Термопара, или
термоэлектрический преобразователь, - это датчик температуры в составе системы
термометрии, который помогает собирать информацию о нагреве различных
промышленных объектов и оборудования с необходимой частотой и тем самым
участвует в управлении уровнем температуры. Термопара отражает действие законов
физики, благодаря этому она проста с точки зрения конструкции, а значит,
надежна.
Принцип работы термопар
Термопара состоит из
двух металлических проводников, соединенных между собой. Один из них выступает
в роли так называемого “холодного” конца, другой - в роли “горячего”
(измерительного) конца. “Горячий” конец устройства помещают в среду,
температуру которой нужно измерить. На стыке проводников возникает напряжение,
выяснив которое с помощью электроизмерительного прибора, можно - с помощью
специальных вычислений узнать искомую температуру.
Важная особенность
термопары в том, что сигнал, поступающий с нее, необходимо обрабатывать. Кроме
того, ради точности изменений и долгого срока эксплуатации само устройство
придется тщательно подбирать и калибровать.
Преимущества термопары:
- не
требует внешнего источника питания;
- имеет
самый широкий температурный диапазон (-270…+3000 °С) и стабильную
градуировку;
- надежна
за счет относительной простоты устройства;
- имеет
компактные размеры;
- характеризуется
малой инерционностью, то есть короткий срок отставания показания от
времени изменений показателей (в данном случае - температуры);
- выдает
точные показания (при условии качественной калибровки и соответствия
характеристик термопары условиям эксплуатации);
- предоставляет
возможность измерения локальной температуры;
- может
применяться в агрессивных средах;
- является
полностью взаимозаменяемой и оснащена стандартными разъемами;
- стоит
относительно дешево;
В целом, по сравнению с
другими датчиками температуры термопары более линейны, а их нелинейность хорошо
изучена, что обеспечивает точность и простоту эксплуатации.
Недостатки термопары
- может
выдавать существенную (до 1ºС) погрешность измерений, потому требует
индивидуальной градуировки для высокой точности;
- реагирует
на электромагнитные поля, в связи с чем требуется обеспечение защиты от
них при снятии сигнала;
- подвержена
коррозии и температурному износу, которые отрицательно сказываются на
точности измерений;
- нуждается
в поправках по температуре свободного конца (в современных конструкциях
измерителей эта задача решается автоматически).
Назначение термопар
В первую очередь
термопары применяются для измерения высоких (до 3000°С) температур сред и
объектов, в том числе в качестве в качестве датчика температуры в
автоматизированных системах управления. Термопара способна иметь дело и со
сверхнизкими (до -270°С) температурами. Она является частью многих систем
контроля и управления, модулей ПЛК.
Эти устройства часто
используют для контроля пламени, защиты от загазованности в газовых
отопительных приборах, в том числе в газовых котлах, а также для диагностики
двигателей внутреннего сгорания.
В отдельных случаях
термопара выступает в качестве термогенератора для слаботочных приборов. Так, с
помощью нее можно подзарядить аккумуляторную батарею или обеспечить минимальным
питанием радиоприемник, телефон, видеокамеру. Впрочем, это не приоритетная
сфера применения.
Области применения термопар
Термопары применяются в
сферах, где речь идет об очень высоких температурах.
Очевидно, что среди них:
Так, вольфрам-рениевая
термопара является самым высокотемпературным контактным датчиком температуры, а
потому в металлургии незаменима.
При необходимости
замеров температура выхлопных газов, горячих мест двигателей внутреннего
сгорания).
Речь в первую очередь об
измерении температуры и контроле пламени в газовых котлах.
Кроме того, термопары -
неотъемлемый компонент систем пожарной безопасности и производственных
электронных термометров.
Модельный ряд термопар
Применение этих
устройств обширно, а потому конструкция и назначение рождают большое
разнообразие - термопары могут быть погружаемыми и поверхностными, с оболочкой
различных видов и без нее, стационарные и переносные, ударопрочные и
обыкновенные.
И все же основной
параметр, определяющий различие термопар, - это температурный диапазон, в
котором они могут применяться. Это диапазон обусловлен тем, из какого материала
состоит прибор.
Международный стандарт обозначения термопар. Соответствие отечественному
обозначению
Существует международный
стандарт, которого придерживаются производители, - МЭК 60584 (п.2.2). Этот
стандарт по большей части отражен в ГОСТ Р 8.585-2001 и представляет собой
таблицы, в которых указаны номинальные статические характеристики (НСХ) и
диапазоны измерений.
Так, в таблице ниже
указаны типы устройства латинскими буквами согласно международному стандарту,
российские обозначения (в скобках) согласно ГОСТу. Для справки приведены
материалы электродов термопары.
Тип устройства
|
Буквенное обозначение НСХ
|
Диапазон измерения температуры
|
Материалы электродов
|
J, IC
|
ТЖК
|
-40…+750°С
|
железо-константановые (железо-медьникелевые)
|
L
|
ТХК
|
-200...+850°С
|
хромель-копелевые
|
K, CA
|
ТХА
|
-200...+1300°С
|
хромель-алюмелевые
|
S, R
|
ТПП
|
0...+1700°С
|
платинородий-платиновые
|
B
|
ТПР
|
+200...1800°С
|
платинородиевые
|
N
|
ТНН
|
-200...+1300°С
|
нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые)
|
T, CC
|
ТМК
|
-200...+400°С
|
медь-константановые (медь-медьникелевые)
|
Важно учитывать, что
есть различия между ГОСТом и международным стандартом. Так, в международном
стандарте отсутствуют термопары из неблагородных сплавов, но есть варианты из
благородных металлов, которые пока не внесены в российский стандарт. Это
приводит к тому, что технические характеристики импортных и условно аналогичных
российских термопар - например, типа L и ТХК - отличаются, что делает эти
приборы не взаимозаменяемыми.
Подобные нюансы
необходимо знать, чтобы правильно подобрать термопару для оборудования.
Остановимся подробнее на наиболее часто применяемых вариантах.
Термопара ТЖК
Эта
железо-константановая термопара применяется на станках, в сушильных шкафах,
хорошо себя зарекомендовала в разряженной атмосфере. Ее температурный диапазон
- от -40°C до +750°C, но мы не рекомендуем использовать ее при отрицательных
температурах, так как это приводит к появлению ржавчины и ухудшению точности
показаний. Кроме того, оптимальная верхняя температура использования также
отличается от максимальной и составляет +500°С. Термическое старение вызывает
повышение показаний такой термопары.
Термопара ТХК
Эта хромель-копелевая
пара обладает наибольшей чувствительностью. Она предназначена для проведения
измерений в окислительных и инертных средах при температурах от -200°C до
+850°C. Ее части применяют в замерах на брони доменных печей. Особенность
термопары ТХК - высокая чувствительность к деформациям.
Термопара ТХА (k типа)
Эта хромель-алюмелевая
термопары имеет широкий диапазон измеряемых температур от -200°С до +1300°С,
потому она популярна в различных областях и относится к датчикам измерения
общего назначения. Оптимально ее использовать в нейтральной атмосфере или в
атмосфере с избытком кислорода, так как в разряженной атмосфере устройство
показывает заниженную температуру. Показания также снижаются при термическом
старении.
Термопара ТНН
Эта нихросил-нисиловая
термопара отличается стойкостью к радиации и к окислению электродов. Она также
применяется в обжиговых печах огнеупорного производства, в печах
термообработки, в производстве нефтепродуктов, а также в химически
неагрессивных газовых и жидких средах. Диапазон температур -200°С… +1300°С.
Термопары TW, TH, TS
Эти малоинерционные
термопары и термометры сопротивления предназначены для станков, экструдеров,
термопластавтоматов. Диапазон измеряемых температур довольно узок: -40…+600ºС.
Отличаются высокой точностью благодаря высокой же линейности, кроме того
зарекомендовали себя в экстремальных условиях (вибрация, сотрясение, давление).
Рекомендации по выбору термопар
От правильного выбора
термопары зависит, насколько точные показания она будет давать и как долго
прослужит. Предлагаем несколько советов.
- Особое
внимание уделите диапазону измеряемых температур конкретной термопары - он
должен соответствовать техническим параметрам вашего промышленного
процесса. В рамках этого диапазона выбирайте ту термопару, коэффициент
линейности которой по сравнению с другими вариантам изменяется в меньшей
степени.
- Уточните
стойкость выбранного варианта к коррозии, легко ли он загрязняется
примесями при высоких температурах, в каких именно агрессивных средах
(грязь, разреженная атмосфера, высокая влажность, вибрация, радиация и
т.д.) его можно использовать.
- Если
достоверность измерений в вашей ситуации критична, то выберите термопары с
высокой точностью замеров и малой инерционностью.
- Учтите
конструктивное исполнение прибора (с кабельным выводом, в клеммной
головке) и его соответствие вашим запросам.
- Выясните,
насколько быстро интересующие вас варианты термопар подвергаются
термическому старению, насколько сложно их калибровать и впоследствии
проверять и обслуживать.
Модельный ряд термопар
чрезвычайно разнообразен, при этом существует много нюансов выбор,
обусловленных техническими характеристиками. Если сомневаетесь, то доверьте
выбор профессионалам - обратитесь за консультацией. Этот шаг сэкономит вам
время, нервы и деньги.
Хотите купить термопару?
Если вас интересует
конкретная термопара, купить ее вы можете на сайте ***, достаточно скачать
прайс-листы и позвонить нашим специалистам (звонок по России бесплатный).
Если вы пока не
определились с выбором и нуждаетесь в профессиональном совете, который поможет
учесть ваши производственные особенности, - нажмите на кнопку “Заказать звонок”
в верхней части страницы, и в течение ближайших суток мы свяжемся с вами,
предложим несколько оптимизированных под вашу ситуацию решений от разных
производителей.
Термопара, или
термоэлектрический преобразователь, - это датчик температуры в составе системы
термометрии, который помогает собирать информацию о нагреве различных
промышленных объектов и оборудования с необходимой частотой и тем самым
участвует в управлении уровнем температуры. Термопара отражает действие законов
физики, благодаря этому она проста с точки зрения конструкции, а значит,
надежна.