Объяснение термопарного провода: Принцип работы, детали, типы и выбор

Что такое термопарная проволока?

Термопарная проволока - это датчик температуры, изготовленный путем соединения двух разнородных металлов. Когда эти металлы нагреваются или охлаждаются, они генерируют небольшое напряжение, известное как термоэлектрический эффект, который напрямую связан с разницей температур между двумя соединениями. Это напряжение может быть измерено и преобразовано в показания температуры.

Термопары широко используются в промышленных, научных и коммерческих приложениях, где необходим точный контроль температуры. Они особенно популярны в процессах, требующих контроля высокой температуры, например, в печах, духовках и двигателях. Различные типы термопар используются в зависимости от температурного диапазона и специфических потребностей приложения - эту тему мы рассмотрим более подробно позже.

Принцип работы термопарной проволоки

Основным принципом работы термопарного провода является эффект Зеебека- явление, при котором возникает напряжение, когда два разнородных металла соединяются в двух точках, подвергающихся воздействию различных температур. Этот процесс можно разбить на четыре ключевых этапа, начиная с создания спаев и заканчивая окончательным измерением температуры, как описано ниже:

1. Горячий и холодный спаи: Один конец провода термопары помещается в точку измерения (горячий спай), а другой конец - при контрольной температуре (холодный спай или "контрольный спай").
2. Генерация напряжения: Поскольку два разнородных металла подвергаются разнице температур, на спае возникает небольшое напряжение. Это напряжение напрямую связано с разницей температур между двумя концами провода.
3. Измерение напряжения: Это напряжение измеряется прибором (например, вольтметром или термопарой), и на его основе рассчитывается температура горячего спая.
4. Выход: Генерируемое напряжение зависит от типа используемых металлов и используется для определения температуры горячего спая.

[1]

Дополнительное чтение: Положительный или отрицательный? Руководство для начинающих по идентификации проводов термопары

Части провода термопары с пояснениями

Типичный провод термопары состоит из нескольких ключевых компонентов:

1. Проводящие провода: Сами провода изготавливаются из двух различных металлов, которые выбираются с учетом их термоэлектрических свойств. К распространенным материалам относятся:
• Медь (для термопар типа T)
• никель-хром и никель-алюминий (для термопар типа K)
• Платина и родий (для термопар типов R, S и B).
2. Стыки: В цепи термопары есть два спая:
• Горячий спай: Измерительный конец, где измеряется температура.
• Холодный спай (или эталонный спай): Конец термопары, который поддерживается при известной эталонной температуре.
3. Изоляция: Для защиты проводов и предотвращения короткого замыкания провода термопары часто изолируются такими материалами, как стекловолокно, тефлон или керамическое покрытие. Изоляция также обеспечивает точность показаний, предотвращая контакт проводов друг с другом.
4. Защитная оболочка: некоторые провода термопар заключены в защитную оболочку из таких материалов, как нержавеющая сталь, для защиты от физических повреждений и химического воздействия, что обеспечивает сохранность провода в жестких условиях эксплуатации.

Типы термопар

Провода термопар специально разработаны для соответствия типу термопары, с которой они используются, поскольку каждый тип соответствует уникальному сочетанию металлов и температурных диапазонов. Некоторые из наиболее распространенных типов включают:

1. Тип K (хромель-алюмель): Это наиболее широко используемый тип термопар, известный своей универсальностью и надежностью. Она имеет широкий температурный диапазон, обычно от -270°C до 1372°C, и обычно используется в промышленных приложениях.
2. Тип J (железо-константан): Термопары типа J подходят для температур от -40°C до 750°C и обычно используются для измерения температуры общего назначения.
3. Тип T (медь-константан): Идеально подходят для низкотемпературных измерений с диапазоном от -200°C до 350°C. Они часто используются в криогенной и пищевой промышленности.
4. Тип R (платиново-родиевые): Термопары типа R используются для высокотемпературных измерений, как правило, в диапазоне от 0°C до 1600°C. Они обладают высокой точностью и обычно используются в научных приложениях.
5. Тип S (платино-родиевые): Аналогичны типу R, но содержат разные пропорции платины и родия. Они используются для высокоточных измерений в лабораториях.
6. Тип B (платиново-родиевый): Известны для измерения очень высоких температур, с диапазоном до 1700°C. Тип B обычно используется в высокотемпературных промышленных приложениях, таких как мониторинг печей.
7. Тип E (хромель-константан): Термопары типа E с высокой выходной мощностью полезны для низкотемпературных измерений, их диапазон простирается от -200°C до 900°C.
8. Тип N (Nicrosil-Nisil): Этот тип термопар отличается повышенной стабильностью и устойчивостью к окислению, что делает его пригодным для высокоточных промышленных применений. Ее температурный диапазон составляет от -200°C до 1300°C.

Как выбрать термопарную проволоку

При покупке термопарной проволоки важно выбрать правильный тип для конкретного применения. Независимо от того, работаете ли вы в промышленных, исследовательских или лабораторных условиях, выбор высококачественной термопарной проволоки гарантирует точность и долговечность измерений температуры.

• Диапазон температур: Убедитесь, что приобретаемый вами термопарный провод имеет соответствующий температурный диапазон для ваших конкретных нужд.
• Материал: Выбирайте термопарный провод из материалов, подходящих для среды, в которой он будет использоваться. Например, для высокотемпературных сред выбирайте термопару типа K или типа S.
• Изоляция и оболочка: в зависимости от условий (например, воздействие химических веществ, высокая влажность или экстремальные температуры) выберите соответствующую изоляцию и защитную оболочку.
• Точность: Убедитесь, что провод рассчитан на тот уровень точности, который требуется для вашей задачи.

Тщательный выбор термопарных проводов, отвечающих специфическим требованиям вашего приложения, позволит вам обеспечить надежные и точные измерения температуры в любых условиях. Stanford Advanced Materials (SAM) предлагает широкий выбор термопарных проводов высшего качества, включая платиново-родиевые (Pt-Rh), тип J, тип K и термопарные провода из вольфрамо-рениевого сплава. Для получения подробной информации о наших предложениях и спецификациях термопарных проводов, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы изучить наш полный каталог продукции.

Ссылки:

[1] Litteaur, Raymond. (2018). Методы верификации на месте для многоточечных термопар в сосудах под давлением. 10.13140/RG.2.2.20703.30885.