Что такое термопара?
Термопара - это термоэлектрический преобразователь, который преобразует тепловую энергию в электрическую. Термопара состоит из соединения проводов, сделанных из разнородных металлов, для образования спая. Напряжение возникает при изменении температуры на стыке.
Концепция термопары основана на эффекте Зеебека, который утверждает, что если разнородные металлы соединяются в одной точке, они будут генерировать небольшое измеряемое напряжение при изменении температуры точки соединения. Величина напряжения зависит от величины изменения температуры и характеристик металлов.
Конструкция термопары состоит из двух изолированных проводов, подключенных к измерительному прибору с коаксиальной оболочкой, разделенной изолированным материалом. Термопары служат в качестве контрольно-измерительного прибора для различных типов оборудования.
Процесс термопары можно увидеть на изображении ниже, где температура повышается на стыке проводов слева, а изменение температуры отображается на датчике справа.
Измерение температуры термопарой
Как работает термопара?
Когда два провода термопары соединяются для образования спая, один из них подключается к корпусу термопары и измеряет температуру. Его называют горячим или измерительным спаем. Второй спай прикреплен к телу известной температуры и является опорным спаем. Термопара измеряет неизвестную температуру и сравнивает ее с известной температурой.
Идея термопары основана на трех принципах действия, открытых Зеебеком, Пельтье и Томсоном.
Эффект Зеебека:
Эффект Зеебека возникает, когда два разных или непохожих металла соединяются вместе на двух стыках, и на двух стыках создается электродвижущая сила (ЭДС), которая различна для разных типов металлов
Эффект Пельтье:
ЭДС создается в цепи, когда два разнородных металла соединяются с образованием двух стыков из-за разной температуры двух стыков цепи
Эффект Томсона:
Эффект Томсона - это когда тепло поглощается по длине стержня, концы которого находятся при разных температурах. Температура тепла связана с протеканием тока до температуры вдоль стержня
Как работает термопара
Схема термопары показана на изображении ниже, где A и B - два разнородных провода, которые соединены, образуя спай. Два перехода имеют разные температуры, чтобы генерировать в цепи ЭДС Пельтье, которая является функцией температур двух переходов.
Термопара
Электроны переносят тепло и электричество. Если кусок медной проволоки нагреть с одного конца, электроны будут двигаться по проволоке к более холодному концу и создавать температурный градиент вдоль проволоки. Тепло превратилось в энергию. Тот же принцип, открытый Вольтом и Зеебеком, применим к термопаре.
Если температура спаев термопары одинакова, на стыках будет генерироваться равная и противоположная ЭДС, и ток будет равен нулю. Если переходы имеют разные температуры, ЭДС не будет равняться нулю, и ток будет течь по цепи так же, как тепло, протекающее по медному проводу. Поток ЭДС через цепь зависит от металлов и температуры двух переходов, которая измеряется измерителем.
ЭДС в цепи термопары очень мала, в милливольтах, и требует высокочувствительного прибора для определения генерируемой ЭДС. Обычно используются гальванометры и потенциометры, уравновешивающие напряжение, причем потенциометр используется наиболее часто.
Потенциометр измеряет разность потенциалов, сравнивая неизвестное напряжение с опорным напряжением. Он может обеспечить высокоточные измерения. Он представляет собой трехконтактный переменный резистор и действует как регулируемый делитель напряжения. Гальванометр измеряет очень малые электрические токи. Они используются для измерения нулевого отклонения или нулевого тока.
Потенциометр и Гальванометр
Чтобы термопара могла произвести абсолютное измерение, она должна быть привязана к известной температуре, такой как замерзание, на другом конце кабеля датчика. Горячий спай является измерительным узлом, а холодный спай, как показано на диаграмме ниже, является точкой отсчета, где располагается микросхема компенсации холодного спая. Температура холодного спая может варьироваться, но является справочной. Холодный спай можно зафиксировать, погрузив его в воду для поддержания постоянной температуры.
Окружающий воздух может влиять на эталонную температуру. Его можно откалибровать и отрегулировать с помощью устройства компенсации холодного спая.
Простое изображение термопары
Использование защитной гильзы
В некоторых случаях применения термопар требуется использование защитной гильзы. Это устройство используется для защиты термопары от технологической среды и состоит из закрытой трубы или твердого стержня, установленного внутри указанной среды. Защитные гильзы чаще всего используются на нефтеперерабатывающих или химических заводах, чтобы продлить срок службы термопар. В зависимости от области применения могут использоваться различные типы защитных гильз. Некоторые из этих типов включают:
-
Прямые защитные гильзы
-
Ступенчатые защитные гильзы
-
Конические защитные гильзы
Защитные гильзы также классифицируются по способу их подключения к термопаре или термистору. Эти типы подключений могут включать:
-
Соединения под сварку внахлест
-
Фланцевые соединения
-
Резьбовые соединения
-
Соединения с уплотнительным кольцом
-
Сварные соединения
Компания Технонагрев производит различные термопары для промышленных систем нагрева. Ознакомиться с нашим ассортиментом и характеристиками термопар можно на странице товара. Звоните нам для получения дополнительной информации или оставляйте свои вопросы в форме на сайте.
