Существует огромное количество различных устройств и устройств, позволяющих определять температуру. Некие из их используются в ежедневной жизни, какие-то — для разных физических исследовательских работ, в производственных процессах и других отраслях.

Одним из таких устройств является термопара. Принцип деяния и схему данного устройства мы разглядим в следующих разделах.

Физическая база работы термопары

Механизм работы термопары основан на обыденных физических процессах. В первый раз эффект, на базе которого работает данное устройство, был изучен германским ученым Томасом Зеебеком.

Сущность явления, на котором держится принцип деяния термопары, в последующем. В замкнутом электронном контуре, состоящем из 2-ух проводников различного вида, при воздействии определенной температуры среды появляется электричество.

Получаемый электронный поток и температура среды, воздействующая на проводники, находятся в линейной зависимости. Другими словами чем выше температура, тем больший электронный ток вырабатывается термопарой. На этом и основан принцип деяния термопары и указателя температуры сопротивления.

При всем этом один контакт термопары находится в точке, где нужно определять температуру, он называется «жарким». 2-ой контакт, другими словами — «прохладный», — в обратном направлении. Применение для измерения термопар допускается только в этом случае, когда температура воздуха в помещении меньше, чем в месте измерения.

Такая короткая схема работы термопары, принцип деяния. Виды термопар мы разглядим в последующем разделе.

Виды термопар

В каждой отрасли индустрии, где нужны измерения температуры, в главном применяется термопара. Устройство и механизм работы разных видов данного агрегата приведены ниже.

Хромель-алюминиевые термопары

Данные схемы термопар используются почти всегда для производства разных датчиков и щупов, позволяющих держать под контролем температуру в промышленном производстве.

Их различительными особенностями можно именовать достаточно малую стоимость и большой спектр измеряемой температуры. Они позволяют зафиксировать температуру от -200 до +13000 градусов Цельсия.

Нецелесообразно использовать термопары с схожими сплавами в цехах и на объектах с высочайшим содержанием серы в воздухе, потому что этот хим элемент плохо оказывает влияние как на хром, так и на алюминий, вызывая нарушения в функционировании устройства.

Хромель-копелевые термопары

Принцип деяния термопары, контактная группа которой состоит из этих сплавов, таковой же. Но эти устройства работают в главном в воды или газообразной среде, обладающей нейтральными, неагрессивными качествами. Верхний температурный показатель не превосходит +8000 градусов Цельсия.

Применяется схожая термопара, принцип деяния которой позволяет использовать ее для установления степени нагрева каких-то поверхностей, к примеру, для определения температуры мартеновских печей или других схожих конструкций.

Железо-константановые термопары

Данное сочетание контактов в термопаре не так всераспространено, как 1-ая из рассматриваемых разновидностей. Механизм работы термопары таковой же, но схожая композиция отлично показала себя в разреженной атмосфере. Наибольший уровень замеряемой температуры не должен превосходить +12500 градусов Цельсия.

Но, если температура начинает подниматься выше +7000 градусов, существует опасность нарушения точности измерений в связи с конфигурацией физико-химических параметров железа. Имеют место даже случаи коррозии стального контакта термопары при наличии в окружающем воздухе аква паров.

Платинородий-платиновые термопары

Более дорогая в изготовлении термопара. Принцип деяния таковой же, но отличается она от собственных братьев очень размеренными и достоверными показаниями температуры. Имеет пониженную чувствительность.

Основная область внедрения данных устройств — измерение больших температур.

Вольфрам-рениевые термопары

Также используются для измерения сверхвысоких температур. Наибольший предел, который можно зафиксировать при помощи данной схемы, добивается 25 тыщ градусов по шкале Цельсия.

Их применение просит соблюдения неких критерий. Так, в процессе измерения температуры необходимо вполне убрать окружающую атмосферу, которая оказывает негативное воздействие на контакты в итоге процесса окисления.

Для этого вольфрам-рениевые термопары обычно помещают в защитные кожухи, заполненные инертным газом, защищающим их элементы.

Выше подверглась рассмотрению любая существующая термопара, устройство, механизм работы ее зависимо от используемых сплавов. Сейчас разглядим некие конструктивные особенности.

Конструкции термопар

Существует две главные разновидности конструкций термопар.

• С применением изоляционного слоя. Данная конструкция термопары предугадывает изолирование рабочего слоя устройства от электронного тока. Схожая схема позволяет использовать термопару в технологическом процессе без изоляции входа от земли.

• Без внедрения изоляционного слоя. Такие термопары могут подключаться только к измерительным схемам, входы которых не имеют контакта с землей. Если данное условие не соблюдается, в устройстве возникнет две независящих замкнутых схемы, в итоге чего показания, приобретенные при помощи термопары, не будут соответствовать реальности.

Бегущая термопара и ее применение

Существует отдельная разновидность данного устройства, называемая «бегущей». Принцип деяния бегущей термопары мы на данный момент разглядим более тщательно.

Эта конструкция применяется в главном для определения температуры металлической заготовки при ее обработке на токарных, фрезерных и других схожих станках.

Необходимо подчеркнуть, что в этом случае может быть внедрение и обыкновенной термопары, но, если процесс производства просит высочайшей точности температурного режима, бегущую термопару тяжело переоценить.

При применении данного способа в заготовку заблаговременно запаивают ее контактные элементы. Потом, в процессе обработки болванки, данные контакты повсевременно подвергаются воздействию резца либо другого рабочего инструмента станка, в итоге чего спай (который является основным элементом при снятии температурных характеристик) вроде бы «бежит» по контактам.

Этот эффект везде применяется в металлообрабатывающей индустрии.

Технологические особенности конструкций термопар

При изготовлении рабочей схемы термопары делается спайка 2-ух железных контактов, которые, как понятно, сделаны из различных материалов. Место соединения носит заглавие «спай».

Необходимо подчеркнуть, что делать данное соединение при помощи спайки необязательно. Довольно легко скрутить совместно два контакта. Но таковой метод производства не будет владеть достаточным уровнем надежности, также может давать погрешности при снятии температурных характеристик.

Если нужно измерение больших температур, спайка металлов заменяется на их сварку. Это связано с тем, что почти всегда припой, используемый при соединении, имеет низкую температуру плавления и разрушается при превышении ее уровня.

Схемы, при изготовлении которых была использована сварка, выдерживают более широкий спектр температуры. Да и этот метод соединения имеет свои недочеты. Внутренняя структура металла при воздействии высочайшей температуры в процессе сваривания может поменяться, что воздействует на качество получаемых данных.

Не считая того, следует держать под контролем состояние контактов термопары в процессе ее эксплуатации. Так, может быть изменение черт металлов в схеме вследствие воздействия брутальной среды. Может произойти окисление или обоюдная диффузия материалов. В схожей ситуации следует поменять рабочую схему термопары.

Разновидности спаев термопар

Современная промышленность производит несколько конструкций, которые используются при изготовлении термопар:

• с открытым спаем;

• с изолированным спаем;

• с заземленным спаем.

Особенностью термопар с открытым спаем является нехорошая сопротивляемость наружному воздействию.

Последующие два типа конструкции могут применяться при измерении температур в брутальных средах, оказывающих разрушительное воздействие на контактную пару.

Не считая того, в текущее время индустрия осваивает схемы производства термопар по полупроводниковым технологиям.

Погрешность измерений

Корректность температурных характеристик, получаемых при помощи термопары, находится в зависимости от материала контактной группы, также наружных причин. К последним можно отнести давление, радиационный фон или другие предпосылки, способные воздействовать на физико-химические характеристики металлов, из которых сделаны контакты.

Погрешность измерений состоит из последующих составных частей:

• случайная погрешность, вызванная особенностями производства термопары;

• погрешность, вызванная нарушением температурного режима «прохладного» контакта;

• погрешность, предпосылкой которой послужили наружные помехи;

• погрешность контрольной аппаратуры.

Достоинства использования термопар

К преимуществам использования схожих устройств для контроля температуры, независимо от области внедрения, можно отнести:

• большой просвет характеристик, которые способны быть зафиксированы при помощи термопары;

• спайку термопары, которая конкретно участвует в снятии показаний, можно расположить в конкретном контакте с точкой измерения;

• легкий процесс производства термопар, их крепкость и долговечность эксплуатации.

Недочеты измерения температуры при помощи термопары

К недочетам внедрения термопары следует отнести:

• Необходимость в неизменном контроле температуры «прохладного» контакта термопары. Это отличительная особенность конструкции измерительных устройств, в базе которых лежит термопара. Принцип деяния данной схемы сузивает область ее внедрения. Они могут быть применены исключительно в том случае, если температура окружающего воздуха ниже температуры в точке измерения.

• Нарушение внутренней структуры металлов, используемых при изготовлении термопары. Дело в том, что в итоге воздействия наружной среды контакты теряют свою однородность, что вызывает погрешности в получаемых температурных показателях.

• В процессе измерения контактная группа термопары обычно подвержена нехорошему воздействию среды, что вызывает нарушения в процессе работы. Это снова же просит герметизации контактов, что вызывает дополнительные издержки на сервис схожих датчиков.

• Существует опасность воздействия электрических волн на термопару, конструкция которой предугадывает длинноватую контактную группу. Это также может сказаться на результатах измерений.

• В неких случаях встречается нарушение линейной зависимости меж электронным током, возникающим в термопаре, и температурой в месте измерения. Схожая ситуация просит калибровки контрольной аппаратуры.

Заключение

Невзирая на имеющиеся недочеты, способ измерения температуры при помощи термопар, который был в первый раз придуман и опробован еще в 19 веке, отыскал свое обширное применение во всех отраслях современной индустрии.

Не считая того, есть такие области внедрения, где внедрение термопар является единственным методом получения температурных данных. А ознакомившись с данным материалом, вы довольно много разобрались в главных принципах их работы.