.0 (далее взрывозащищенные) либо без них. Взрывозащищенные термопары соответствуют II группе взрывозащищенного оборудования для внутренней и наружной установки по ГОСТ 30852.0.

Взрывозащищенные ТП-Б и ТП-Б-У:

Термопары изготавливаются c применением видов взрывозащиты по ГОСТ 31610.0 (IEC 60079-0) (далее — взрывозащищенные). Взрывозащищенные термопары соответствуют II и III группам взрывозащищенного оборудования для внутренних и наружных установок ГОСТ 31610. 0 (IEC 60079-0).

Взрывозащищенные термопары изготавливаются:

— с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» и маркировкой взрывозащиты 1ExdbIICT6…Т1 Gb X, 1ExdbIIBT6…Т1 Gb X, 1ExdbIIАT6…Т1 Gb X, ExdbIIICT6…Т1 Db X, ExdbIIIBT6…Т1 Db X, ExdbIIIAT6…Т1 Db X по ГОСТ IEC 60079-1;

— с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня «ia» и маркировкой взрывозащиты 0Ех iа IIС Т6…Т1 Ga X, 0Ех iа IIВ Т6…Т1 Ga X, 0Ех iа IIА Т6…Т1 Ga X, Ех iа IIIС Т6…Т1 Da X, Ех iа IIIB Т6…Т1 Da X, Ех iа IIIA Т6…Т1 Da X по ГОСТ 31610.11.

Кроме того, взрывозащищенные термопары изготавливаются с совмещенными выше указанными видами взрывозащиты и маркировкой взрывозащиты 1Ex db ia IIC T6…Т1 Gb X, 1Ex db ia IIB T6…Т1 Gb X, 1Ex db ia IIА T6…Т1 Gb X, Ех db iа IIIС Т6…Т1 Db X, Ех db iа IIIB Т6…Т1 Db X, Ех db iа IIIA Т6…Т1 Db X.

Термопары с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня «ia» должны эксплуатироваться в составе связанного электрооборудования, имеющего входную измерительную цепь с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня «ia».

Максимальные электрические параметры искробезопасных цепей ТП-Б с маркировкой 0ExiаIICT6:

выходное напряжение Uo 80 мВ;
выходной ток Io 1 мА;
выходная мощность Po 0,001 Вт;
внешняя индуктивность Lo 300 мГн;
внешняя емкость Сo 300 мФ.

Максимальные электрические параметры искробезопасных цепей ТП-Б-У с маркировкой 0ExiаIICT6:

входное напряжение Ui 30 В;
входной ток Ii 100 мА;
входная мощность Po 0,8 Вт;
внутренняя индуктивность Li 0,1 мГн;
внутренняя емкость Сi 0,048 мФ.

Условия эксплуатации ТП-Б и ТП-Б-У

ТП-Б и ТП-Б-У устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха от минус 50 °С до плюс 85 °С, к воздействию влажности окружающего воздуха 95 % при 35 °С и более низких температурах (группа Д3 ГОСТ 12997).

Для ТП-Б-У с жидкокристаллическим индикатором температура окружающего воздуха от минус 40 °С до плюс 70 °С.

Для ТП-Б-У со светодиодным индикатором температура окружающего воздуха от минус 50 °С до плюс 85 °С.

ТП-Б и ТП-Б-У устойчивы к воздействию синусоидальной вибрации в диапазоне частот от 10 Гц до 55 Гц, с амплитудой смещения 0,35 мм (группа исполнения N2 ГОСТ 12997).

Установка термопар, монтаж и проверка их технического состояния при эксплуатации должны проводить-я в соответствии с техническим описанием и инструкциями на оборудование, в комплекте с которым они работают.

Средний срок службы термопар в зависимости от условий эксплуатации

Тип термопары (буквенное обозначение НСХ)	Температура применения,°С	Группа условий эксплуатации	Средний срок службы, лет
ТХА (К)	св. – 40 до +600 включ.	I	10
	от – 200 до – 40 включ.	II	4
	св. 600 до 900 включ.	III	2
	от 1100 до 1300 включ.	IV	—
ТНН (N)	св. – 40 до +800 включ.	I	10
	от – 200 до – 40 включ.	II	4
	св. 800 до 1100 включ.	II	4
	св. 1100 до 1200 включ.	III	2
	св. 1200 до 1300 включ.	IV	—
ТХК (L)	св. – 40 до + 600 включ.	I	10
	от. – 200 до – 40 включ.	II	4
	св. 600 до 800 включ.	II	4
ТЖК (J)	от. – 40 до + 750 включ.	II	4
ТЖК (J)	св. 750 до 900 включ.	III	2
ТМК (T)	св. – 40 до + 200 включ.	II	4
	от. – 200 до – 40 включ.	III	2
	св. 200 до 400 включ.	III	2
ТХКн (Е)	от. – 200 до + 750 включ.	II	4
ТХКн (Е)	св. 750 до 900 включ.	III	2
ТПП (S) ТПП (R)	от. 0 до 1100 включ.	II	4
ТПП (S) ТПП (R)	св. 1100 до 1300 включ.	III	2
1. Для ТП-Б-У средний срок службы зависят от типа первичного преобразователя используемого при изготовлении термопары, указанного в паспорте. 2. ТП-Б, ТП-Б-У демонтаж которых осуществить по техническим причинам невозможно, подвергаются только первичной поверке при вводе в эксплуатацию

Конструктивные исполнения Конструктивное исполнение термопар ТП-Б и ТП-Б-У в первую очередь определяется моделью термопары.

Калибратор сигналов термопар CA320 Yokogawa

Характеристики источника/измерения термопары ТС

Термопара	Погрешность (1 год)			Характеристика
Термопара	Температурный диапазон	Погрешность источника [°C]	Погрешность измерений [°C]	Характеристика
K	-200.0°C ≤ t < 0.0°C	0.5+\|t\| x 0.3%	0.5+\|t\| x 0.3%	IEC60584-1 JIS C1602
	0.0°C ≤ t < +500.0°C	0.5	0.5
	+500.0°C ≤ t ≤ +1372.0°C	0.5+(t-500) x 0.03%	0.5+(t-500) x 0.02%
E	-250.0°C ≤ t < -200.0°C	1.1+(\|t\|-200) x 2.0%	1.1+(\|t\|-200) x 2.0%	IEC60584-1
	-200.0°C ≤ t <0.0°C	0.5+\|t\| x 0.3%	0.5+\|t\| x 0.3%
	0.0°C ≤ t < +500.0°C	0.5	0.5
	+500.0°C ≤ t ≤ +1000.0°C	0.5+(t-500) x 0.02%	0.5+(t-500) x 0.02%
J	-210.0°C ≤ t < 0.0°C	0.5+\|t\| x 0.3%	0.5+\|t\| x 0.3%	IEC60584-1
J	0.0°C ≤ t≤ +1200.0°C	0.5+t x 0.02%	0.5+t x 0.02%	IEC60584-1
T	-250.0°C ≤ t < -200.0°C	1.1+(\|t\|-200) x 2.5%	1.1+(\|t\|-200) x 2.5%	IEC60584-1
	-200.0°C ≤ t < 0.0°C	0.5+\|t\| x 0.3%	0.5+\|t\| x 0.3%
	0.0°C ≤ t ≤ +400.0°C	0.5	0.5
N	-200.0°C ≤ t < 0.0°C	0.6+\|t\| x 0.4%	0.6+\|t\| x 0.3%	IEC60584-1
N	0.0°C ≤ t ≤ +1300.0°C	0.6	0.6	IEC60584-1
L	-200.0°C ≤ t < 0.0°C	0.5+\|t\| x 0.15%	0.5+\|t\| x 0.15%	DIN 43710
L	0.0°C ≤ t≤ +900.0°C	0.5	0.5	DIN 43710
U	-200.0°C ≤ t < 0.0°C	0.5+\|t\| x 0.2%	0.5+\|t\| x 0.2%	DIN 43710
U	0.0°C ≤ t≤ +600.0°C	0.5	0.5	DIN 43710
R	-20.0°C ≤ t < 0.0°C	2.0	2.0	IEC60584-1
	0.0°C ≤ t < +100.0°C	2.0	1.4
	+100.0°C ≤ t ≤ +1767.0°C	1.4	1.4

Характеристики источника/измерения напряжения

Диапазон

Диапазон измерений и источника

Разрешение

Погрешность (1 год)

Примечания

Установки

Показаний

Сдвиг

90 мВ

От –11.000 до +99.999 мВ

1 мкВ

0.015%

10 мкВ

Максимальный выходной ток: 1 мА

10. Термоэлектрические датчики — СтудИзба

Глава 10 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

§ 10.1. Принцип действия

Термоэлектрические датчики относятся к датчикам генераторного типа. Их работа основана на одном из термоэлектрических явлений — появлении термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС).

Сущность этого явления заключается в следующем. Если составить электрическую цепь из двух разнородных металлических проводников (или полупроводников), причем с одного конца проводники спаять, а место соединения (спай) нагреть, то в такой цепи возникает ЭДС. Эта ЭДС будет пропорциональна температуре места спая (точнее — разности температур места спая и свободных, неспаянных концов). Коэффициент пропорциональности зависит от материала проводников и в определенном интервале температуры остается постоянным. Цепь, составленная из двух разнородных материалов, называется термопарой; проводники, составляющие термопару, называются термоэлектродами; места соединения термоэлектродов —спаями. Спай, помещаемый в среду, температуру которой надо измерить, называется горячим или рабочим. Спай, от носительно которого измеряется температура, называется холодным или свободным. Возникающая при различии температур горячего и холодного спаев ЭДС называется термоЭДС. По значению этой термоЭДС можно определить температуру.

Физическая сущность возникновения термоЭДС объясняется наличием свободных электронов в металлах. Эти свободные электроны хаотически движутся между положительными ионами, образующими остов кристаллической решетки. В разных металлах

свободные электроны обладают при одной и той же температуре разными скоростью и энергией. При соединении двух разнородных металлов (электродов) свободные металлы из одного электрода проникают в другой. При этом металл с большей энергией и скоростью свободных электронов больше их теряет. Следовательно, он приобретает положительный потенциал. Металл с меньшей энергией свободных электро-

нов приобретает отрицательный потенциал. Возникает контактная разность потенциалов. При одинаковой температуре спаев (0₁= 0₂ на рис. 10.1, а) контактная разность потенциалов не может создать тока в замкнутой цепи. Контактная разность в спае / направлена навстречу контактной разности в спае 2. Но если нагреть один из спаев (рабочий) до температуры 0₁>0₂, то контактная разность в спае 1 увеличится, а в спае 2 останется без изменения. В результате в контуре и возникает термоЭДС, тем большая чем больше разность температур спаев 1 и 2 (0,—8₂).

Для измерения термоЭДС, вырабатываемой термопарой, в цепь термопары включают измерительный прибор (например, милливольтметр). Милливольтметр включают, разомкнув свободный спай (рис. 10.1, б), либо в разрыв одного из термоэлектродов (рис.10.1, в). Как видно из схем включения измерительного прибора в случае разомкнутого свободного спая (рис. 10.1, б) у термопары три спая: один горячий 1 и два холодных 2 и 3, которые должны иметь постоянную температуру. При включении милливольтметра в разрыв одного из термоэлектродов (рис. 10.1, в) имеется четыре спая: один горячий /, один холодный 2 (он должен иметь постоянную температуру), два нейтральных 3 и 4 (они должны находиться при одинаковой, но не обязательно постоянной температуре). Для обеих схем термоЭДС и показания прибора будут одинаковыми, если соответственно одинаковыми будут температуры горячих и’ холодных спаев. В этом нетрудно убедиться, если составить уравнения по второму закону Кирхгофа для каждого из контуров.

Измерения температуры термопар — Dataforth

Преамбула

Теория поведения термопар обсуждается в документе Dataforth Application Note AN106 «Введение в термопары». Читателю рекомендуется изучить это руководство по применению, чтобы получить сведения о термопарах и основные положения. Для получения дополнительных сведений о интерфейсных продуктах для термопар читатель должен посетить предложение этого веб-сайта по формированию сигналов термопар.

Существует множество дополнительной информации о термопарах из различных источников.Заинтересованным читателям рекомендуется ознакомиться с ссылками, перечисленными в конце данной инструкции по применению.

Типы термопар

Термопары стали стандартом в отрасли как экономичный метод измерения температуры. С момента их открытия Томасом Иоганном Зеебеком в 1821 году термоэлектрические свойства многих различных материалов были исследованы для использования в качестве термопар. Сообщество стандартов вместе с современной металлургией разработало специальные пары материалов специально для использования в качестве термопар.

В таблице 1 показаны восемь популярных стандартных термопар и их типовые характеристики. Буквенный тип обозначает конкретное соотношение температуры и напряжения, а не конкретный химический состав. Производители могут изготавливать термопары данного типа с различными составами; однако результирующая зависимость температуры от напряжения должна соответствовать стандартам термоэлектрического напряжения, связанным с конкретным типом термопары.

Полные наборы таблиц зависимости температуры от напряжения, относящиеся к нулю ° C и включающие математические модели для всех популярных промышленных стандартных термопар, доступны в NIST, Национальном институте стандартов и испытаний, и могут быть бесплатно загружены с их веб-сайта Ссылка 1.Читателю предлагается изучить этот веб-сайт для получения дополнительной информации.

Таблица 1: Типы стандартных термопар

* Определения материалов:

Константан, сплав никель (Ni) — медь (Cu)
Хромель, сплав никель (Ni) — хром (Cr)
Алюмель, сплав никеля (Ni) и алюминия (Al)
Магний (Mg), базовый элемент
Платина (Pt), базовый элемент
Никель (Ni) базовый элемент
Кремний (Si), базовый элемент
Хром (Cr), базовый элемент
Железо (Fe), базовый элемент
Родий (Rh), базовый элемент

Примечания :

Термопары типа L и U определены стандартом DIN 43710; однако они не так часто используются в новых установках, как более популярные стандарты термопар типа T и J.
Термопара типа U аналогична популярному стандарту T типа
Термопара L-типа аналогична популярному стандарту J-типа

Три дополнительных типа термопар, используемых для высокотемпературных измерений, — это термопары типов C, D и G. Буквы их обозначений (C, D, G) не признаются стандартами ANSI; тем не менее они доступны. Их проволочные составы:

G Тип: W против W-26% Re
C Тип W-5% Re и W-26% Re
D Тип W-5% Re и W-25% Re

Где; «W» — вольфрам, «Re» — рений.

С помощью термопар можно измерить практически все диапазоны температур; даже несмотря на то, что их выходное полномасштабное напряжение составляет всего милливольт с чувствительностью в микровольтах на градус диапазона, и их реакция нелинейна.На рисунках 3 и 4 в конце данной инструкции по применению показаны типичные вольт-температурные характеристики вышеуказанных термопар. Эти кривые обеспечивают визуальную индикацию диапазонов термопар, масштабных коэффициентов, чувствительности и линейности.

Dataforth предлагает модули ввода для термопар, которые взаимодействуют со всеми вышеперечисленными типами. Для получения дополнительных сведений об этих и других современных модулях посетите веб-сайт Dataforths, Ссылка 2.

Аналитическая модель термопары

Для каждого типа термопар были разработаны стандартные математические модели степенных рядов.Эти модели силового ряда используют уникальные наборы коэффициентов, которые различаются для разных температурных сегментов в пределах данного типа термопары. Если не указано иное, все стандартные модели и таблицы термопар относятся к нулю градусов по Цельсию, 0 ° C. Читатель отсылается к Инструкциям по применению Dataforths AN106, Введение в термопары для основ термопар, Ссылка 8.

Ссылка на следующие примеры и связанные данные — это NIST, Национальный институт стандартов и тестирования; сайт, Ссылка 1.Уравнение 1 иллюстрирует модель степенного ряда, используемую для всех термопар, кроме типа K, который проиллюстрирован уравнением. 3

Где T в градусах Цельсия

Набор коэффициентов, используемых в уравнении. 1 для модели E Тип термопары показан для 3 значащих цифр в таблице 2.

Таблица 2: Коэффициенты C _i для термопары типа E

Эти уравнения с различными наборами коэффициентов трудно использовать для прямого определения фактических температуры, когда измеряется только напряжение термопары [VTC] известен.Поэтому обратные модели были разработан для определения температуры по измеренным напряжения термопары. Уравнение 2 представляет эту обратную модель.

Где VTC в милливольтах

Пример набора обратных коэффициентов для типа E термопары показаны для 6 значащих цифр в таблице 3.

Таблица 3: Обратные коэффициенты для термопары типа E

Здесь стоит отметить, что K Тип V1 = S * (Tx-Tc) Eqn.4 термопары требуют немного другой серии мощности модель. Уравнение 3 представляет собой стандартный математический модель серии power для термопар типа K.

Экспоненциальный член в уравнении. 3 это добавлен учет спецэффектов. Подробнее об этом Типовая модель термопары доступна на сайте NIST. сайт, Ссылка 1.

Метод компенсации холодного спая (CJC)

Стандартные справочные таблицы и модели термопар: относительно нуля ° C; тогда как измерение поля топологии выполняются с термопарой, подключенной к коннектор, температура которого не равна нулю ° C; следовательно, актуальные измеренное напряжение необходимо отрегулировать так, чтобы оно выглядело как относительно нуля ° C.

Современные модули преобразования сигналов имеют электронное разрешили эту ситуацию и, кроме того, линеаризовали напряжения термопары. Эти модули кондиционирования предоставить конечному пользователю линейный выходной сигнал, масштабированный до либо вольт на ° C (° F), либо ампер на ° C (° F). Концепция измерений термопар с электронной привязкой до нуля ° C показано на рисунке 1. Этот метод известен как «компенсация холодного спая» или CJC.

Рисунок 1: Концепция компенсации холодного спая

На рисунке 1 напряжение V1 — это термопара Зеебека. напряжение, создаваемое разницей между неизвестными температура (Tx) и температура разъема (Tc), как показано в уравнении 4.Температура разъема (Tc) равна измеряется нетермопарным датчиком (диод, RTD, и т. д.) и соответствующее напряжение датчика (V2) равно с электронным масштабированием для представления того же Зеебека напряжение термопары (относительно 0 ° C), которое термопара считала бы, если бы использовалась для измерения Tc как указано в уравнении. 5. Это «масштабирование V2» согласовано с термопара того же типа, что и для измерения Tx.

Читатель может обратиться к ссылке 8, Dataforth’s. Примечание по применению AN106 для получения этих выражения.

Уравнение 4 можно математически преобразовать, чтобы включить температура точки льда (Tice).

Уравнение 6 показывает, что напряжение термопары (V1) имеет два части, обе из которых ссылаются на Tice. Напряжение термин, S * (Tx-Tice), является стандартным значением справочной таблицы необходим для определения неизвестной температуры (Tx). Член S * (Tc-Tice) — это напряжение, получаемое, если температура разъема (Tc) была измерена с тем же тип термопары, используемой для измерения Tx.Напомним, что V2 был масштабирован электронным способом, так что V2 равняется этому напряжение, V2 = S * (Tc-Tice). На рисунке 1, если G = 1, то;

Можно ввести выходное напряжение (Vout) в уравнении 7. непосредственно в ссылку на термопару соответствующего типа таблица для определения измеренной температуры.

Линеаризация

Требуется сигнал для точных измерений термопар модули кондиционирования с выходами, которые линейно масштабируется до температуры.Выходные напряжения модуля, которые иметь линейные масштабные коэффициенты в вольтах на градус или амперах на степень исключает необходимость в справочных таблицах или мощности расширение серии с момента перехода от термопары напряжение в зависимости от температуры встроено в линеаризованный выход масштаб. Такое преобразование сигнала термопары модули, включая изоляцию и CJC, доступны от Dataforth.

На рис. 3 показаны кривые напряжение-температура для восьми из самых распространенных термопар.Эти кривые представлены здесь, чтобы показать визуальную индикацию стандартных диапазоны термопар, величины выходных напряжений, нелинейность и чувствительность (мВ / ° C). Хотя диапазоны рабочих температур, в которых термопары могут использоваться довольно большие, их чувствительность мала; в микровольт на диапазон ° C. Кроме того, на рисунке 3 показано что при отрицательных температурах реакция термопар очень нелинейный; однако эти кривые выглядят почти линейными. для определенных диапазонов положительных температур.Тем не менее, факт остается фактом: термопары нелинейны.

В качестве примера нелинейности на рис. нелинейность термопары путем построения разницы между идеальным линейным откликом и откликом Термопара типа J в диапазоне от 0 до 150 ° C.

Рисунок 2: Разница выходного напряжения между идеальным линейным датчиком и термопарой типа J

Чувствительность термопары типа J составляет приблизительно 54 мкВ / ° C.Из рисунка 2 очевидно, что в предположении линейный отклик термопар типа J может привести к почти две степени ошибки.

Очевидно, что линеаризация необходима для обеспечения точной измерения температуры с помощью термопар. Dataforth разработал запатентованные схемы, которые обеспечивают точную линеаризацию для их преобразования сигнала модули. Хотя современные ПК или другие встроенные микропроцессоры могут линеаризовать термопары, используя программные методы, аппаратная линеаризация обеспечивает более быстрые результаты и не обременяют ценный компьютер Ресурсы.

Для достижения линейности коэффициент усиления (G) на Рисунке 1 и Уравнение 7 внутренне запрограммировано на выборочное масштабирование функция напряжения S * (Tx-Tice) должна быть линейной функцией температуры с единицами измерения вольт на ° C (° F) или миллиампер на ° C (° F). Для получения более подробной информации изучите AN505. «Аппаратная линеаризация нелинейных сигналов» на Раздел примечаний к применению на веб-сайте Dataforth, Ссылка 9. Находясь на этом веб-сайте, уделите несколько минут, чтобы изучить все полной линейки сигналов термопар Dataforth модули кондиционирования.

На рисунке 5 этого приложения показана функциональная блок-схема. с типичными характеристиками Dataforth модуль формирования сигнала термопары.

Практические соображения

Ниже приводится список некоторых «бегунов ума» для учитывать при измерении температуры с помощью термопары.

Всегда проверяйте производителей термопар спецификации на соответствие стандартам, указанным диапазоны температур и взаимозаменяемость.

Воспроизводимость и взаимозаменяемость между следует изучить марки термопар. Ошибки из-за замены термопары должны быть избегали.

Используйте изолированные модули преобразования сигналов, чтобы избежать контуры заземления.

Всегда используйте преобразование сигнала термопары модули с соответствующей входной фильтрацией. Это могло избежать серьезных «шумовых» ошибок.

Каждый провод термопары подключен к датчику модуль должен иметь одинаковую температуру.Модуль разъемы не должны иметь температурных градиентов по отдельные соединения.

Поведение термопары зависит от материалов молекулярная структура. Условия окружающей среды, такие как стресс, химическая коррозия, радиация и т. д., которые влияют на молекулярная структура в любом месте по длине Проволока термопары может создавать ошибки. Например, термопары с железным составом подлежат ржавчина, которая может стать причиной ошибок.

Используйте удлинители витой пары и сигнальные модули кондиционирования с соответствующей фильтрацией, чтобы помочь Избегайте ошибок EMI и RFI.

Следите за тем, чтобы провода термопары были короткими.

Используйте удлинители, рекомендованные производителем, если необходимы длинные провода термопары.

Всегда соблюдайте полярность цветового кода. Примечание: некоторые Европейские производители используют противоположный цвет для положительная и отрицательная полярность, чем в Северной Америке производители.

Избегайте «тепловых шунтов» при установке термопар. Любой теплопроводящий материал, например, большие свинцовые провода, может отводить тепло от термопары, создавая ошибка

Враждебные коррозионные среды в сочетании с влага и тепло могут вызвать коррозию, которая может стимулируют гальваническое действие и создают электрохимические ошибки напряжения.

Напомним, что время отклика измерения температуры подвергается значительному воздействию термопары инкапсуляция пакетов. Например, термопары в «термальном колодце» имеют медленное время отклика, что может вызвать нежелательные колебания в контуре управления.

Кожухи для термопар доступны с термопары, подключенные к корпусу. Эти «заземленные термопары» и могут вызвать заземление проблемы с петлей. Учитывая использование изолированных модулей для избегайте таких проблем.

Убедитесь, что модули преобразования сигналов с электронные методы CJC используют измерение температуры устройства, которые имеют время теплового отклика эквивалентно измерительным термопарам.

На рисунке 3 показан спектр вольт-температурных характеристик наиболее популярных стандартных термопар.

Рисунок 3: Напряжение-температура термопар типов B, E, J, K, N, R, S и T

На рисунке 4 показан спектр вольт-температурных характеристик высокотемпературных термопар, не классифицированных ANSI.

Рисунок 4: Вольт-температурные характеристики термопар типа G, D, C

На рисунке 5 показан пример модуля изолированной линеаризованной термопары Dataforth SCM5B47. Dataforth предлагает полная линейка модулей для всех типов термопар. Эти модули предлагают отличную изоляцию, превосходную точность и линейность. См. Веб-сайт Dataforth http://www.dataforth.com.

Рисунок 5: Изолированный линеаризованный термопарный модуль Dataforth SCM5B47

Каждый модуль ввода термопары SCM5B47 обеспечивает единственный канал входа термопары, который фильтруется, изолирован, усиливается, линеаризуется и преобразуется в аналоговое выходное напряжение высокого уровня (рис. 5).Этот выход напряжения представляет собой логический переключатель. управляемый, что позволяет этим модулям совместно использовать общую аналоговую шину без необходимости использования внешних мультиплексоров.

Модули SCM5B спроектированы с полностью изолированной цепью на стороне компьютера, которая может быть плавно запаздана до ± 50 В от Общий вывод питания, контакт 16. Эта полная изоляция означает, что соединение между общим входом / выходом и питанием не требуется. Общий для правильной работы выходного переключателя. При желании выходной переключатель можно включить постоянно, просто соединяющий контакт 22, контакт разрешения чтения, с общим входом / выходом, контакт 19.

SCM5B47 может взаимодействовать с восемью стандартными типами термопар: J, K, T, E, R, S, N и B. выходной сигнал работает в диапазоне от 0 В до + 5 В. Каждый модуль имеет компенсацию холодного спая для устранения паразитных помех. термопары, образованные проводом термопары и винтовыми клеммами на монтажной задней панели. Высококлассный открытый Обнаружение термопары обеспечивается внутренним подтягивающим резистором. Индикация уменьшения масштаба может быть реализована путем установки внешний резистор 47 МВт, допуск ± 20%, между винтовыми клеммами 1 и 3 на задней панели SCMPB01 / 02/03/04/05/06/07.

Фильтрация сигналов осуществляется с помощью шестиполюсного фильтра, который обеспечивает 95 дБ подавления нормального режима при 60 Гц и 90 дБ при 50 Гц. Два полюса этого фильтра находятся со стороны поля изоляционного барьера, а четыре других — со стороны компьютера.

После начальной фильтрации на стороне поля входной сигнал прерывается специальной схемой прерывателя. Изоляция обеспечивается трансформаторная связь, опять же с использованием запатентованной технологии для подавления передачи синфазных пиков или выбросов.В модуль запитан от + 5В постоянного тока, ± 5%.

Специальная входная цепь на модулях SCM5B47 обеспечивает защиту от случайного включения напряжения в сети. до 240 В переменного тока.

Список литературы

NIST, Национальный институт стандартов и тестирования
Dataforth Corp.
Rosemount
Омега
а. http://www.omega.com/tempera/Z/zsection.asp
б. http://www.omega.com/tempera/Z/pdf/z246.pdf
ASTM, Американское общество испытаний и материалов
IEC, Международная электротехническая комиссия
ANSI, Американский национальный институт стандартов
Dataforth Application Note AN106, Введение в термопары
Dataforth Application Note AN505, Аппаратная линеаризация нелинейных сигналов

Стандарты, относящиеся к термопарам

DIN 43722
DIN 43714
DIN 43760
DIN 43710
МЭК 304
МЭК 751
DIN IEC 548
ANSI MC 96-1-82
JIS C 1602-1981

Что такое датчик термопары и как он работает

Автор: Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

В этой статье мы обсудим, как сегодня измеряется температура с помощью термопар, достаточно подробно, чтобы вы:

См. , что такое термопары и как они работают
Изучите основные доступные типы термопар и способы их использования
Поймите , как термопары могут быть связаны с вашей системой сбора данных

Готовы начать? Пойдем!

Введение

Знаете ли вы, что температура — САМЫЙ часто регистрируемый физический показатель? Знание температуры имеет решающее значение для правильной работы всего, от человеческого тела до автомобильного двигателя, и всего, что между ними.

Температура измеряется одним или несколькими типами датчиков температуры. Сегодня на рынке доступно несколько:

Датчики термопары [данная статья]
Датчики RTD
Термисторные датчики
Инфракрасные датчики температуры

В этой статье речь пойдет о датчиках термопары. Вы также можете сразу перейти к сравнению различных типов датчиков температуры.

Что такое термопара?

Термопара — это датчик, который используется для измерения температуры.Термопара — очень популярный датчик благодаря своей относительно низкой стоимости, взаимозаменяемости, широкому диапазону измерения и надежности.

Типовой датчик термопары
Hartke, Wikimedia Commons, общественное достояние

Термопары

широко используются во всех отраслях, от автоматизации производства и управления технологическими процессами до автомобилестроения, авиакосмической, военной, энергетической, металлургической, медицинской и многих других отраслей.

Они имеют стандартные типы разъемов, что делает их взаимозаменяемыми и простыми в использовании.На измерительной стороне датчика они могут быть такими же простыми, как два металла, скрученных вместе, или они могут быть заключены в прочный зонд для использования в тяжелых промышленных условиях.

Длинный зонд термопары, подключенный к измерителю
Harke / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Хотя термопары довольно популярны, с их помощью нелегко достичь точности намного выше 1 ° C. Но, несмотря на это, благодаря своим многочисленным преимуществам, они остаются самым популярным типом датчиков, используемых сегодня для промышленных измерений.

Типы термопар

Сочетание различных металлов дает нам множество диапазонов измерения. Это так называемые «типы термопар», и нам известно несколько из них:

Термопара типа K: , которая соединяет хром и алюминиевые сплавы, что дает широкий диапазон измерения от -200 ° C до +1350 ° C (от -330 ° F до +2460 ° F).
Термопара типа J
Термопара типа Т
Термопара типа E
Термопара типа R
Термопара типа S
Термопара типа B
Термопара типа N
Термопара типа C

Термопары типов J, K, T и E также известны как Термопары из недрагоценных металлов .Термопары типов R, S и B известны как термопары из благородных металлов , которые используются в высокотемпературных приложениях. Вот самые популярные типы термопар, которые используются сегодня:

ANSI	IEC	Используемые сплавы	Самый широкий диапазон	Магнитный?	Комментарии
Дж	Дж	железо-константан	от -40 ° до 750 ° C от -40 ° до 1382 ° F	Есть	Лучше для высоких, чем для низких температур
К	К	Хромель-Алюмель	от −200 ° до 1350 ° C от −330 ° до 2460 ° F	Есть	Самый широкий ассортимент, самый популярный.Никель магнитный.
Т	Т	Медь (Cu)	от -270 до 400 ° C от -454 до 752 ° F	№	Подходит для более низких температур и влажной среды.
E	E	Хромель-константан	от −50 ° до 740 ° C	№	Подходит для криогенного использования.
N	N	Никросил (Ni-Cr-Si)	от -270 до 1300 ° C от -450 до 2372 ° F	№	Широкий диапазон температур, более стабильный, чем у типа K
B	B	Платина-30% родий (Pt-30% Rh)	от 0 до 1820 ° C от 32 до 3308 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
R	R	Платина-13% родий (Pt-13% Rh)	от -50 до 1768 ° C от -58 до 3214 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
S	S	Платина-10% родий (Pt-10% Rh)	от -50 до 1768 ° C от -58 до 3214 ° F	№	Высокотемпературный, нельзя вставлять в металлические трубки
C W3 W5	С W3 W5	Вольфрам-3% рений (W-3% Re)	от 0 до 2320 ° C от 32 до 4208 ° F	№	Сделано для высокотемпературных применений, но не в окислительных средах

Подробное сравнение термопар доступно на изображении ниже.Щелкните изображение, чтобы увеличить:

Как работает термопара?

Термопары

основаны на эффекте Зеебека , который говорит о том, что когда пара разнородных металлов, контактирующих друг с другом на каждом конце, подвергаются изменениям температуры, они создают небольшой потенциал напряжения. Причем они делают это пассивно, т.е. им не нужно запитывать формирователь сигнала.

Как это возможно? Создаем ли мы бесплатную энергию из ничего? Вовсе нет — это просто физика!

Учтите, что электроны переносят как электричество, так и тепло.Возьмите кусок голого медного провода и обхватите его рукой с одного конца. Получив энергию от тепла вашей кожи, электроны будут распространяться от области, где вы касаетесь их, к более холодному концу, находящемуся вдали от вас, создавая температурный градиент по длине провода. Тепло превратилось в энергию.

Это явление было первоначально открыто итальянским ученым Алессандро Вольта (в честь которого мы назвали «вольт») в 1794 году. Но немецкий физик Томас Иоганн Зеебек открыл его заново в 1821 году.Он заметил, что когда провода, сделанные из двух разных металлов, соединялись на каждом конце, и между этими концами была разница температур, на стыках создавался небольшой потенциал напряжения.

Мы называем этот потенциал напряжением Зеебека , а создание этого потенциала из тепловой энергии — «эффектом Зеебека». Основываясь на наблюдениях Зеебека 200 лет назад, физики могут определить коэффициент Зеебека, то есть величину термоэлектрического напряжения, которое возникает из-за разницы температур в данном материале.

Термопара обнаруживает изменения температуры пары разнородных металлов при их контакте друг с другом

Десятилетия исследований, проб и ошибок привели к сегодняшнему пониманию того, какие металлы дают нам наилучшие результаты, когда мы соединяем их в пару для создания термопары. Различные комбинации обеспечивают разные эффективные диапазоны измерения. И, конечно же, каждый металл имеет экологические свойства, которые в дальнейшем определяют, где и как их можно использовать.

Наука, лежащая в основе термопар, в настоящее время достаточно развита, и сегодня на рынке доступны стандартные «типы», такие как Тип K , в котором сочетаются хромель и алюмель, что обеспечивает очень широкий диапазон измерений. Подробнее о типах термопар ниже.

Звучит очень просто — возьмите пару проводов термопары и подключите один конец к вашей системе сбора данных или вольтметру и начните измерение температуры, верно? Что ж, это еще не все.

Есть два дополнительных шага, которые необходимо предпринять, чтобы преобразовать выходной сигнал термопары в пригодное для использования значение температуры: компенсация холодного спая и линеаризация .Давайте посмотрим на каждый из них, чтобы увидеть, как они работают и что делают.

Компенсация холодного спая

Для проведения абсолютного измерения термопара должна быть «привязана» к известной температуре на другом конце кабеля датчика. Раньше в качестве эталона использовалась ледяная баня с почти замороженной дистиллированной водой, известная температура которой составляла 0 ° C (32 ° F). Но так как это неудобно носить с собой, был создан другой метод с использованием крошечного термистора или RTD, экранированного от окружающей среды, для измерения температуры окружающей среды.Это называется «компенсация холодного спая , » (CJC).

CJC внутри модуля термопары Dewesoft IOLITE TH. Белые провода подключаются к термистору, встроенному в белую термопасту.

«Горячий спай , » — это измерительный конец узла термопары, а другой конец — «, холодный спай, », также известный как эталонный спай термопары, на котором расположена микросхема CJC. Таким образом, хотя температура холодного спая может варьироваться, она обеспечивает известный эталон, по которому измерительная система может определять температуру на измерительном конце датчика с очень хорошей и повторяемой точностью.

Линеаризация

Малое выходное напряжение датчика термопары не является линейным, т. Е. Не изменяется линейно при изменении температуры. Линеаризацию можно выполнить самим формирователем сигнала или с помощью программного обеспечения, работающего внутри системы сбора данных.

Кривые линеаризации для наиболее популярных типов термопар
Изображение из онлайн-курса обучения Dewesoft PRO

Проблемы и решения для измерения термопар

Из-за очень малых микровольт и милливольт на выходе этих датчиков, электрические шумы и помехи могут возникать, когда измерительная система не изолирована.Устройства Dewesoft DAQ решают эту проблему с помощью дифференциального преобразования сигнала . Почти все модули преобразования сигналов Dewesoft имеют гальваническую развязку , а также являются дифференциальными. Это лучший способ подавить синфазное напряжение, попадающее в сигнальную цепь.

Еще один способ уменьшить шум — разместить дигитайзер как можно ближе к датчику. Избегание длинных сигнальных линий — это проверенная стратегия повышения точности сигнала и снижения затрат.Посмотрите наши модульные DAQ-устройства SIRIUS и KRYPTON, чтобы найти лучшие в своем классе решения.

Неадекватный CJC приводит к неправильным показаниям. Этот узел необходимо защитить от изменений температуры окружающей среды, чтобы обеспечить надежный ориентир. Dewesoft использует отдельный чип CJC для каждого канала в своих высококачественных CJC, которые выфрезерованы из цельного алюминиевого блока и точно собраны для достижения наилучшего возможного эталона.

Провода для термопар
дороже простых медных проводов, что является еще одной причиной, по которой холодный спай следует располагать как можно ближе к источнику сигнала (при этом избегая резких перепадов температуры окружающей среды).
Системы

, такие как одноканальный изолированный модуль термопары KRYPTON ONE от Dewesoft, обеспечивают наилучшие результаты в этой области, позволяя распределять холодный эталон в любом месте, где расположены датчики, и соединяться между собой на расстоянии до 100 м (328 футов) друг от друга. Сигнал преобразуется в цифровой прямо в точке измерения и передается через EtherCAT в главную измерительную систему, устраняя шум и длинные участки дорогостоящих кабелей термопар.

Приложения для измерения термопар

Испытательный образец наверху печи оснащен термопарами типа K (обратите внимание на желтые разъемы сбоку печи)
Achim Hering / CC BY (https: // creativecommons.org / licenses / by / 3.0)

Температура — это наиболее измеряемое физическое свойство в мире, а термопары — самый популярный датчик для измерения температуры. Следовательно, существуют буквально миллионы и миллионы применений термопар во всех отраслях и секторах. Вот лишь некоторые из них:

Электростанции (температура является показателем перегрева компонентов)
Бытовая техника, в которой недостаточно термисторов
Управление производственными процессами и автоматизация производства
Производство продуктов питания и напитков
Металлургические и целлюлозно-бумажные комбинаты
Экологический мониторинг и исследования
Научные исследования и разработки (НИОКР)
Производство и испытания фармацевтических и медицинских товаров
Автомобильные системы и испытательные приложения, испытания в жаркую и холодную погоду, испытания тормозов, испытания ADAS, анализ горения и многое другое
Системы и испытания авиационных и ракетных двигателей
Производство и испытание спутников и космических аппаратов

Преимущества и недостатки термопар

Преимущества термопары:

Автономный (пассивный)
Простота использования
Взаимозаменяемость, простота подключения
Сравнительно недорого
Доступен широкий выбор зондов для термопар
Широкий диапазон температур для многих типов
Более высокие температурные возможности по сравнению с другими датчиками
Не зависит от сопротивления, уменьшается или увеличивается

Недостатки термопары:

Выход требует линеаризации
Требуется спай «холодного эталона» CJC
Низковольтные выходы чувствительны к шуму
Не так стабильно, как RTD
Не так точен, как RTD

Сравнение датчиков температуры: термопары, RTD и термисторы

Датчик	Термистор	Термопара	RTD (Pt100)
Диапазон температур	Самый узкий от -40 ° C до 300 ° C	Widest Тип J от -210 до 1200 ° C Тип K от 95 до 1260 ° C Другие типы могут иметь диапазон от -270 ° C до 3100 ° C	Узкий -200- до 600 ° C Возможно до 850 ° C
Ответ	Быстро	от среднего до быстрого Зависит от размера сенсора, диаметра провода и конструкции	Медленно Зависит от размера и конструкции сенсора
Долгосрочная стабильность	Плохо	Очень хорошо	Лучшее (± 0.От 5 ° C до ± 0,1 ° C / год)
Точность	Ярмарка	Хорошо	Лучше 0,2%, 0,1% и 0,05%
Линейность	Экспоненциальная	Нелинейный Обычно это делается в программном обеспечении	Достаточно хорошо Но рекомендуется линеаризация
Строительство	Хрупкий	Соответствующие Оболочки и трубки повышают хрупкость, но увеличивают время отклика	Хрупкий Оболочки и трубки повышают хрупкость, но увеличивают время отклика
Размер	Очень маленький	Маленький	Больше
Электропроводка	Очень просто	Простой	Комплекс
Требуемая мощность / возбуждение	Нет	Нет	Обязательно
Внешние требования	Нет	CJC (компенсация холодного спая) и линеаризация сигнала	формирователь сигнала RTD
Стоимость	Самый низкий Типы с низкой точностью очень недорогие, но есть и более точные и более дорогие.Доступны модели NTC и PTC (отрицательный и положительный температурный коэффициент).	Низкий Типы R и S, в которых используется платина, более дорогие	Самый высокий

Технические характеристики типовые

Выбор подходящей термопары для вашего применения

Чтобы выбрать подходящий датчик для ваших измерений, важно учитывать ряд различных факторов:

Какие максимальные и минимальные температуры вам необходимо измерить?
Какой бюджет?
Какой диапазон точности нужен?
В какой атмосфере он будет использоваться? (окислительные, инертные и др.)
Какой необходимый срок службы датчика?
Какова необходимая реакция (как быстро она должна реагировать на изменения температуры)?
Будет ли использование термопары периодическим или непрерывным?
Будет ли термопара подвергаться изгибу или изгибу в течение срока службы?
Будет ли он погружен в воду и на какую глубину?

Основываясь на ответах на эти вопросы и ссылаясь на приведенную выше таблицу типов термопар, должна быть возможность выбрать лучший общий датчик (и) для вашего приложения.

Обучающее видео по термопарам

В этом видео с конференции Dewesoft по измерениям объясняются основные характеристики и принципы работы термопар и измерение температуры с помощью устройств и программного обеспечения Dewesoft DAQ.

Dewesoft Измерительные приборы для термопар

Dewesoft предлагает несколько систем сбора данных, которые могут эффективно измерять, сохранять и отображать температуру. И они могут сделать это, подключив самые популярные в мире датчики температуры для промышленных DAQ-приложений: термопару.Системы Dewesoft могут измерять, сохранять, анализировать и визуализировать температуру от одного до сотен каналов в режиме реального времени.

Обратите внимание, что программное обеспечение для сбора данных Dewesoft X позволяет отображать выходной сигнал температуры любого датчика с выбранной вами температурной шкалой. Единицей измерения по умолчанию является Цельсий, но программное обеспечение обеспечивает легкий и простой преобразование в шкалу Фаренгейта (F) или в шкалу Кельвина (K), базовую единицу температуры в Международной системе единиц (СИ).

Файл данных теста литий-ионной батареи, в котором датчик термопары использовался для измерения температуры батареи с помощью программного обеспечения Dewesoft X и оборудования DAQ

Dewesoft X настолько гибок, что при необходимости вы можете отображать данное измерение одновременно в нескольких единицах измерения.

Измерение термопар SIRIUS

SIRIUS — флагман линейки продуктов Dewesoft. Они представляют собой высочайшую производительность системы сбора данных в сочетании с самым мощным программным обеспечением сбора данных на рынке, DEWESoft X.Для подключения термопар к системам сбора данных SIRIUS мы используем наши популярные адаптеры Dewesoft Sensor Interface (DSI) для взаимодействия с несколькими модулями ввода SIRIUS.

Системы сбора данных
SIRIUS доступны в широком спектре физических конфигураций, от модульных «срезов», которые подключаются к вашему компьютеру через USB или EtherCAT, систем для монтажа в стойку R3 и автономных систем R1, R2, R4 и R8, которые включить встроенный компьютер.
Модельный ряд устройств SIRIUS DAQ
Адаптеры для термопар серии
DSI-THx имеют стандартный входной разъем мини-лезвия и короткий кабель термопары, металлы которого соответствуют типу.Адаптер DSI-THx совместим с четырьмя популярными типами термопар: J, K, T и C.
Адаптер DSI-TH-K от Dewesoft (также доступны типы J, T и C)
Адаптеры
DSI используют встроенный интерфейс TEDS для автоматической настройки в программном обеспечении Dewespft X DAQ. Просто подключите адаптер термопары DSI-TH к входу DB9 выбранного модуля SIRIUS, проверьте свои настройки на экране настройки оборудования в программном обеспечении DEWESoft X, и вы готовы приступить к измерениям.
Перекрестная ссылка модулей SIRIUS и их совместимости с адаптером DSI-TH8x:
Двухъядерные модули SIRIUS Модули SIRIUS HD (высокой плотности) Модули SIRIUS HS (высокоскоростные)
СТГ, СТГМ, LV HD-STG, HD-LV HS-STG, HS-LV
DSI-THx 1 √ √ √
1) Примечание — адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C.
2) Примечание — некоторые модули SIRIUS DAQ имеют варианты входных разъемов, отличные от DB9.Пожалуйста, выберите DB9 для идеальной совместимости с адаптером DSI.
KRYPTON для измерения термопар
DAQ-модуль термопары KRYPTON испытывается на вибрационном шейкере
Устройства сбора данных KRYPTON — это самая защищенная линейка продуктов, доступная от Dewesoft. KRYPTON способен выдерживать экстремальные температуры, удары и вибрацию и имеет класс защиты IP67, что позволяет защитить их от воды, пыли и т. Д. Они подключаются к любому компьютеру с ОС Windows (включая защищенную модель процессора KRYPTON со степенью защиты IP67 от Dewesoft) через EtherCAT и могут быть разделены на расстояние до 100 метров (328 футов), что позволяет размещать их рядом с источником сигнала.Как и SIRIUS, они используют самое мощное программное обеспечение для сбора данных на рынке, Dewesoft X.
KRYPTONi-8xTH — изолированный 8-канальный регистратор данных с термопарой и сбор данных
KRYPTONi-16xTH — изолированный 16-канальный регистратор данных с термопарой и сбор данных
Термопары
могут быть подключены непосредственно к многоканальному модулю формирования сигналов KRYPTON-TH и к одноканальному модулю формирования сигналов высоковольтных термопар HV-TH-1.
Экран настройки программы Dewesoft X, показывающий 8 универсальных входов термопар модуля термопар KRYPTON
Экран настройки канала модуля термопар KRYPTON, показывающий настройки датчика и усилителя и предварительный просмотр аналогового сигнала в реальном времени
Перекрестная ссылка на модули KRYPTON DAQ и их совместимость с термопарами, а также на адаптеры DSI, предназначенные для измерения температуры:
Многоканальные модули KRYPTON
ТН СТГ
Термопары Собственный вход термопары (УНИВЕРСАЛЬНЫЙ — каждый канал может быть настроен на любой тип в программном обеспечении, выбираемый из этих девяти типов:
J, K, T, E, R, S, B, N, C) Требуется небольшой DSI-THx 1)
1) Примечание — адаптеры DSI-THx доступны в типах K, J, T, C и E

Слева: 1-канальный регистратор данных термопары KRYPTON-1xTH-HV-1
Справа: универсальный модуль сбора данных сигнала KRYPTON-1xSTG-1
Одноканальный KRYPTON ONE обеспечивает максимальную модульность:
Одноканальные модули КРИПТОН-1
TH-HV-1 СТГ-1
Термопары Собственный вход термопары типа K, рассчитанный на изоляцию CAT III 600 В и CAT II 1000 В. Требуется небольшой DSI-THx 1)
1) Примечание — адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C
Измерение термопары IOLITE
IOLITE — это уникальный продукт, который сочетает в себе основные возможности промышленной системы управления в реальном времени с мощной системой сбора данных. С IOLITE сотни аналоговых и цифровых каналов могут быть записаны на полной скорости, одновременно отправляя данные в реальном времени на любой мастер-контроллер EtherCAT стороннего производителя.
Слева: система для монтажа в стойку IOLITEr с 12 слотами для модулей ввода
Справа: настольная система IOLITEs с 8 слотами для модулей ввода
Они представляют собой отличную производительность системы сбора данных плюс управление в реальном времени через EtherCAT в сочетании с самым мощным программным обеспечением сбора данных на рынке, DEWESoft X.
Вот перекрестная ссылка на входные модули IOLITE и их совместимость с термопарами, а также адаптеры DSI, предназначенные для измерения термопар:
Многоканальные модули IOLITE
8x TH 6xSTG
Термопары Собственные входы для термопар
(8 каналов на модуль)
Доступны следующие типы:
K, J, T, R, S, N, E, C, U, B Через DSI-THx 1)
(до 6 каналов на модуль)
1) Примечание — адаптеры DSI-TH доступны в типах K, J, T, E и C
DAQ-модуль IOLITE-8xTH обеспечивает изоляцию как «канал-земля», так и «канал-канал» до 1000 В.Данные собираются одновременно со всех 8 каналов с частотой дискретизации до 100 с / с с использованием 24-битного дельта-сигма АЦП.
Те же характеристики частоты дискретизации и изоляции применимы к модулю 6xSTG, за исключением того, что он имеет шесть каналов вместо восьми. 6xSTG — это очень универсальный модуль, способный выполнять тензометрические, резистивные измерения и измерения низкого напряжения в дополнение к его совместимости с адаптерами серии DSI.
Измерение термопар DEWE-43A и MINITAUR
DEWE-43A — чрезвычайно портативная портативная система сбора данных.Он подключается к компьютеру через фиксируемый USB-разъем и имеет восемь универсальных аналоговых входов. Его «старший брат» называется MINITAUR — по сути, это DEWE-43A в сочетании с компьютером и некоторыми другими функциями в одном портативном корпусе. Универсальные входы обеих систем совместимы с адаптерами Dewesoft DSI, что позволяет подключать датчик термопары к любому или ко всем из их восьми входных каналов.
Слева: портативная система сбора данных DEWE-43A
Справа: модель MINITAUR, включая встроенный компьютер
Адаптеры DSI-THx доступны для нескольких популярных типов термопар, включая типы J, K, T и C.В адаптерах DSI используется сенсорная технология TEDS для автоматической настройки в программном обеспечении Dewesoft X DAQ. Просто подключите адаптер DSI-THx к входу DB9 выбранного входа, проверьте свои настройки на экране настройки оборудования в программном обеспечении Dewesoft X, и вы готовы приступить к измерениям.
Как рассчитать температуру термопары путем измерения выхода?
КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ТЕМПЕРАТУРУ ПО ИЗМЕРЕНИЮ ВЫХОДНОГО МЕНЮ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕРМОПАРЫ
СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ THERMOCOUPLE
The N.I.S.T. (Национальный институт стандартов и технологий) — агентство по стандартизации США. Они определили выходное милливольтное напряжение для всех типов термопар при всех температурах в пределах их диапазона. Полученные в результате таблицы называются «Справочными таблицами термопар», и выходное милливольтное напряжение термопары отображается для каждого градуса температуры.
Справочные таблицы термопар
Спай термопары каждого типа создает на нем определенное милливольтное напряжение при определенной температуре.Термопара состоит из двух соединенных друг с другом контактов.
Один из них — измерительный, а другой — эталонный. V _D — это милливольт, возникающий из разницы между милливольтами, создаваемыми двумя противоположными переходами. V _D — измеренное напряжение в милливольт, когда к термопаре подключается счетчик, как показано ниже.
КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ ТЕМПЕРАТУРУ СПАЯ
Измерьте напряжение в милливольт «V _D», как показано выше.
Измерьте фактическую температуру холодного спая термометром.
Перейдите к таблице используемой термопары и найдите милливольт, создаваемый при этой температуре.
Добавьте это милливольт к милливольт, измеренному как «V _D», чтобы получить итог.
Найдите общее напряжение в милливольтах в справочной таблице. Соответствующая температура — это температура измерительного спая.
Пример № 1 Термопара типа «Т»
Измеренное значение «V _D» = 3.41 мВ
Температура холодного спая = 22 ° C (71,6 ° F)
Из таблицы; 22 ° C = 0,87 мВ.
Добавление 0,87 мВ к 3,41 мВ = 4,28 мВ.
Находка 4,28 мВ в таблице; соответствующая температура составляет 100 ° C (212 ° F) и является температурой измерительного перехода.
Пример № 2 Термопара типа «Т»
Измеренное значение «V _D» = 4,47 мВ
Температура эталонного спая = -5 ° C (23 ° F) (ниже, чем 0 ° C, указанное в таблице)
Из таблицы; 5 ° C = -0.193 мВ
Добавление -0,193 мВ к +4,47 мВ = +4,28 мВ
Находка 4,28 мВ в таблице; соответствующая температура составляет 100 ° C (212 ° F) и является температурой измерительного перехода
Преобразование метрической / английской шкалы ° C = ° F — 32 ° F = 1,8 ° C + 32
* P = положительное плечо N = отрицательное плечо
** Проволока «стандартного» класса достаточно точна для большинства применений. Чистота и состав проводов «высшего сорта» контролируются более тщательно, а их выходное милливольтное напряжение ближе к стандартной диаграмме NIST и, следовательно, считывается несколько точнее, чем провод «стандартного» сорта.
ПРИМЕЧАНИЕ. Отдельные блоки термостатов можно откалибровать, измерив их выходную мощность при нескольких известных температурах и подготовив таблицу исправления ошибок. Эта диаграмма используется для устранения любых отклонений от «стандартного» выходного милливольтного напряжения в зависимости от показаний температуры, присущих данной конкретной термопаре. Результат известен как термопара, соответствующая стандарту NIST.
Таблица термопар
Также прочтите: Основные сведения о токовых сигналах 4-20 мА
Термопары — обзор | ScienceDirect Topics
Термопары
Когда соединяются две разнородные металлические проволоки, разница в уровнях энергии электронов в каждом металле заставляет электроны мигрировать от одного металла к другому, и возникает напряжение (или ЭДС).Это напряжение зависит от температуры. Когда цепь формируется путем соединения проводов на обоих концах (, рис. 1, ), при условии, что стыки имеют одинаковую температуру, равные, но противоположные ЭДС появляются на двух стыках и нейтрализуют друг друга. Однако, если один переход более горячий, чем другой, ЭДС будут иметь разные значения, и в цепи будет развиваться чистая ЭДС. Если температура в одном соединении известна, температуру другого соединения можно определить по напряжению цепи, используя уравнение преобразования, справочную таблицу или диаграмму, относящуюся к двум используемым металлам.
Рисунок 1. Принципиальная схема термопары.
Обычно используется несколько типов пар материалов термопар, каждый из которых обозначается одной буквой: T (медь / медь-никель), J (железо / медь-никель), K (никель-хром / никель-алюминий) и т. Д.
На практике схемы термопар редко бывают такими простыми, как показано на Рисунок 1 . Чтобы иметь возможность правильно использовать термопары в различных ситуациях, был предложен ряд « законов », но самый важный из них, который следует запомнить: однородный кусок проволоки из любого материала, вставленный в цепь, не изменит ЭДС, если два конца этого провода имеют одинаковую температуру.
Этот закон имеет множество практических применений. Например, при пайке двух проводов для образования соединения не обязательно, чтобы провода соприкасались друг с другом, поскольку концы проводов и припой, вероятно, будут иметь одинаковую температуру. Другое применение вышеуказанного закона — использование компенсационных или удлинительных проводов. В идеале в цепи термопары должно быть всего два металлических провода. Однако часто измеряемая температура находится далеко от вольтметра, и использование высококачественных проводов термопар на всем протяжении было бы чрезмерно дорогостоящим.В этом случае могут использоваться провода более низкого качества и более низкой стоимости ( Рисунок 2 ). Эти провода, A ‘и B’, обычно изготавливаются из тех же материалов, что и инструментальные провода A и B, но в соответствии с менее строгими стандартами. Пока температуры на переходах 1 и 2 не сильно различаются, внесенная ошибка будет незначительной.
Рисунок 2. Использование компенсационных проводов.
Термопара измеряет разницу температур между двумя точками. Если требуется температура одного спая, необходимо знать температуру другого (эталонного спая).В рис. 3 эталонный спай поддерживается при известной температуре, такой как смесь льда и чистой воды (0 ° C). Это наиболее точный метод измерения температуры с помощью термопары. Для измерения нескольких температур используется схема Рисунок 4 . Все провода, изготовленные из материала A, соединяются вместе в контрольном переходе, и один провод из материала B соединяет этот переход с вольтметром. Вольтметр подключается к любому из измеряемых переходов через селекторный переключатель, который может быть ручным или автоматическим (автоматическое переключение является стандартным для коммерческих регистраторов данных).
Рисунок 3. Измерение температуры с помощью термопар и внешнего эталона.
Рисунок 4. Измерение нескольких температур с помощью внешнего эталона.
Современные приборы часто имеют внутреннюю температурную компенсацию, которая избавляет от необходимости использовать внешний эталонный спай (, рис. 5, ). Два конца разнородных проводов термопар подключены к изотермическому соединительному блоку в приборе, который служит эталонным спаем. (Из закона термопары выше, дополнительные провода, соединяющие блок разъема с вольтметром, не создают никакого дополнительного напряжения, пока блок разъема изотермичен, а провода однородны.) Температура этого соединительного блока измеряется, например, термистором, а прибор вычисляет температуру горячего спая по разнице напряжений. Однако этот метод менее точен, чем использование внешнего эталонного спая, из-за неопределенности в отношении температуры соединительного блока.
Рисунок 5. Измерение температуры с помощью термопар и внутреннего эталона.
В некоторых приложениях, например при измерении депрессии по влажному термометру или теплового потока, нас может больше интересовать измерение разницы температур, а не температуры.Для этого идеально подходят термопары. Однако, поскольку чувствительность термопар зависит от температуры, важно измерить одну из двух температур, разность которых мы измеряем. Для этой цели можно использовать схему , рис. 6а, : по напряжению V2 (ЭДС между переходом 1 и опорным переходом) можно рассчитать температуру перехода 1, а по напряжению V1 (ЭДС между переходами 1 и 2 ) можно найти разницу температур между спаями 1 и 2.Если доступен регистратор данных с внутренним эталоном температуры, можно использовать схему , рис. 6b, .
Рис. 6. Подключение термопар для измерения разницы температур с использованием (а) внешнего эталона и (б) внутреннего эталона.
Сигнал напряжения термопары небольшой, несколько десятков микровольт (мкВ) на кельвин. Хороший вольтметр может обнаружить разницу в 1 мкВ, что соответствует менее 0,1 К, так что обычно это не проблема. Для измерения очень малых температурных перепадов можно использовать термобатарею, состоящую из нескольких пар переходов, соединенных последовательно.Напряжение будет умножено на количество присутствующих пар спая термопар; таким образом, напряжение, полученное от шестиконтактной схемы Рис. 7 , в три раза больше, чем у одиночной пары. Очень важно, чтобы переходы были электрически изолированы друг от друга. Для корректировки любой ошибки нуля следует выполнить калибровку путем погружения всех переходов в среду с однородной температурой и считывания результирующего напряжения. Любое остаточное напряжение необходимо вычесть из последующих показаний.
Рисунок 7. Термобатарея.
Термопары широко используются из-за их низкой стоимости, прочности, широкого диапазона и гибкости. Они достаточно точны для большинства промышленных целей, но также могут использоваться для высокоточных измерений. Внутренняя ошибка термопар возникает из-за различий в составе проводов и указывается в спецификации производителя. Однако есть много других возможных источников ошибок, о которых следует позаботиться.
1.
Может возникнуть ошибка холодного спая. В приборах с одним переходом температура клеммной колодки используется в качестве эталонной. Тогда точность зависит от того, насколько изотермична клеммная колодка и как измеряется ее температура. Обычно это ошибка 0,5–1 К. Иногда эталонный датчик температуры может находиться на расстоянии нескольких сантиметров от клеммной колодки, и ошибка может быть больше (это происходит в регистраторах данных с длинными массивами клемм). Внешние эталоны с использованием точки обледенения могут быть намного более точными, но это зависит от опыта пользователя (см. Раздел ниже о калибровке).
2.
Использование вольтметра с низким импедансом вызывает прохождение тока контура, который снижает измеренную ЭДС.
3.
Короткое замыкание может произойти между различными частями цепи термопары или между термопарами и электрическим заземлением измерительного прибора. Если это возможно, на стыки необходимо нанести электроизоляционное покрытие.
4.
Электромагнитные помехи могут вызвать паразитное напряжение.
5.
Изменения чувствительности могут быть вызваны старением проводов термопары.
6.
Напряжения в проволоке (перекручивание, деформационное упрочнение) могут вызывать локальные изменения в составе (эта и следующая ошибка являются следствием закона термопары, упомянутого ранее).
7.
Использование низкокачественной (компенсирующей) проволоки в сильно неизотермической среде может привести к ошибкам. Компенсационные провода следует использовать только в том случае, если вдоль этих проводов есть небольшие колебания температуры.
Термопара — обзор | Темы ScienceDirect
1.14.3.1.2 Детекторы термопары и термобатареи
В детекторе термопары разница температур между поглотителем и подложкой определяется с помощью эффекта Зеебека (например, см. Fellgett, 1949). В детекторах на термоэлементах используются несколько последовательно соединенных спаев термопар для увеличения как напряжения сигнала, так и импеданса источника; иногда дополнительные спая подключаются в обратном порядке и остаются темными для температурной компенсации.Чувствительный спай термически связан с поглотителем, а опорный спай привязан к подложке.
Базовый анализ производительности был опубликован Birkholz et al. (1987) для идеализированных детекторов термопар типа Хильгера – Шварца (Strachan, Goodyear, 1973; Strachan, 1973; Schwarz, 1949). Такие детекторы состоят из вертикальных ножек из монокристаллического термоэлектрического материала, приваренных к тонкой фольге поглотителя, завершающей чувствительный переход. В идеальном случае теплопроводность подложки определяется проводимостью через ножки термопары.
Следуя Birkholz et al. (1987) мы определяем свойства термоэлектрических материалов следующим образом: Коэффициенты Зеебека для полупроводниковых ветвей p-типа и n-типа равны α _p и α _n, соответственно. , дающая термоЭДС α _te = α _p — α _n; термическое сопротивление ножек равно R _л = л κ ^{— 1} A _л ^{— 1} = G ^{— 1}, где л и 0.5 A _l — длина и площадь поперечного сечения каждой ветви, соответственно, а κ — теплопроводность материала, которая считается одинаковой для p-типа и n-типа; а электрическое сопротивление равно R _E = 4 l σ _e ^{— 1} A _l ^{— 1}, где σ 900 e — это электрическая проводимость (обратите внимание, что для теплопроводности ветви параллельны, а для электропроводности — последовательно).
Можно определить эффективную теплопроводность для радиационного обмена с окружающей средой, сделав упрощающие предположения, что поглотитель совершенно черный и что разница температур между поглотителем и окружающей средой мала. Отмечая, что мощность Q , проводимая между резервуарами при температурах T и T + Δ T , связанных тепловой связью с проводимостью G , задается соотношением Q = G Δ T и что для радиационного обмена между черными телами при тех же двух температурах передаваемая полезная мощность определяется выражением Q = σ _с A [( T + Δ T ) ⁴ — T ⁴] ≈ 4 σ _с AT ³ Δ T ; получаем эффективную радиационную теплопроводность G _r = 4 σ _s AT ³, где σ _s = 5.67051 × 10 ^{— 8} Вт м ^{— 2} K ^{— 4} — постоянная Стефана – Больцмана (Андерсон, 1989), а A — площадь поглотителя. Поскольку излучение и теплопроводность через термопару действуют параллельно, общее тепловое сопротивление R _H определяется как
(16) RH = 14σsAT3 + κAll − 1
Выходное напряжение на детекторе определяется выражением V _с = α _te Δ T = α _te Q _a R
1 где, где, H _a — поглощенная оптическая мощность (эквивалентная падающей мощности, поскольку для этого анализа мы предположили идеальный поглотитель).Обратите внимание, что детекторы термопар являются устройствами с очень низким импедансом, поэтому усилитель первого каскада должен разрабатываться с осторожностью, чтобы избежать значительного увеличения шума. Чувствительность просто S = V _s/ Q _a = α _te R _H. NEP для детектора с ограничением шума Джонсона составляет NEP = 4kTReΔf / S = 4kTlΔf0.5σeAl − 0.5αteRH − 1. Одним из стандартных показателей качества детекторов является удельная обнаруживающая способность D ^∗, определяемая как NEP-1AΔf.Подставляя вместо R _H, получаем
(17) D ∗ = αteAσeAl / l44σsAT3 + κAl / lkT
Birkholz et al. (1987) отмечают, что D ^∗ максимизируется, когда тепловые потери из-за теплопроводности и излучения одинаковы или когда 4 σ _с AT ³ = κA _l/ л . Также обратите внимание, что при замене α _te = 2 α Ур.(17) эквивалентно выражению в Birkholz et al. (1987). Исключая в числителе и знаменателе A _l/ l , получаем
(18) Dmox ∗ = M8kσsT5
, где безразмерное число M = (0,5 α ) ² σ _e Tκ ^{— 1} — показатель качества термоэлектрических устройств. Доступны материалы с M ≈ 1 при комнатной температуре (Birkholz et al., 1987), что дает D _mox ^∗ ≈ 1 × 10 ¹⁰ см Гц ^0,5 Вт ^{— 1} при 300 К. Реальные ограничения препятствуют достижению теоретического максимума удельной обнаруживающая способность, но были продемонстрированы значения 3,2 × 10 ⁹ см Гц ^0,5 Вт ^{— 1} (Ando, 1974).
Постоянная времени определяется как τ _th = CG ^{— 1} = CR _H, где тепловое сопротивление определяется уравнением.(16). В теплоемкости термопарных детекторов Хильгера – Шварца, как правило, преобладает поглотитель. Постоянные времени 10 мс были продемонстрированы только для термопары и 20 мс для всего детектора, включая поглотитель (Birkholz et al., 1987; Ando, 1974).
Несмотря на то, что термопарные детекторы Hilger – Schwarz обладают высокими характеристиками для неохлаждаемых детекторов, они хрупки и сложны в производстве. Современные методы обработки полупроводников позволяют изготавливать детекторы на термобатареях с микромашинной обработкой, в которых поглотитель представляет собой отдельно стоящую мембрану, а термобатарея состоит из последовательно соединенных термопар, проходящих по краю мембраны (Foote and Jones, 1998; Foote et al., 2003). Микромашинные детекторы на термобатареях доступны в виде линейных массивов, которые выполняли полеты на Луну и Марс (Foote et al., 2003). Микромеханические устройства не работают так же хорошо, как старые модели по ряду причин, даже при сравнении устройств, изготовленных из тех же термоэлектрических материалов, хотя есть потенциал для дальнейшего улучшения (Foote and Jones, 1998).
Детекторы термобатареи производятся в виде одиночных детекторов, линейных решеток (Kunde et al., 1996; Foote and Jones, 1998; Foote et al., 2003) и небольшие двумерные массивы. Обработка материалов и компоновка остаются сложными для больших двумерных массивов. Были продемонстрированы микромашинные детекторы на термобатареях с постоянными времени порядка 10 мс с удельной детектирующей способностью около 10 ⁹ см Гц ^0,5 Вт ^{— 1} (Foote and Jones, 1998).
Измерьте температуру системы по выходному напряжению термопары
Ключевые выводы
Термопары
представляют собой комбинацию разнородных металлов, соединенных одним концом, называемым горячим спаем, а другой конец, холодным спаем, остается открытым.
Достоинства термопар включают широкий диапазон температур, безопасную работу, надежность, компактность, быстрое срабатывание, отсутствие потребности в энергии и отсутствие самонагрева.
Существуют различные типы термопар: K-типа, J-типа, N-типа, T-типа, E-типа, S-типа и R-типа.

Точное измерение температуры имеет решающее значение
Будь то химический котел, электрическая печь или авиационный двигатель, температура — это общий физический параметр, который необходимо измерять во всех этих средах.Существует широкий спектр датчиков измерения температуры на основе преобразователей, термисторов, термостатов, резистивных датчиков температуры (RTD) и термопар. Термопара — это устройство для измерения дифференциальной температуры с широким рабочим диапазоном и высокой точностью, что делает его стандартным методом измерения температуры, широко используемым во многих отраслях промышленности. Точность измерения температуры зависит от выходного напряжения термопары и связанной с ней схемы преобразования сигнала. В этой статье мы обсуждаем основы термопар, их преимущества и недостатки, а также множество различных доступных типов.

Датчик термопары
Преимущества
Недостатки
Широкий температурный диапазон
Требуется комплексная обработка сигнала
Прочный и компактный
Ударопрочный и безопасный в эксплуатации
По своей природе неточен, точность зависит от температуры холодного спая, характеристик термопары, шума и линеаризации
Быстрая реакция на колебания температуры
Не подходит для влажной и агрессивной среды
Для работы не требуется мощность
Под действием паразитных электрических и магнитных полей
Без самонагрева
Восприимчивы к шуму
Как измеряется температура по выходному напряжению термопары?
Термопары представляют собой комбинацию разнородных металлов, соединенных одним концом, называемым горячим спаем, а другой конец, холодным спаем, остается открытым.Схема датчика температуры на основе термопары показана выше. Холодный спай, иначе называемый опорным спаем, подключен к схеме преобразования сигнала. Температура горячего спая — это неизвестная физическая величина при измерении температуры с помощью термопары.
Когда горячие и холодные спаи имеют разные температуры, выходное напряжение термопары или термоэлектрическая ЭДС генерируется на двух открытых концах проводников в холодном спае.Этот эффект известен как эффект Зеебека, который коррелирует выходное напряжение термопары и разницу температур между горячим и холодным спаями. Уравнение (1) определяет зависимость выходного напряжения термопары (V _th) от температуры горячего спая (T _h) и температуры холодного спая (T _c) в градусах Цельсия. Генерируемая ЭДС измеряется в милливольтах, и для точного преобразования напряжения в показания температуры необходима схема определения состояния сигнала.
где S — коэффициент Зеебека в В / К.
Значение коэффициента Зеебека отличается для термопар с различными комбинациями металлов, а значение и температура имеют нелинейную зависимость. Для определения температуры горячего спая нам необходимо знать выходное напряжение термопары, тип термопары и эталонную температуру или температуру холодного спая. Температура горячего спая может быть задана уравнением (2):
где ɑ (T _c) представляет собой коэффициент Зеебека, выраженный как функцию температуры холодного спая (T _c) в мкВ / ℃. .
Типы термопар
Существует множество различных типов термопар, в том числе:
Термопары типа K — Термопары типа k изготовлены из сплавов хрома и алюминия на основе никеля. Их температурный диапазон составляет от -270 ℃ до 1372 ℃, а коэффициент Зеебека составляет 41 мкВ / ℃ при 25 ℃. Термопары k-типа используются в системах измерения температуры на основе микроконтроллеров в промышленных секторах. Они экономичны, точны и надежны в достаточном диапазоне рабочих температур.
Термопары J-типа — Температурный диапазон термопар J-типа составляет от -40 ℃ до 750 ℃, а коэффициент Зеебека составляет 52 мкВ / ℃ при 25 ℃. Они представляют собой сочетание железа и медно-никелевых (константановых) сплавов и подвержены коррозии. Термопара J-типа является наименее дорогостоящей, но имеет короткий срок хранения во влажной среде.
Термопары N-типа — кремниевые сплавы никеля и хрома, а именно никросил и низил, объединяются в термопару N-типа. Температурный диапазон термопары N-типа составляет от -270 ℃ до 130 ℃, а коэффициент Зеебека составляет 27 мкВ / ℃ при 25 ℃.Термопара N-типа подходит для экстремальных температурных условий, например, в ядерных и печных установках.
Термопары T-типа — Температурный диапазон термопар T-типа составляет от -200 ℃ до 350 ℃, а коэффициент Зеебека составляет 41 мкВ / ℃ при 25 ℃. Это стабильная термопара, состоящая из медно-константановых сплавов. Эти термопары подходят для систем глубокой заморозки и экстремально низких температур, например, в криогенных и сверхпроводниковых системах.
Термопары E-типа — Термопары E-типа состоят из никель-хромовых и константановых сплавов и имеют более высокую стабильность и точность по сравнению с термопарами K-типа.Температурный диапазон термопар E-типа составляет от -270 ℃ до 870 ℃, а коэффициент Зеебека составляет 61 мкВ / ℃ при 25 ℃. Эти термопары обычно используются в инертной и окислительной атмосфере.
Термопары S-типа — высокие температуры, используемые в биомедицинской и фармацевтической промышленности, измеряются с помощью термопар S-типа, содержащих сплавы платины с родием и металлическую платину. Температурный диапазон термопар S-типа составляет от -50 ℃ до 1480 ℃, а коэффициент Зеебека составляет 6 мкВ / ℃ при 25 ℃.
Термопары R-типа — Термопара R-типа используется для высокотемпературных измерений, хотя по своему составу аналогична термопаре S-типа.Процентное содержание родия увеличено в термопарах R-типа, которые обеспечивают лучшую стабильность и точность по сравнению с термопарами S-типа. Температурный диапазон термопар S-типа составляет от -50 ℃ до 1600 ℃, а коэффициент Зеебека термопары R-типа составляет 9 мкВ / ℃ при 25 ℃.
Сравнение термопар и RTD
Термопары и RTD используются для измерения температуры в промышленных приложениях. В таблице ниже представлено сравнение термопары и RTD.
Атрибуты
Термопара
RTD
Диапазон температур
широкий
Limited
Стоимость
дешевые
Дорого
Прочность
Прочный
Нежный
Точность
Неточно по своей природе
Точный
Стабильность
Менее стабильный
Конюшня
Линейность
Нелинейная
Линейная
Прочность
прочный
Менее прочный
Время отклика
Быстрое реагирование
Медленный ответ
Сравнение термопар и RTD
Термопары — отличные датчики температуры, соответствующие отраслевым стандартам.Поскольку существует множество разновидностей термопар, вы можете выбрать подходящий тип в зависимости от окружающей среды, обеспечивая точное измерение. Несмотря на то, что выходное напряжение термопары находится в диапазоне милливольт и требует преобразования сигнала, термопары экономичны, компактны, быстродействуют и обладают широким диапазоном температур. Если вы планируете использовать в своей системе блок измерения температуры, подумайте о термопарах.
Шесть распространенных причин ошибок измерения температуры термопарами
Термопары являются одними из самых популярных приборов для измерения температуры в промышленных приложениях из-за их универсальности и простоты использования.Однако могут возникать ошибки измерения. В этой статье обсуждаются шесть наиболее распространенных причин ошибок термопар.
Термопары — это надежные устройства для измерения температуры, которые достаточно точны для многих промышленных и научных приложений. Относительно недорогие по сравнению с другими технологиями измерения температуры, термопары ценятся за их способность измерять широкий диапазон температур: от –200 ° до + 1250 ° C (от –328 ° до + 2282 ° F).
Термопары измеряют перепады температур, а не абсолютные температуры.На конце соединены две проволоки, каждая из которых изготовлена из разного металла. Это измерительный узел. На другом конце провода подключаются к телу с известной температурой, называемому опорным спаем. Термопара работает, считывая разницу в напряжении между двумя переходами, что объясняется эффектом Зеебека. Измеренное напряжение преобразуется в единицы измерения температуры, а показания температуры отображаются на устройстве или передаются в удаленное место.
Хотя термопары надежны, ошибки измерения температуры могут возникать по разным причинам.Ниже приведены шесть наиболее распространенных причин ошибок измерения термопар, а также способы их устранения:
1. Выбор неправильного типа термопары на датчике
У вас могут возникнуть проблемы, если вы выберете неправильный тип термопары при вводе настройки в передатчик во время установки. Это распространенная ошибка, поскольку существует множество типов термопар — типов K, J, N, E, T, R, S и B — каждый с разным диапазоном, точностью и электрическим выходом.
Решение: Почти все термопары имеют цветовую маркировку по типу, поэтому обычно вам просто нужно подтвердить цвет оболочки термопары и согласовать настройки передатчика.
2. Проблемы, связанные с удлинительным проводом термопары
Если вы случайно измените полярность выводов термопары, измеренная температура будет неверной из-за разницы температур двух концов проводов. Проблема понятна, потому что красный цвет является обычным цветом для положительных зарядов, тогда как красный провод в кабелях термопар обычно содержит отрицательный сигнал.Такая окраска соответствует стандарту ANSI для термопар, но это не то, чего ожидает большинство людей.
Решение: дважды проверьте соединение и, при необходимости, поменяйте местами провода отвода термопары.
3. Различия, присущие сплавам
Нет двух совершенно одинаковых партий проволоки. Поскольку процентное содержание сплава незначительно меняется в течение каждого производственного процесса, некоторая погрешность в точности термопары неизбежна. Стандартные термопары имеют погрешность примерно 1% от фактической температуры на измерительном переходе, что достаточно для большинства применений.
Решение: заказывайте термопары со специальной проволокой, которая может повысить точность вдвое. Эти проволоки производятся с высочайшими допусками, чтобы гарантировать наименьшее возможное количество примесей и максимальную стабильность соотношения сплавов.
4. Колебания температуры вокруг соединения эталонного спая
Поскольку термопара измеряет перепады температур, любые колебания температуры вокруг эталонного спая (холодного спая), имеющего известную температуру, приводят к ошибочным показаниям температуры.
Решение: убедитесь, что рядом с эталонным спаем нет вентиляторов или других источников охлаждения или нагрева. Простая изоляция также может защитить соединения от экстремальных температур.
5. Термопара заземлена более чем в одном месте
Термопара должна быть заземлена только в одном месте. Если он заземлен более чем в одном месте, может быть создан «контур заземления» с током, протекающим через термопару от одного заземления к другому. Это может привести к возникновению электромагнитных полей, которые могут привести к проблемам, связанным с радиочастотными помехами, которые могут повлиять на точность измерения.
Решение: Заземлите либо передатчик (соединительную головку), либо контроллер / регистратор, но не то и другое вместе. Выбор передатчиков, у которых есть внутренняя изоляция между входом, выходом и землей, обычно обеспечивает достаточную изоляцию для устранения контура заземления. Также доступны изоляторы контуров, которые могут быть вставлены в цепь разводки контуров, чтобы этого не произошло.
6. Возраст термопар
Хотя термопары являются надежными приборами для измерения температуры, они дрейфуют со временем.Максимальная температура воздействия, циклические измерения и частота циклов влияют на металлургию, в результате чего происходит дрейф, обычно в сторону уменьшения.
No related posts.

	Двухъядерные модули SIRIUS	Модули SIRIUS HD (высокой плотности)	Модули SIRIUS HS (высокоскоростные)
	СТГ, СТГМ, LV	HD-STG, HD-LV	HS-STG, HS-LV
DSI-THx 1	√	√	√

	Многоканальные модули KRYPTON
	ТН	СТГ
Термопары	Собственный вход термопары (УНИВЕРСАЛЬНЫЙ — каждый канал может быть настроен на любой тип в программном обеспечении, выбираемый из этих девяти типов: J, K, T, E, R, S, B, N, C)	Требуется небольшой DSI-THx 1)

	Одноканальные модули КРИПТОН-1
	TH-HV-1	СТГ-1
Термопары	Собственный вход термопары типа K, рассчитанный на изоляцию CAT III 600 В и CAT II 1000 В.	Требуется небольшой DSI-THx 1)

Многоканальные модули IOLITE
	8x TH	6xSTG
Термопары	Собственные входы для термопар (8 каналов на модуль) Доступны следующие типы: K, J, T, R, S, N, E, C, U, B	Через DSI-THx 1) (до 6 каналов на модуль)

Преимущества	Недостатки
Широкий температурный диапазон	Требуется комплексная обработка сигнала
Прочный и компактный Ударопрочный и безопасный в эксплуатации	По своей природе неточен, точность зависит от температуры холодного спая, характеристик термопары, шума и линеаризации
Быстрая реакция на колебания температуры	Не подходит для влажной и агрессивной среды
Для работы не требуется мощность	Под действием паразитных электрических и магнитных полей
Без самонагрева	Восприимчивы к шуму

Атрибуты	Термопара	RTD
Диапазон температур	широкий	Limited
Стоимость	дешевые	Дорого
Прочность	Прочный	Нежный
Точность	Неточно по своей природе	Точный
Стабильность	Менее стабильный	Конюшня
Линейность	Нелинейная	Линейная
Прочность	прочный	Менее прочный
Время отклика	Быстрое реагирование	Медленный ответ

Измерение температуры. Термопары | КИПиА от А до Я

ДТПХхх5.И термопары с выходным сигналом 4…20 мА EXIA

ДТПХхх5М.И термопары с выходным сигналом 4…20 мА

Термопара — WIKA Россия

Термопара преимущества:

Термопара недостатки:

Термопара со встроенной защитной гильзой

Термопара для монтажа в имеющуюся защитную гильзу

Термопара для непосредственной установки в процесс

Термопара для измерение температуры поверхности

Термопара для использования в производстве пластмасс

Индивидуальные решения

Свяжитесь с нами

Преобразователи термоэлектрические (термопары) ТП-Б

Калибратор сигналов термопар CA320 Yokogawa

10. Термоэлектрические датчики — СтудИзба

Рекомендуемые файлы

Измерения температуры термопар — Dataforth

Преамбула

Типы термопар

Аналитическая модель термопары

Метод компенсации холодного спая (CJC)

Линеаризация

Практические соображения

Список литературы

Стандарты, относящиеся к термопарам

Что такое датчик термопары и как он работает

Введение

Что такое термопара?

Типы термопар

Как работает термопара?

Компенсация холодного спая

Линеаризация

Проблемы и решения для измерения термопар

Приложения для измерения термопар

Преимущества и недостатки термопар

Сравнение датчиков температуры: термопары, RTD и термисторы

Выбор подходящей термопары для вашего применения

Обучающее видео по термопарам

Dewesoft Измерительные приборы для термопар

Измерение термопар SIRIUS

KRYPTON для измерения термопар

Измерение термопары IOLITE

Измерение термопар DEWE-43A и MINITAUR

Как рассчитать температуру термопары путем измерения выхода?

Термопары — обзор | ScienceDirect Topics

Термопары

Термопара — обзор | Темы ScienceDirect

1.14.3.1.2 Детекторы термопары и термобатареи

Измерьте температуру системы по выходному напряжению термопары

Ключевые выводы

Как измеряется температура по выходному напряжению термопары?

Типы термопар

Сравнение термопар и RTD

Шесть распространенных причин ошибок измерения температуры термопарами

1. Выбор неправильного типа термопары на датчике

2. Проблемы, связанные с удлинительным проводом термопары

3. Различия, присущие сплавам

4. Колебания температуры вокруг соединения эталонного спая

5. Термопара заземлена более чем в одном месте

6. Возраст термопар

Добавить комментарий Отменить ответ