Принцип рада термоелемента: опис, уређај, коло

Принцип рада и термопарови уређаја су изузетно једноставни. То је довело до популарности овог уређаја и широке примене у свим гранама науке и технологије. Термопар је дизајниран да мери температуре у широком опсегу - од -270 до 2500 степени Целзијуса. Уређај је деценијама био неопходан помоћник инжењера и научника. Ради поуздано и поуздано, а очитавања температуре су увек тачна. Софистициранији и прецизнији инструмент једноставно не постоји. Сви модерни уређаји раде на принципу термопарова. Рад у тешким условима.

Намена термоелемента

Овај уређај претвара топлотну енергију у електричну струју и омогућава мјерење температуре. За разлику од традиционалних живиних термометара, способан је да ради у условима екстремно ниских и екстремно високих температура. Ова карактеристика је довела до широке употребе термопарова у широком спектру инсталација: индустријске металуршке гасне пећи котлови, вакуумске коморе за хемијску топлотну обраду, пећ на кућни гас. Принцип рада термопара увијек остаје непромијењен и не овиси о уређају у којем је монтиран.

Рад система за случајно искључење уређаја у случају прекорачења дозвољених температурних граница зависи од поузданог и непрекидног рада термопара. Стога, овај уређај мора бити поуздан и дати прецизна очитавања како не би угрозио животе људи.

Принцип рада термопара

Термопар има три главна елемента. То су два проводника електричне енергије из различитих материјала, као и заштитна цев. Два краја проводника (који се називају и термоелектродама) лемљени су, а друга два су повезана са потенциометром (уређај за мерење температуре).

Једноставно речено, принцип рада термоелемента је да се спој термоелектрода поставља на медиј, чија се температура мери. У складу са Сеебецковим правилом, потенцијална разлика се јавља на проводницима (иначе, термоелектричност). Што је температура медија већа, то је значајнија разлика потенцијала. Сходно томе, игла инструмента се више отклања.

У савременим комплексима мјерења дигитални индикатори температуре замијенили су механички уређај. Међутим, далеко је од тога да нови уређај својим карактеристикама превазилази старе уређаје из совјетске ере. У техничким универзитетима, па чак иу истраживачким установама, до данас користе потенциометре старе 20-30 година. Они показују изванредну прецизност и стабилност мерења.

Сеебецк ефекат

Принцип рада термопара темељи се на овом физичком феномену. Доња линија је следећа: ако спојите два проводника различитих материјала (понекад се користе полуводичи), струја ће циркулисати кроз овај електрични круг.

Тако, ако се спој проводника загреје и охлади, игла са потенциометром ће осциловати. Галванометар повезан са струјним колом такође може омогућити детектовање струје.

У том случају, ако су проводници израђени од истог материјала, тада се неће појавити електромоторна сила, односно неће бити могуће мјерити температуру.

Дијаграм повезивања термопара

Најчешћи начини повезивања мерни инструменти термопарови су такозвани једноставни метод, као и диференцирани. Суштина првог метода је следећа: уређај (потенциометар или галванометар) је директно повезан са два проводника. Са диференцирани метод не један, већ два краја проводника су лемљени, док је једна од електрода "разбијена" мерним уређајем.

Да не спомињемо такозвану даљинску методу повезивања термоелемента. Принцип рада остаје непромијењен. Једина разлика је у томе што се продужни каблови додају у круг. У ту сврху, конвенционални бакрени кабл неће радити, јер компензационе жице морају нужно бити израђене од истих материјала као и термоелементи.

Цондуцтор Материалс

Принцип рада термоелемента заснива се на појави разлике потенцијала у проводницима. Стога се одабир материјала електрода мора приступити врло одговорно. Разлика у хемијским и физичким својствима метала је главни фактор у раду термоелемента, чији се уређај и принцип рада заснивају на појављивању само-индуковане емф (разлика потенцијала) у кругу.

Технички чисти метали нису погодни за употребу као термопар (са изузетком АРМКО гвожђа). Уобичајено се користе различите легуре обојених и племенитих метала. Такви материјали имају стабилне физичко-хемијске карактеристике, тако да ће очитавања температуре увек бити тачна и објективна. Стабилност и тачност - кључне квалитете у организацији експеримента и производног процеса.

Тренутно су најчешћи термопарови следећих типова: Е, Ј, К.

Термопар типа Е.

Константан и хромел се користе као материјали за проводнике. Производи ове врсте су се доказали у погледу поузданости и тачности индикација. Доказ за то - многе позитивне повратне информације од стручњака. Међутим, ова композиција показује тачност мерења само у позитивном температурном опсегу до 600 степени Целзијуса.

Ј термопар

Према принципу рада, термопар се не разликује од претходног. Међутим, хромел је уступио место технички чистом гвожђу, што је омогућило значајно проширење опсега радне температуре уз одржавање стабилности индикација. Она се креће од -100 до 1200 степени Целзијуса.

Термопар К типа

Ово је можда најчешћи тип термоелемента који се користи у целом свету. Пар хромел-алуминијума добро ради на температурама од -200 до 1350 степени Целзијуса. Овај тип термоелемента је веома осетљив и хвата чак и благи скок температуре. Захваљујући овом скупу параметара, термопар се користи како у производњи тако иу научним истраживањима. Али има и значајан недостатак - утицај састава радне атмосфере. Дакле, ако овај тип термоелемента ради у околини ЦО ₂ , онда ће термопар дати погрешна очитавања. Ова функција ограничава употребу овог типа уређаја. Шема и принцип рада термопара остају непромењени. Једина разлика је у хемијском саставу електрода.

Тест термопара

У случају квара термоелемента се не може поправити. Теоретски, можете, наравно, поправити, али да ли ће уређај након тога показати тачну температуру је велико питање.

Понекад квар термопара није очигледан и очигледан. Посебно се то тиче гасне колоне. Принцип рада термопара је исти. Међутим, он има мало другачију улогу и није намењен визуелизацији очитавања температуре, већ управљању вентилима. Стога, да би се открио квар таквог термопара, потребно је на њега спојити мјерни уређај (тестер, галванометар или потенциометар) и загријати спој термопара. За то није неопходно држати га изнад отворене ватре. Довољно је само да га држите у песници и видите да ли ће се игла уређаја скренути.

Разлози неуспјеха термопара могу бити различити. Дакле, ако не ставите специјални заштитни уређај на термопар постављен у вакуумској комори јединице за ионско-плазма нитрирање, онда ће временом постати крхки док се један од проводника не разбије. Осим тога, није искључена вјероватноћа неправилног рада термоелемента услијед промјена у кемијском саставу електрода. На крају крајева, крше се основни принципи рада термоелемента.

Гасна опрема (котлови, колоне) је такође опремљена термопаровима. Главни разлог за кварове електрода су оксидативни процеси који се развијају на високим температурама.

У случају када су очитања уређаја очигледно нетачна, а током спољног прегледа нису откривене слабе стеге, разлог је највероватније у квару мерног инструмента. У том случају, мора се вратити на поправак. Ако имате одговарајуће квалификације, можете покушати сами ријешити проблем.

У сваком случају, ако потенциометарска игла или дигитални индикатор показују бар неке "знакове живота", онда је термоелемент нетакнут. У овом случају, проблем, очигледно, лежи у нечем другом. Према томе, ако уређај не реагује на очигледне промјене температуре, онда можете сигурно промијенити термопар.

Међутим, пре него што уклоните термоелемент и поставите нови, морате бити потпуно убеђени у његов квар. Да бисте то урадили, довољно је позвати термопар са обичним тестером, а још боље да измерите излазни напон. Мало је вероватно да ће помоћи само обични волтметар. Потребан вам је миливолметар или тестер са могућношћу избора мерне скале. На крају крајева, потенцијална разлика је веома мала вредност. И стандардни уређај то чак неће ни осетити и неће га поправити.

Предности термопара

Зашто у дугој историји рада термопарови нису замењени софистициранијим и модернијим сензорима за мерење температуре? Да, из једноставног разлога што до сада ниједан други уређај не може да се такмичи са њим.

Прво, термопарови су релативно јефтини. Иако цијене могу варирати у широком распону као резултат кориштења одређених заштитних елемената и површина, конектора и конектора.

Друго, термопарови се одликују непретенциозношћу и поузданошћу, што им омогућава да успешно раде у агресивним температурама и хемијским срединама. Такви уређаји су инсталирани чак иу гасни котлови. Принцип рада Термопар остаје непромењен, без обзира на радне услове. Не може сваки сензор другог типа да издржи сличан ефекат.

Технологија производње и производње термопарова је једноставна и лака за имплементацију у пракси. Грубо речено - довољно је само заврнути или заварити крајеве жица од различитих металних материјала.

Још једна позитивна карактеристика је тачност мерења и слаба грешка (само 1 степен). Та прецизност је више него довољна за потребе индустријске производње и за научна истраживања.

Недостаци термопара

Недостаци термопара нису толико велики, поготово ако се упореде са њиховим најближим конкурентима (температурним сензорима других типова), али и даље постоје, и било би неправедно да се о њима ћути.

Дакле, разлика потенцијала се мери у миливолтима. Због тога је неопходно користити веома осетљиве потенциометре. А ако сматрате да се не могу увијек мјерни уређаји смјестити у непосредној близини мјеста за прикупљање експерименталних података, онда морате користити нека појачала. Ово доноси низ непогодности и доводи до непотребних трошкова у организацији и припреми производње.