Apakah termokopel, prinsip operasi, jenis dan jenis utama

Termokopel ialah peranti untuk mengukur suhu dalam semua cabang sains dan teknologi. Artikel ini membentangkan gambaran keseluruhan umum termokopel dengan analisis reka bentuk dan prinsip pengendalian peranti. Varieti termokopel dengan ciri ringkasnya diterangkan, dan penilaian termokopel sebagai alat pengukur juga diberikan.

Peranti termokopel

Prinsip operasi termokopel. Kesan Seebeck

Operasi termokopel adalah disebabkan oleh berlakunya kesan termoelektrik, yang ditemui oleh ahli fizik Jerman Tomas Seebeck pada tahun 1821.

Fenomena ini adalah berdasarkan kejadian elektrik dalam litar elektrik tertutup apabila terdedah kepada suhu persekitaran tertentu. Arus elektrik berlaku apabila terdapat perbezaan suhu antara dua konduktor (thermoelectrodes) yang berbeza komposisi (logam atau aloi yang tidak serupa) dan dikekalkan dengan mengekalkan tempat hubungannya (simpang). Peranti memaparkan nilai suhu yang diukur pada skrin peranti kedua yang disambungkan.

Voltan keluaran dan suhu adalah berkaitan secara linear. Ini bermakna peningkatan dalam suhu yang diukur menghasilkan nilai milivolt yang lebih tinggi pada hujung bebas termokopel.

Persimpangan yang terletak pada titik pengukuran suhu dipanggil "panas", dan tempat di mana wayar disambungkan ke penukar dipanggil "sejuk".

Pampasan suhu simpang sejuk (CJC)

Pampasan simpang sejuk (CJC) ialah pampasan yang digunakan sebagai pembetulan kepada jumlah bacaan apabila mengukur suhu pada titik di mana petunjuk termokopel disambungkan. Ini disebabkan oleh percanggahan antara suhu sebenar hujung sejuk dan bacaan terkira jadual penentukuran untuk suhu simpang sejuk pada 0°C.

CCS ialah kaedah pembezaan di mana bacaan suhu mutlak ditemui daripada suhu simpang sejuk yang diketahui (juga dikenali sebagai simpang rujukan).

Reka bentuk termokopel

Apabila mereka bentuk termokopel, pengaruh faktor-faktor seperti "keagresifan" persekitaran luaran, keadaan pengagregatan bahan, julat suhu yang diukur, dan lain-lain diambil kira.

Ciri reka bentuk termokopel:

1) Persimpangan konduktor disambungkan secara berpusing atau berpusing dengan kimpalan arka elektrik selanjutnya (jarang sekali dengan pematerian).

PENTING: Ia tidak disyorkan untuk menggunakan kaedah berpusing kerana kehilangan sifat persimpangan yang cepat.

2) Termoelektrod mesti diasingkan secara elektrik sepanjang keseluruhannya, kecuali titik sentuhan.

3) Kaedah penebat dipilih dengan mengambil kira had suhu atas.

• Sehingga 100-120°C - sebarang penebat;
• Sehingga 1300°C - tiub porselin atau manik;
• Sehingga 1950°C - tiub Al₂O₃;
• Di atas 2000°C - tiub diperbuat daripada MgO, BeO, ThO₂, ZrO₂.

4) Penutup pelindung.

Bahan mestilah tahan haba dan kimia, dengan kekonduksian haba yang baik (logam, seramik). Penggunaan but menghalang kakisan dalam persekitaran tertentu.

Wayar sambungan (pampasan).

Kawat jenis ini diperlukan untuk memanjangkan hujung termokopel ke instrumen atau penghalang sekunder. Wayar tidak digunakan jika termokopel mempunyai penukar terbina dalam dengan isyarat keluaran bersatu. Yang paling banyak digunakan ialah penukar normalisasi, terletak di kepala terminal standard sensor dengan isyarat bersatu 4-20mA, yang dipanggil "tablet".

Bahan wayar mungkin bertepatan dengan bahan termoelektrod, tetapi selalunya ia digantikan dengan yang lebih murah, dengan mengambil kira syarat-syarat yang menghalang pembentukan termo-emfs parasit (aruh). Penggunaan wayar sambungan juga membolehkan anda mengoptimumkan pengeluaran.

hack kehidupan! Untuk menentukan kekutuban wayar pampasan dengan betul dan menyambungkannya ke termokopel, ingat peraturan mnemonik MM - tolak dimagnetkan. Iaitu, kami mengambil sebarang magnet dan tolak pampasan akan dimagnetkan, tidak seperti tambah.

Jenis dan jenis termokopel

Kepelbagaian termokopel dijelaskan oleh pelbagai kombinasi aloi logam yang digunakan. Pilihan termokopel dijalankan bergantung pada industri dan julat suhu yang diperlukan.

Termokopel chromel-alumel (TXA)

Elektrod positif: aloi krom (90% Ni, 10% Cr).
Elektrod negatif: aloi alumel (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).

Bahan penebat: porselin, kuarza, oksida logam, dll.

Julat suhu dari -200 ° С hingga 1300 ° С jangka pendek dan 1100 ° С pemanasan jangka panjang.

Persekitaran kerja: lengai, pengoksidaan (O₂=2-3% atau dikecualikan sepenuhnya), hidrogen kering, vakum jangka pendek. Dalam suasana pengurangan atau redoks dengan kehadiran penutup pelindung.

Kelemahan: kemudahan ubah bentuk, ketidakstabilan boleh balik thermo-EMF.

Mungkin terdapat kes-kes kakisan dan kemerosotan alumel dengan kehadiran kesan sulfur di atmosfera dan krom dalam suasana pengoksidaan lemah (“tanah liat hijau”).

Termokopel chromel-kopel (TKhK)

Elektrod positif: aloi krom (90% Ni, 10% Cr).
Elektrod negatif: Aloi Kopel (54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn).

Julat suhu dari -253°C hingga 800°C pemanasan jangka panjang dan 1100°C.

Persekitaran kerja: lengai dan pengoksidaan, vakum jangka pendek.

Kelemahan: ubah bentuk termoelektrod.

Kemungkinan penyejatan kromium di bawah vakum yang berpanjangan; tindak balas dengan atmosfera yang mengandungi sulfur, kromium, fluorin.

Termokopel pemalar besi (TGK)

Elektrod positif: besi tulen secara komersial (keluli lembut).
Elektrod negatif: aloi pemalar (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).

Digunakan untuk pengukuran dalam mengurangkan, media lengai dan vakum. Suhu dari -203°C hingga 750°C pemanasan jangka panjang dan 1100°C.

Permohonan berkembang pada pengukuran bersama suhu positif dan negatif. Ia tidak menguntungkan untuk digunakan hanya untuk suhu negatif.

Kelemahan: ubah bentuk termoelektrod, rintangan kakisan yang rendah.

Perubahan dalam sifat fizikokimia besi pada kira-kira 700°C dan 900°C. Bertindak balas dengan sulfur dan wap air untuk membentuk kakisan.

Termokopel tungsten-renium (TVR)

Elektrod positif: aloi BP5 (95% W, 5% Rh) / BAP5 (BP5 dengan bahan tambahan silika dan aluminium) / BP10 (90% W, 10% Rh).
Elektrod negatif: Aloi BP20 (80% W, 20% Rh).

Penebat: seramik oksida logam tulen secara kimia.

Kekuatan mekanikal, rintangan haba, kepekaan rendah terhadap pencemaran, kemudahan pembuatan diperhatikan.

Pengukuran suhu dari 1800°C hingga 3000°C, had bawah ialah 1300°C. Pengukuran dijalankan dalam gas lengai, hidrogen kering atau persekitaran vakum. Dalam persekitaran pengoksidaan hanya untuk pengukuran dalam proses yang cepat.

Kelemahan: kebolehulangan thermo-EMF yang lemah, ketidakstabilannya semasa penyinaran, kepekaan yang tidak stabil dalam julat suhu.

Termokopel tungsten-molibdenum (VM)

Elektrod positif: tungsten (komersial tulen).
Elektrod negatif: molibdenum (komersial tulen).

Penebat: seramik alumina, dilindungi dengan hujung kuarza.

Persekitaran lengai, hidrogen atau vakum. Adalah mungkin untuk menjalankan pengukuran jangka pendek dalam persekitaran pengoksidaan dengan kehadiran penebat.Julat suhu yang diukur ialah 1400-1800°C, suhu operasi maksimum ialah kira-kira 2400°C.

Kelemahan: kebolehulangan yang lemah dan kepekaan EMF terma, pembalikan kekutuban, kerapuhan pada suhu tinggi.

Termokopel platinum-rhodium-platinum (TPP)

Elektrod positif: platinum-rhodium (Pt c 10% atau 13% Rh).
Elektrod negatif: platinum.

Penebat: kuarza, porselin (biasa dan refraktori). Sehingga 1400°C - seramik dengan kandungan Al yang tinggi₂O₃, melebihi 1400°C - seramik daripada Al yang tulen secara kimia₂O₃.

Suhu operasi maksimum 1400°C jangka panjang, 1600°C jangka pendek. Pengukuran suhu rendah biasanya tidak dilakukan.

Persekitaran kerja: pengoksidaan dan lengai, mengurangkan dengan kehadiran perlindungan.

Kelemahan: kos tinggi, ketidakstabilan semasa penyinaran, kepekaan tinggi terhadap pencemaran (terutamanya elektrod platinum), pertumbuhan butiran logam pada suhu tinggi.

Termokopel platinum-rhodium-platinum-rhodium (TPR)

Elektrod positif: Aloi Pt dengan 30% Rh.
Elektrod negatif: Aloi Pt dengan 6% Rh.

Sederhana: pengoksidaan, neutral dan vakum. Gunakan dalam mengurangkan dan mengandungi wap logam atau bukan logam dengan adanya perlindungan.

Suhu operasi maksimum 1600°C jangka panjang, 1800°C jangka pendek.

Penebat: Al seramik₂O₃ kesucian yang tinggi.

Kurang terdedah kepada pencemaran kimia dan pertumbuhan bijian berbanding termokopel platinum-rhodium-platinum.

Gambar rajah pendawaian termokopel

• Menyambung potensiometer atau galvanometer terus ke konduktor.
• Sambungan dengan wayar pampasan;
• Sambungan dengan wayar tembaga konvensional ke termokopel dengan output bersatu.

Piawaian Warna Pengalir Termokopel

Penebat konduktor berwarna membantu membezakan termoelektrod antara satu sama lain untuk sambungan yang betul ke terminal. Piawaian berbeza mengikut negara, tiada kod warna khusus untuk konduktor.

PENTING: Adalah perlu untuk mengetahui piawaian yang digunakan dalam perusahaan untuk mengelakkan ralat.

Ketepatan pengukuran

Ketepatan bergantung pada jenis termokopel, julat suhu, ketulenan bahan, bunyi elektrik, kakisan, sifat simpang, dan proses pembuatan.

Termokopel diberikan kelas toleransi (standard atau khas) yang menetapkan selang keyakinan pengukuran.

PENTING: Ciri-ciri semasa pembuatan berubah semasa operasi.

Kelajuan pengukuran

Kelajuan ditentukan oleh keupayaan penukar utama untuk bertindak balas dengan cepat terhadap lonjakan suhu dan aliran isyarat input peranti pengukur yang mengikutinya.

Faktor yang meningkatkan prestasi:

1. Pemasangan yang betul dan pengiraan panjang penukar utama;
2. Apabila menggunakan transduser dengan lengan pelindung, adalah perlu untuk mengurangkan jisim unit dengan memilih diameter lengan yang lebih kecil;
3. Meminimumkan jurang udara antara penukar utama dan lengan pelindung;
4. Penggunaan penukar primer bermuatan spring dan mengisi lompang dalam lengan dengan pengisi pengalir haba;
5. Medium yang bergerak pantas atau lebih tumpat (cecair).

Semakan Prestasi Termokopel

Untuk menyemak prestasi, sambungkan peranti pengukur khas (penguji, galvanometer atau potensiometer) atau ukur voltan keluaran dengan milivoltmeter. Jika terdapat turun naik anak panah atau penunjuk digital, termokopel boleh digunakan, jika tidak, peranti mesti diganti.

Punca kegagalan termokopel:

1. Kegagalan menggunakan peranti perisai pelindung;
2. Perubahan dalam komposisi kimia elektrod;
3. Proses oksidatif berkembang pada suhu tinggi;
4. Pecahan alat kawalan dan pengukur, dsb.

Kebaikan dan keburukan menggunakan termokopel

Kelebihan menggunakan peranti ini ialah:

• Julat pengukuran suhu yang besar;
• Ketepatan tinggi;
• Kesederhanaan dan kebolehpercayaan.

Kelemahannya termasuk:

• Pelaksanaan pemantauan berterusan simpang sejuk, pengesahan dan penentukuran peralatan kawalan;
• Perubahan struktur dalam logam semasa pembuatan peranti;
• Pergantungan pada komposisi atmosfera, kos pengedap;
• Ralat pengukuran disebabkan oleh gelombang elektromagnet.

Artikel yang serupa: