Где используются термопары
ТП чаще, чем другие датчики применяют для оборудования, связанного с высокими плюсовыми температурами: топливные котлы и плиты, иное оснащение с горелками, бойлеры, паяльники, пирометры, печи, металлургия.
Термин «термоэлектрический преобразователь» отображает природу сенсора — дифференциальный измеритель, который делает замеры, преобразовывая тепло в электричество.
Термопары — это простые и эффективные сенсоры для высокоточных термоэлектрических термометров, работающих в повышенных температурных рамках.
Яркий пример применения: в составах автоматики топливных котлов и отопления. Сработка оснащения инициируется электросигналом от сенсорного узла с ТП.
Термопары наряду с NTC и PTC термисторами — самые популярные измерители температуры для оборудования, последние имеют свои достоинства (считаются более точными в своих диапазонах), но не охватывают настолько широкие температурные рамки, как ТП.
Типы и виды термопар
Термопары, в зависимости от используемых сплавов проводников, разделяют на:
- хромель-алюмелевые (ТХА), диапазон измерения от -270 до 1372 градусов, погрешность до 0,75%;
- железо-константановые (ТЖК), диапазон от -210 до 1200 градусов, погрешность 0,75%;
- платинородий-платинородиевые (ТПР), диапазон от 0 до 1820 градусов, погрешность – 0,5% (только свыше 800 градусов);
- медь-константановые (ТМКн), диапазон от -270 до 400 градусов, погрешность 0,75% при температуре выше нуля, 1,5% — ниже нуля;
- платинородий-платиновые (ТПП 10), диапазон от -50 до 1768 градусов, погрешность 0,25%;
- вольфрамрениевые (ТФР), диапазон от 0 до 2320 градусов, погрешность – 1% (если свыше 425 градусов).
В теории сделать термопару можно из любых двух проводников. Но вышеуказанные комбинации дают самые точные значения, а некоторые (ТХА, ТПП, ТПР, ТВР) – внесены в ГОСТ для использования в промышленных масштабах.
Различаются термопары и по типу конфигурации проводников. Бывают одноэлементные, двухэлементные, с заземлением на корпус и незаземленные. Точная конфигурация подбирается в зависимости от назначения.
Также существуют многоточечные термопары. Они используются, когда необходимо измерить разницу температур в нескольких измеряемых точках. Допустимое количество точек замера – 60. Чаще многоточечные термопары применяются в нефтепромышленности.
Дополнительно их различают по типу используемой колбы (где и располагаются проводники). Например, для измерения в условиях свыше 1000 градусов требуется использовать керамический «наконечник». А в химических реактивах, которые разъедают материал проводников, используется колба из устойчивого к кислотам или щелочам материала.
Ещё используется классифицирование по инерционности, то есть по скорости получения итогового значения ЭДС. Как правило, общий диапазон – от 40 секунд до 3,5 минут. Существуют датчики и с ненормированной инерционностью. Именно они преимущественно используются в быту, хоть и погрешность в их замерах высокая (для того же холодильника это не критично, так как отклонение результата не превышает 1,5%).
Устройство и принцип действия
Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай. Схематически устройство изображено на рисунке 1.
Красным цветом выделено зону горячего спая, синим – холодный спай.
Электроды состоят из разных металлов (металл А и металл В), которые на схеме окрашены в разные цвета. С целью защиты термоэлектродов от агрессивной горячей среды их помещают в герметичную капсулу, заполненную инертным газом или жидкостью. Иногда на электроды надевают керамические бусы, как показано на рис. 2).
Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. При замыкании цепи, например милливольтметром (см. рис. 3) в точках спаек возникает термо-ЭДС. Но если контакты электродов находятся при одинаковой температуре, то эти ЭДС компенсируют друг друга и ток не возникает. Однако, стоит нагреть место горячей спайки горелкой, то согласно эффекту Зеебека возникнет разница потенциалов, поддерживающая существование электрического тока в цепи.
В тех случаях, когда необходимо добиться высокой точности показателей, холодные спайки измерительных преобразователей помещают даже в специальные камеры, в которых температурная среда поддерживается на одном уровне специальными электронными устройствами, использующими данные термометра сопротивления (схема показана на рис. 4). При таком подходе можно добиться точности измерений с погрешностью до ± 0,01 °С. Правда, такая высокая точность нужна лишь в немногих технологических процессах. В ряде случаев требования не такие жёсткие и погрешность может быть на порядок ниже.
На погрешность влияют не только перепады температуры в среде, окружающей холодную спайку. Точность показаний зависит от типа конструкции, схемы подключения проводников, и некоторых других параметров.
Описание
Принцип действия преобразователей термоэлектрических типа ТХК, ТХА основан на преобразовании тепловой энергии в термоэлектродвижущую силу при наличии разности температур между его свободными концами и рабочим концом. По принципу применения преобразователи термоэлектрические типа ТХК, ТХА относятся к ТП кратковременного применения (терминология по ГОСТ 6616-94) и используются для технологического контроля соблюдения температурных режимов в различных производственных процессах.
Преобразователи термоэлектрические типа ТХК, ТХА выпускаются в следующих модификациях ТХК, ТХА, которые отличаются номинальной статистической характеристикой по ГОСТ Р 8.585-2001. Каждая из модификаций может быть выполнены в нескольких исполнениях, которые различаются материалом защитной арматуры, диаметром термоэлектродов и длиной ТП.
Преобразователи термоэлектрические типа ТХК, ТХА изготавливаются для эксплуатации в не агрессивных средах со сроком службы не более 6 месяцев.
_Структура условного обозначения ТП._
ТХХ (Х) — ХХХ -Х — Х -Х -Х
Длина преобразователя, мм от 250 до 20 000
Диаметр термоэлектродов, мм _от 0,2 до 1,2
Изоляция рабочего спая: И — изолированный Н- неизолированнй
Класс допуска 1 или 2
Материал защитной арматуры: ПТН — стеклонить повышенной нагревостойкости
ШС — стеклочулок ФТ- фторопласт повышенной нагревостойкости
Тип: ТХА(К); ТХК(Ь):
Общий вид преобразователей термоэлектрических типа ТХК, ТХА представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 — Общий вид преобразователей термоэлектрических типа ТХК, ТХА
Типы термопар и их характеристики
Различные сплавы, используемые для изготовления термопар, обладают разными коэффициентами термо-ЭДС. В зависимости от того, из каких металлов изготовлены термоэлектроды, различают следующие основные типы термопар:
Технические требования к термопарам задаются параметрами определёнными ГОСТ 6616-94, а их НСХ (номинальные статические характеристики преобразования), оптимальные диапазоны измерений, установленные классы допуска регулируются стандартами МЭК 62460, и определены ГОСТ Р 8.585-2001. Заметим, также, что НСХ в вольфрам-рениевых термопарах отсутствовали в таблицах МЭК до 2008 г. На сегодняшний день указанными стандартами не определены характеристики термопары хромель-копель, но их параметры по прежнему регулируются ГОСТ Р 8.585-2001. Поэтому импортные термопары типа L не являются полным аналогом отечественного изделия ТХК.
Классификацию термодатчиков можно провести и по другим признакам: по типу спаев, количеству чувствительных элементов.
Типы спаев
В зависимости от назначения термодатчика спаи термопар могут иметь различную конфигурацию. Существуют одноэлементные и двухэлементные спаи. Они могут быть как заземлёнными на корпус колбы, так и незаземленными. Понять схемы таких конструкций можно из рисунка 5.
Буквами обозначено:
Заземление на корпус снижает инерционность термопары, что, в свою очередь, повышает быстродействие датчика и увеличивает точность измерений в режиме реального времени.
С целью уменьшения инерционности в некоторых моделях термоэлектрических преобразователей оставляют горячий спай снаружи защитной колбы.
Многоточечные термопары
Часто требуется измерение температуры в различных точках одновременно. Многоточечные термопары решают эту проблему: они фиксируют данные о температуре вдоль оси преобразователя. Такая необходимость возникает в химических и нефтехимических отраслях, где требуется получать информацию о распределении температуры в реакторах, колоннах фракционирования и в других ёмкостях, предназначенных для переработки жидкостей химическим способом.
Многоточечные измерительные преобразователи температуры повышают экономичность, не требуют сложного обслуживания. Количество точек сбора данных может достигать до 60. При этом используется только одна колба и одна точка ввода в установку.
Принцип работы
Работа любой термопары основывается на термоэлектрическом эффекте, который был открыт Т.И. Зеебеком в далёком 1821 году. Данный эффект заключается в том, что если последовательно соединить друг с другом два разнородных металлических проводника, образуя таким образом замкнутую электрическую цепь, и в одном месте соединения проводников произвести нагрев, то в цепи возникает электродвижущая сила (ЭДС). Данную электродвижущую силу называют термо-ЭДС. Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток.
Как работает термопара.
Место нагрева обычно называют горячим спаем. Место, где нет нагрева – холодный спай. Если в разрыв цепи подключить гальванометр или микровольтметр, то можно измерить величину термо-ЭДС, которая будет составлять несколько мили- или микровольт. Значение термо-ЭДС будет зависеть от величины нагрева в месте соединения проводников и от величины температуры в месте соединения проводников, где нагрев не происходит. Т.е. значение термо-ЭДС зависит от разности температур между холодным и горячим спаем. Также термо-ЭДС зависит и от рода самих проводников.
Будет интересно Чему равна электроемкость конденсатора?
Таким образом, если место соединения разнородных проводников термопары нагреть, то между несоединёнными (свободными) концами проводников возникнет разность потенциалов, которую можно измерить электроизмерительным прибором. Благодаря современным преобразователям возникающую разность потенциалов можно преобразовать в определённое цифровое значение, т.е. вполне реально узнать значение температуры нагрева в месте соединения проводников термопары. Для того чтобы измерения были точными, температура холодного спая должна быть неизменной. Т.к. это не всегда возможно, используются специальные компенсационные схемы для компенсации температуры холодного спая.
Устройство термопары.
Конструкция устройства
Современные термопары изготавливаются различной формы и длины. По конструктивному исполнению их можно разделить на две группы:
- бескорпусные термопары;
- термопары с защитным кожухом.
Первые представляют собой изделие, у которого место соединения двух проводников не закрыто и не защищено от внешних воздействий. Такое исполнение позволяет достичь быстрого времени измерения температуры и низкой инертности. Второй тип термопары выпускается в виде зонда. Зонд представляет собой металлическую трубку с внутренним изолятором, выдерживающим высокую температуру. Внутрь зонда помещается термоэлектрический элемент термопары. Благодаря такой конструкции термоэлемент защищён от влияния агрессивных сред различных технологических процессов.
Термопара типа J.
Холодный спай
Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору. В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.
Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры. Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.
Термопара газовой плиты.
Рабочий спай термопары (горячий)
Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.
Из чего состоит термопара.
Конструктивные особенности
Если относиться более скрупулезно к процессу замера температуры, то эта процедура осуществляется с помощью термоэлектрического термометра. Основным чувствительным элементом этого прибора считается термопара.
Сам процесс измерения происходит за счет создания в термопаре электродвижущей силы. Существуют некоторые особенности устройства термопары:
-
Электроды соединяются в термопарах для измерения высоких температур в одной точке с помощью электрической дуговой сварки. При замере небольших показателей такой контакт выполняется с помощью пайки. Особенные соединения в вольфрам-рениевых и вольфрамо-молибденовых устройствах проводятся с помощью плотных скруток без дополнительной обработки.
- Соединение элементов проводится только в рабочей зоне, а по остальной длине они изолированы друг от друга.
- Метод изоляции осуществляется в зависимости от верхнего значения температуры. При диапазоне величины от 100 до 120 °C используется любой тип изоляции, в том числе и воздушный. При температуре до 1300 °C применяются трубки или бусы из фарфора. Если величина достигает до 2000 °C, то применяется изоляционный материал из оксида алюминия, магния, бериллия и циркония.
- В зависимости от среды использования датчика, в которой происходит замер температуры, применяется наружный защитный чехол. Выполняется он в виде трубки из металла или керамики. Такая защита обеспечивает гидроизоляцию и поверхностное предохранение термопары от механических воздействий. Материал наружного чехла должен выдерживать высокую температуру воздействия и обладать отличной теплопроводностью.
Вам это будет интересно Киловатт — производная единица измерения мощности
https://youtube.com/watch?v=jP0vp1dY374
Сведения о методах измерений
Термопреобразователи используются в качестве первичного преобразователя в комплекте с вторичным прибором, методика прямых измерений изложена в эксплуатационной документации на вторичный прибор.
Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к преобразователям термоэлектрическим ТХА( ТХК, ТНН, ТЖК, КТХА, КТХК, КТНН, КТЖК)/1-ХХХХ
1. ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия»;
2. ГОСТ Р 8.585 — 2001 «ГСИ. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования»;
3. ГОСТ 8.558 — 2009 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры»;
4. Технические условия ТУ 4211-136-12150638-2012.
Подключение термопары
Проводники термопары к измерительному прибору (который регистрирует ЭДС) подключаются через компенсационные провода. Как правило, изготавливают их из тех же материалов, что и сами проводники термопары. Их главное назначение – минимально изменять значение ЭДС, обеспечивая тем самым минимальную погрешность измерения. По этой причине термодатчики производителями могут поставляться сразу с компенсационными проводами. Вместо них ещё могут применяться термисторы, которые вырабатывают ток компенсации для холодного спая. В плане конструкции такие датчики проще, но погрешность у них на порядок больше.
Ещё один вариант подключения – «на разрыв». Это когда в качестве компенсационных проводов используются проводники из того же материала, что и клеммы измерительного прибора. Но не для всех типов термопар это подходит, так как медь (которая используется в клеммах измерительных приборов) допускается паять не ко всем сплавам. И в таких датчиках место холодного спая – это концы проводников термопары. Если между холодным и горячим спаями расстояние малое, то и погрешность при измерении высоких температур получится большой.
Термопреобразователи ТСМ
(Измерительный шток сделан из медного сплава)
Тип | Технические характеристики | Область преминения, среда измерения, отличия и т.п. |
ЕЧМ-0183 |
Минус 50…200 °С; НСХ 10М(Cu’10), 50М(Cu’50), 100М(Cu’100); арматура — латунь. |
Элемент чуствителен к термопреобразователям |
ТСМ-0387 |
0…150°С; 100М(Cu’100); габариты 150х10х2,2 мм | Для старторных обмоток в электрических машинах |
ТОМ-0591 |
Минус 30…60°С; количество зон 6, 12, длина 10…40 м; НСХ 50М(Cu’50); многозонное исполнение | Для силоса, в элеваторах |
ТОМІ-0591 |
Тоже, что и ТОМ-0591 | Входит в состав систем «Рось-1М1 |
ТСМ-364-01 |
0…150°С; НСХ 50М(Cu’50); длина 60…120 мм; арматура, сталь — 12Х18Н10Т. |
Вода, масло, воздух; железнодорожный транспорт |
ТСМ-0890 | Минус 50…150°С; НСХ 50М(Cu’50), 100М(Cu’100); сталь — 08Х18Н10Т; длина погружаемой части — 25…1000 мм; класс безопасности 3Н | АЭС. Вода, масло, воздух, пар, металоконструкции, подшибники и другое |
ТСМ-0987 | Минус 50…100°С; НСХ 50М(Cu’50). | Воздух, помещения |
ТСМ-0989Р |
Минус 50…150°С; НСХ 50М(Cu’50); арматура — 08Х18Н10Т; длина 60…500 мм |
Повышенные термические и механические нагрузки, корабельные условия эксплуатации. |
ТСМ-1088 |
Минус 50…150 (180)°С; НСХ 50М(Cu’50), 100M(Cu’100); арматура — 08Х13, 12Х18Н10Т; длина — 120…3150 мм |
Широкое применение |
ТСМ-1187 |
Минус 50…150°С; НСХ 50М(Cu’50), 100М(Cu’100); арматура — 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, сплав ВТІ-0; длина 120…2000 мм, взрывобезопасный |
Амиак, природный и конвертерний газ, сероводород, другое |
ТСМ-1188 |
Тоже что и ТСМ-1088 | Доменное производство |
ТСМ-1288 |
Минус 50…150°С; НСХ 50М(Cu’50), 100М(Cu’100); арматура — 08Х13, 12Х18Н10Т; длина 80…500 мм. | Широкое использование. |
ТСМ-1290 |
Минус 50…150°С; НСХ 50М(Cu’50); арматура — 08Х18Н10Т; класс безопасности 3Н | АЭС. воздух в помещениях. |
ТСМР-1291 |
Разница температур 0…25°С, в диапазоне 0…100°С, НСХ 500М(Cu’500); арматура 12Х18Н10Т; длина 120…500 мм. |
Охлаждение леток в доменном производстве |
ТСМ-1388 |
Минус 50…120 °С; арматура — латунь, медь, 08Х18Н10Т, кабельное подсоеденение. | Подшибники, твердые тела |
ТСМ-8040Р |
Минус 50…150°С; НСХ 50М(Cu’50); арматура 08Х18Н10Т; длина 60…500 мм. |
Корабельные условия эксплуатации. Среда — не агресивная к арматуре |
ТСМ-8043Р |
Минус 50…100°С; НСХ 50М(Cu’50); наконечник — мідь | Корабельные условия эксплуатации. Подшибники и масло в них |
ТСМ-8045Р |
Минус 50…75°С; НСХ 50М(Cu’50); арматура — 12Х18Н10Т | Корабельные условия эксплуатации. Среда — воздух, пар, масла и морская вода |
Технические характеристики
Диапазон измеряемых температур:
— от минус 40 до плюс 400 °С — для ТП, предназначенных для использования в атомной энергетике;
— от минус 40 до плюс 600 °С — для ТП общепромышленного применения.
Тип ТП — ТХК (хромель-копелевые), буквенное обозначение номинальной статической характеристики (далее — НСХ) преобразования ТП по ГОСТ 6616-94 — L.
НСХ ТП соответствует ГОСТ Р 8.585-2001.
Пределы допускаемых отклонений (At, °С) ТЭДС ТП от НСХ в температурном эквиваленте при выпуске из производства соответствуют классу 2 по ГОСТ Р 8.585-2001:
At = ± 2,5 °С при температуре от минус 40 до плюс 360 °С,
At = ± (0,7 + 0,007 • t) при температуре свыше плюс 360 °С до плюс 600 °С, где t — значение измеряемой температуры, °С.
Пределы допускаемых отклонений ТЭДС ТП от индивидуальной статической характеристики преобразования (ИСХ) в температурном эквиваленте при выпуске из производства в диапазоне температур от плюс 50 до плюс 400 оС: ± 0,5 оС.
По количеству термопар в одной зоне ТП выполняются одинарными.
По наличию контакта термопары с металлической частью защитной арматуры ТП выполняются с изолированной (И), так и с неизолированной (НИ) термопарой.
Показатель тепловой инерции при коэффициенте теплоотдачи практически равном бесконечности в зависимости от исполнения ТП, с, не более: 0,5 или 1,0.
Электрическое сопротивление изоляции, МОм, не менее: 100 (при температуре (25 ± 10) °С и относительной влажности от 30 до 80 %).
Диаметр монтажной части ТП в зависимости от исполнения, мм: 1,5 или 4,0.
Длина монтажной части ТП в зависимости от исполнения, мм: от 370 до 11200.
Масса (в зависимости от исполнения), кг — от 0,015 до 0,687.
Климатическое исполнение ТП — УХЛ4 по ГОСТ 15150-69, группа исполнения Д2 по ГОСТ Р 52931-2008.
Нормальный режим эксплуатации ТП определяется следующими воздействующими факторами:
— температура окружающего воздуха, оС — от плюс 15 до плюс 60;
— относительная влажность, % — не более 90;
— давление (абсолютное), МПа — от 0,085 до 0,1032;
— объемная активность, Бк/л — не более 7,4104;
— мощность поглощенной дозы, Гр/с — не более 28,010-5.
По устойчивости к помехам ТП относятся к группе исполнения IV по ГОСТ Р 50746-2000.
ТП относятся к категории I сейсмостойкости по НП-031-01.
В зависимости от исполнения ТП устойчивы и прочны к воздействию синусоидальных вибраций, допустимых для групп исполнений V4 или F3 по ГОСТ Р 52931-2008.
ТП являются невосстанавливаемыми, неремонтируемыми, однофункциональными изделиями.
Средний срок службы ТП — 10 лет.
Назначенный срок службы ТП — 5 лет.
Средняя наработка до отказа ТП — не менее 250000 ч.
Поверка
осуществляется по документу 908.2388.00.000Д6 «Преобразователи термоэлектрические ТХА (ТХК, ТНН, ТЖК, КТХА, КТХК, КТНН, КТЖК)/1-ХХХХ. Методика поверки», утвержденному ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» 25 августа 2017 г.
Основные средства поверки:
Преобразователь термоэлектрический платинородий-платинородиевый эталонный ПРО, рабочий эталон 1-го разряда по ГОСТ 8.558-2009, регистрационный номер 41201-09;
Преобразователь термоэлектрический платинородий-платиновый эталонный ППО, рабочий эталон 1-го разряда по ГОСТ 8.558-2009, регистрационный номер 1442-00;
Термометр сопротивления платиновый эталонный ПТС-10М, рабочий эталон 3-го разряда по ГОСТ 8.558-2009, регистрационный номер 11804-99;
Измеритель температуры многоканальный прецизионный МИТ- 8, регистрационный номер 19736-11;
Установка для поверки и градуировки датчиков температуры УПСТ-2М, регистрационный номер 16173-02;
Криостат КР-40-2, регистрационный номер 26147-03;
Сосуды Дьюара.
Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемых термопреобразователей с требуемой точностью.
При первичной поверке знак поверки (клеймо) наносится в паспорт на каждый термопреобразователь, при периодической поверке знак поверки наносится на свидетельство о поверке.
Технические характеристики
Условное обозначение НСХ ТП по ГОСТ Р 8.585-2001: |
|
ТХА, КТХА |
K |
ТХК, КТХК |
L |
ТНН, КТНН |
N |
ТЖК, КТЖК |
J |
Класс допуска: -ТХА, КТХА, ТНН, КТНН, ТЖК, КТЖК -ТХК, КТХК |
1, 2 2 |
Диапазон измеряемых температур, °С: |
|
ТХА, КТХА ТХК, КТХК ТНН, КТНН ТЖК, КТЖК |
от минус 40 до 1200 от минус 40 до 600 от минус 40 до 1300 от минус 40 до 750 |
Пределы допускаемых отклонений от НСХ ГОСТ Р 8.585-2001 в зависимости от исполнения ТП и класса допуска, °С: |
|
а) для ТХА, КТХА |
|
класс допуска 1: |
|
— в диапазоне температур от минус 40 °С до 375 °С |
± 1,5; |
— при температуре св. 375 °С до 1100 °С |
± 0,004t; |
класс допуска 2: |
|
— в диапазоне температур от минус 40 °С до 333 °С |
± 2,5; |
— при температуре св. 333 °С до 1200 °С |
± 0,0075t; |
б) для ТХК, КТХК |
|
класс допуска 2: |
|
— в диапазоне температур от минус 40 °С до 360 °С |
± 2,5; |
— при температуре св. 360 °С до 600 °С |
± (0,7+0,005t); |
в) для ТНН, КТНН |
|
класс допуска 1: |
|
— в диапазоне температур от минус 40 °С до 375 °С |
± 1,5; |
— при температуре св. 375 °С до 1250 °С |
± 0,004t; |
класс допуска 2: |
|
— в диапазоне температур от минус 40 °С до 333 °С |
± 2,5; |
— при температуре св. 333 °С до 1300 °С |
± 0,0075t; |
г) для ТЖК, КТЖК |
|
класс допуска 1: |
|
— в диапазоне температур от минус 40 °С до 375 °С |
± 1,5; |
— при температуре св. 375 °С до 750 °С |
± 0,004t; |
класс допуска 2: |
|
— в диапазоне температур от минус 0 °С до 333 °С |
± 2,5; |
— при температуре св. 333 °С до 750 °С |
± 0,0075t; |
Время термической реакции t0,63 в зависимости от диаметра оболоч |
|
ки кабеля или защитного чехла, с |
от 0,35 до 500 |
Электрическое сопротивление изоляции при температуре (25 ± 10) |
|
°С и относительной влажности от 30 % до 80 %, МОм, не менее |
|
— для проволочных |
100 |
— для кабельных |
500 |
Диаметр термоэлектродов ( в зависимости от исполнения), мм |
от 0,2 до 3,2 |
Условное давление измеряемой среды (в зависимости от исполнения), Ру, МПа: |
от 0,1 до 25,5 |
По устойчивости к проникновению пыли и воды по ГОСТ 14254-96 (в зависимости от исполнения): |
IP55,1Р5Х, IP65, IP66, IP67 |
По устойчивости к синусоидальной вибрации по ГОСТ Р 529312008 (в зависимости от исполнения): |
N2, N3, F3, V1,V2 |
Диапазон температур при транспортировании, °С |
от минус 50 до 50 |
Максимальная влажность окружающего воздуха в транспортной таре, % |
(95 ± 3) при 35 °С |
Г абаритные размеры (в зависимости от исполнения), мм: — диаметр оболочки термопарного кабеля: — наружный диаметр защитной арматуры: — длина монтажной части защитной арматуры: |
от 1,5 до 6 от 1,5 до 50 от 10 до 100000 |
Масса (в зависимости от исполнения), кг: |
от 0,01 до 15 |
Надежность ТП при номинальных условиях эксплуатации: |
|
-вероятность безотказной работы при номинальных значениях температур за 20000 часов, не менее |
0,90 |
-вероятность безотказной работы при значениях температур ниже или равных 450 °С за 35000 часов, не менее |
0,90 |
Средний срок службы при номинальной температуре применения, лет: -для ТП ТХА, ТНН, КТХА и КТНН -для ТП ТЖК, ТХК, КТЖК и КТХК |
4 6 |
По устойчивости к климатическим воздействиям (в зависимости от исполнения) ТП имеют: — Д3, по ГОСТ Р 52931-2008, но при этом нижнее значение температуры окружающего воздуха минус 60 °С, верхнее значение температуры окружающего воздуха до 85 °С; — С4 по ГОСТ Р 52931-2008, но при этом верхнее значение температуры окружающего воздуха до 85 °С (для нужд внутри страны и поставки на экспорт в страны с умеренным климатом); — С4 по ГОСТ Р 52931-2008, но при этом верхнее значение температуры окружающего воздуха до 130 °С. — Т3 по ГОСТ 15150-69, но для работы при температуре окружающего воздуха до 85 °С и верхнем значении относительной влажности воздуха 98 % при 35 °С и более низких температурах с конденсацией влаги (для поставки в страны с тропическим климатом). |
Разновидности преобразователей термоэлектрического типа
Виды термопар чрезвычайно обширные. Есть два основных фактора разделения: по разновидности сплавов и по варианту спайки. А также отдельным типом являются многоточечные ТП.
Тип электропар в зависимости от сплавов проводников
Термопара создает ЭДС, принцип всегда аналогичный, но сплавы нагреваются по-разному, поэтому рабочие диапазоны, скорость срабатывания, погрешности могут колебаться.
Разные сочетания металлов обладают своими параметрами, определяющими выходной импульс напряжения, но главное — температурный диапазон, в котором допускается использовать ту или иную разновидность сенсора
При росте амплитуды выходного напряжения улучшается разрешение измерений. Растет повторяемость, соответственно, и точность.
Есть разные соотношения разрешения и диапазона t° у конкретных типов ТП, что делает их подходящими для определенных условий.
Есть 9 типов термопар по составу сплавов проводников:
Разновидности обозначаются буквами. (J, K, T, E, N, R, S, B, C).
Для нас важна термопара типа К (другое обозначение — ТХА): она наиболее распространенная, подходит для применения в бытовых, других приборах и для задач, не имеющих каких-либо особых требований.
Традиционно ТХА рекомендована всегда, если только нет обоснований для использования иных видов. Ниже приведем описание термопары типа К из узкопрофилированного сайта по электронике:
Информация по Госреестру
Основные данные | |
---|---|
Номер по Госреестру | 23411-12 |
Наименование | Преобразователи термоэлектрические кабельные |
Модель | ТХА-К, ТХК-К |
Класс СИ | 32.02 |
Год регистрации | 2012 |
Методика поверки / информация о поверке | ГОСТ 8.338-2002;МИ 3090-2007 |
Межповерочный интервал / Периодичность поверки | 3 года для преобразователей термоэлектрических кабельных ТХА-К, ТХК-К с диаметром термоэлектродов не менее 0,45 мм и класса допуска2 и эксплуатируемых при температурах не выше плюс 900 °С (для ТХА-К) и плюс 550 °С (для ТХК-К);2 года — для остальных. |
Страна-производитель | Россия |
Примечание | 25.06.2012 утвержден вместо 23411-07 |
Информация о сертификате | |
Срок действия сертификата | 25.06.2017 |
Номер сертификата | 46962 |
Тип сертификата (C — серия/E — партия) | C |
Дата протокола | Приказ 438 п. 26 от 25.06.201209 от 26.07.07 п.352 |
Изготовление термопары для мультиметра самостоятельно
Термопара, созданная своими руками, это сенсор в своей основе конструктивно аналогичный заводскому: два спаянные разные по составу электроды.
Перечень материалов, инструментов:
- константин. Есть в старых советских низкоомных керамических резисторах ПЭВ-10 или подобных им;
- проволока, медь;
- зажигалки: турбо («печка») и обычная.
Приемником данных может быть любой цифровой или аналоговый тестер. С помощью такой ТП для мультиметра можно замерять температуру исследуемых объектов.
Где взять проволоку
Чем меньше сечение проволоки, тем ниже погрешности ТП, поскольку понижается само влияние массива жил на теплообмен.
В нашем примере взяты 2 проводка из таких сплавов:
- константиновый. Берем из старого керамического резистора ПЭВ-10. Сплав также содержит зарубежный аналог 1R00JSMT и подобные типы радиодеталей. Некоторые такие радиодетали с нихромом — он не подойдет;
- медный проводок: из обмотки б/у трансформаторов от бытовых приборов, из кабелей, например, витой пары.
Скрутка, сварка
Делаем скрутку из 2 проводков. Затем свариваем этот конец: так как жилы тонкие, то подойдет зажигалка турбо, в народе «печка». Должна получиться круглая головка-капелька. Оставшиеся витки затем надо раскрутить, чтобы не было замыкания.
Принцип работы мы уже описали: при нагревании в месте горячего спая, то есть головки-капельки возникает разница потенциалов, инициирующая малый ток, который будет течь по проводкам к приемнику (мультиметру). Значения такого электричества будут характеризовать определенную температуру.
Другие способы сварки
Спаять проводки можно и кустарной сваркой, например, применив лабораторные автотрансформаторы, автомобильный аккумулятор. К одному полюсу («+») такого источника подсоединяем оба конца термопары, скрученные или соединенные механически проволокой. К другому подключаем вывод («−»), присоединенный к куску графита. Возникнет электродуга, произойдет сварка.
Напряжение для сварки подбирают экспериментально: начинают с малых значений 3–5 В и постепенно увеличивают до нужного результата. Оптимальное значение зависит от металла проволоки, ее сечения, длины — оно обычно не превышает 40–50 В. Соблюдают безопасность: не касаются к оголенным участкам, не подают слишком большое напряжение. Для удобства опасные сегменты изолируют изолентой, кембриком, керамическими трубками.
Хорошее соединение получают, разогревая проводки дуговым разрядом, зажигая его между ними и крепким (ропа) раствором поваренной соли.
Другие сплавы для электродов
Выше мы показали пример с электродами константин-медь. Термопара для измерения температуры своими руками может быть создана и с проволоки с иных материалов (сплавы см. выше в табл.). Такие материалы продаются на узкоспециализированных торговых площадках, но все-таки достать их сложнее, наиболее доступный из них хромель и алюмель.
Проверка самодельной термопары для мультиметра
Электроды собранного датчика подсоединяем к мультиметру аналогично как щупы. Затем измеряете среду: нагреваете головку зажигалкой, наблюдаете табло тестера. В нашем случае мультиметр показал напряжение 50 мВ и ток в 5 мкА, это максимальное значение для данной самоделки.
Калибровка
Откалибровать самодельную термопару и создать базу данных какое значение какой температуре соответствует, можно, опуская ТП в жидкость с заранее известной температурой (надо будет значительно ее нагреть). Останется сопоставить t° с показаниями мультиметра и записать цифровые соответствия.