- Uređaj i princip rada
- Vrste termoparova i njihove karakteristike
- Tablica za usporedbu termopara
- Načini povezivanja
- primjena
- Povezani videozapisi
Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
U automatizaciji tehnoloških procesa često je potrebno uzimati pokazatelje temperaturnih promjena, za njihovo punjenje u kontrolne sustave, u svrhu daljnje obrade. Za to su potrebni vrlo točni senzori s niskom inercijom koji mogu izdržati visoka temperaturna opterećenja u određenom mjernom području. Kao termoelektrični pretvarač, termoparovi su široko korišteni - diferencijalni uređaji koji pretvaraju toplinsku energiju u električnu energiju.
Uređaji su također jednostavan i pogodan temperaturni senzor za termoelektrični termometar, dizajniran za obavljanje točnih mjerenja u prilično širokom rasponu temperatura. Konkretno, automatizacija upravljanja plinskim kotlovima i drugim sustavima grijanja pokreće električni signal senzora na bazi termoelementa. Konstrukcija senzora osigurava potrebnu točnost mjerenja u odabranom temperaturnom rasponu.
Uređaj i princip rada
Termopar se strukturalno sastoji od dvije žice od kojih je svaka izrađena od različitih legura. Krajevi tih vodiča tvore kontakt (vrući spoj) koji se izvodi uvijanjem, uz uski šav za zavarivanje ili sučeono zavarivanje. Slobodni krajevi termoelementa se zatvaraju pomoću kompenzacijskih žica na kontakte mjernog uređaja ili su povezani s automatskim upravljačkim uređajem. Na spojnim točkama nastaju drugi tzv. Hladni spojevi. Uređaj je shematski prikazan na slici 1.
Zona vrućeg spoja je označena crvenom bojom, hladni spoj je plave boje.
Elektrode se sastoje od različitih metala (metal A i metal B), koji su u dijagramu obojani različitim bojama. Kako bi se zaštitile termoelektrode od agresivnog vrućeg okoliša, one se stavljaju u zatvorenu kapsulu napunjenu inertnim plinom ili tekućinom. Ponekad se keramičke kuglice stavljaju na elektrode, kao što je prikazano na sl. 2).
Princip rada temelji se na termoelektričnom učinku. Kada je krug zatvoren, na primjer s milivoltmetrom (vidi sliku 3), na mjestima spajanja pojavljuje se termo-emf. Ali ako su kontakti elektroda na istoj temperaturi, tada ti EMF međusobno kompenziraju i struja se ne pojavljuje. Međutim, ako je potrebno zagrijati mjesto vrućeg lemljenja s bakljom, tada će prema Seebeckovom efektu postojati razlika potencijala koja podržava postojanje električne struje u krugu.
Važno je napomenuti da je napon na hladnim krajevima elektroda proporcionalan temperaturi u području vrućeg lemljenja. Drugim riječima, u određenom temperaturnom rasponu promatramo linearnu termoelektričnu karakteristiku koja pokazuje ovisnost napona o veličini temperaturne razlike između točaka vrućeg i hladnog lemljenja. Strogo govoreći, o linearnosti pokazatelja može se govoriti samo kada je temperatura u području hladne komisure konstantna. To treba uzeti u obzir pri izvođenju termoelementa. Ako se temperatura na hladnim krajevima elektroda promijeni, pogreška mjerenja može biti vrlo značajna.
U slučajevima kada je nužno postići visoku točnost pokazatelja, hladni šiljci mjernih pretvarača postavljaju se čak iu posebne komore u kojima se temperaturno okruženje održava na istoj razini pomoću posebnih elektroničkih uređaja koji koriste podatke iz otporničkog termometra (dijagram je prikazan na slici 4). Ovim pristupom možete postići točnost mjerenja s točnošću do ± 0, 01 ° C. Međutim, takva visoka točnost potrebna je samo u nekoliko tehnoloških procesa. U nekim slučajevima, zahtjevi nisu toliko strogi i pogreška može biti znatno niža.
Na pogrešku ne utječe samo pad temperature u okolini oko hladnog lemljenja. Točnost očitanja ovisi o vrsti konstrukcije, ožičenju vodiča i nekim drugim parametrima.
Vrste termoparova i njihove karakteristike
Različite legure koje se koriste za izradu termopara imaju različite termo-emf koeficijente. Ovisno o tome od kojih su metala izrađene termoelektrode, razlikuju se sljedeće glavne vrste termoparova:
- TPP13 - platina-platina (tip R);
- TPP10 - platina-platina (tip S);
- TPR - platina-rodij-platina-rodij (tip B);
- TLC - željezo - konstantan (tip J);
- TMKn - bakreni konstantan (tip T);
- TNN - nihrosil-nisilovye (tip N);
- TXA - kromel-alumel (tip K);
- TCHKn - kromel-konstantan (tip E);
- TLC - kromel-kopel (tip L);
- TMK - bakreni kopel (tip M);
- TCC - silh-silin (tip I);
- TVR - volfram (tipovi A-1 - A-3).
Tehnički zahtjevi za termoparove postavljaju se prema parametrima definiranim prema GOST-u 6616-94, a njihov NSH (karakteristike nominalne statičke konverzije), optimalnim mjernim rasponima, utvrđenim razredima tolerancije regulirani su IEC 62460 standardima, a definirani su prema GOST 8.585-2001. Napominjemo također da su NSH u volfram-renijskim termoparovima bili odsutni u IEC tablicama do 2008. Do danas, ovi standardi ne definiraju karakteristike kromel-kopel termoelementa, ali su njihovi parametri još uvijek regulirani prema GOST 8.585-2001. Stoga uvezeni termoparovi tipa L nisu potpuni analogni TCC domaćeg proizvoda.
Termički senzori mogu se klasificirati prema drugim znakovima: prema tipu spojeva, broju osjetljivih elemenata.
Vrste križanja
Ovisno o svrsi termalnog senzora, spojevi termoelementa mogu imati različitu konfiguraciju. Postoje spojevi s jednim elementom i dva elementa. Mogu biti ili uzemljeni na tijelo tikvice ili neosnovani. Možete razumjeti sheme takvih struktura sa slike 5.
Slova su označena:
- I - jedan spoj, izoliran od tijela;
- H - jedan spoj spojen na kućište;
- AI - dva izolirana jedan od drugoga i od tijela spoja;
- 2I - dvostruki spoj, izoliran od tijela;
- IN - dva spoja, od kojih je jedan uzemljen;
- NN - dva neizolirana spoja spojena na kućište.
Uzemljivanjem kućišta smanjuje se inercija termoelementa, što povećava učinkovitost senzora i povećava točnost mjerenja u stvarnom vremenu.
Kako bi se smanjila inercija u nekim modelima termoelektrični pretvarači ostaviti vrući spoj izvan zaštitne žarulje.
Višestruki termoparovi
Često je potrebno mjerenje temperature u različitim točkama u isto vrijeme. Multipoint termoparovi rješavaju ovaj problem: snimaju podatke o temperaturi duž osi pretvarača. Takva potreba nastaje u kemijskoj i petrokemijskoj industriji gdje je potrebno dobiti informacije o raspodjeli temperature u reaktorima, stupcima za frakcioniranje i drugim spremnicima namijenjenim za preradu tekućina kemijskim sredstvima.
Multipoint mjerni pretvarači za mjerenje temperature poboljšavaju učinkovitost, ne zahtijevaju složeno održavanje. Broj mjesta za prikupljanje podataka može doseći i do 60. U ovom slučaju, koristi se samo jedna tikvica i jedna točka umetanja u instalaciji.
Tablica za usporedbu termopara
Iznad smo razmatrali tipove termoelektričnih pretvarača. Čitatelj najvjerojatnije ima razumno pitanje: Zašto postoji toliko vrsta termoparova?
Činjenica je da je točnost mjerenja koju je naveo proizvođač moguć samo u određenom temperaturnom području. U tom rasponu proizvođač jamči linearno svojstvo svog proizvoda. U drugim rasponima, ovisnost napona o temperaturi može biti nelinearna, i to će se nužno odraziti na točnost. Treba imati na umu da materijali imaju različit stupanj topljivosti, pa za njih postoji granična vrijednost radnih temperatura.
Za usporedbu termoparova izrađuju se tablice u kojima se prikazuju glavni parametri mjernih pretvarača. Kao primjer predstavljamo jednu od varijanti tablice za usporedbu uobičajenih termoparova.
Tablica 1.
| Tip termopara | K | J | N | R | S | B | T | E |
| Materijal pozitivne elektrode | Cr - Ni | fe | Ni - Cr - Si | Pt - Rh (13% Rh) | Pt - Rh (10% Rh) | Pt - Rh (30% Rh) | Cu | Cr - Ni |
| Materijal negativne elektrode | Ni - Al | Cu - Ni | Ni - Si - Mg | platina | platina | Pt - Rh (6% Rh | Cu - Ni | Cu - Ni |
| Temperaturni koeficijent | 40 … 41 | 55.2 | 68 | |||||
| Raspon radne temperature, ºC | 0 do +1100 | 0 do +700 | 0 do +1100 | 0 do +1600 | 0 do 1600 | +200 do +1700 | -185 do +300 | 0 do +800 |
| Granične temperature, ºS | -180; 1300 | -180; 800 | -270; 1300 | - 50; 1600 | -50; 1750 | 0; 1820 | -250; 400 | -40; 900 |
| Klasa točnosti 1, u odgovarajućem temperaturnom području, (° C) | ± 1.5 od -40 ° C do 375 ° C | ± 1.5 od -40 ° C do 375 ° C | ± 1.5 od -40 ° C do 375 ° C | ± 1, 0 od 0 ° C do 1100 ° C | ± 1, 0 od 0 ° C do 1100 ° C | ± 0.5 od -40 ° C do 125 ° C | ± 1.5 od -40 ° C do 375 ° C | |
| ± 0, 004 × T od 375 ° C do 1000 ° C | ± 0, 004 × T od 375 ° C do 750 ° C | ± 0, 004 × T od 375 ° C do 1000 ° C | ± 1 + 0.003 × (T - 1100)] od 1100 ° C do 1600 ° C | ± 1 + 0.003 × (T - 1100)] od 1100 ° C do 1600 ° | ± 0, 004 × T od 125 ° C do 350 ° C | ± 0, 004 × T od 375 ° C do 800 ° C | ||
| Klasa točnosti 2 u odgovarajućem temperaturnom rasponu, (° C) | ± 2.5 od -40 ° C do 333 ° C | ± 2.5 od -40 ° C do 333 ° C | ± 2.5 od -40 ° C do 333 ° C | ± 1.5 od 0 ° C do 600 ° C | ± 1.5 od 0 ° C do 600 ° C | ± 0, 0025 × T od 600 ° C do 1700 ° C | ± 1, 0 od -40 ° C do 133 ° C | ± 2.5 od -40 ° C do 333 ° C |
| ± 0, 0075 × T od 333 ° C do 1200 ° C | ± 0, T od 333 ° C do 750 ° C | ± 0, 0075 × T od 333 ° C do 1200 ° C | ± 0, 0025 × T od 600 ° C do 1600 ° C | ± 0, 0025 × T od 600 ° C do 1600 ° C | ± 0, 0075 × T od 133 ° C do 350 ° C | ± 0, 0075 × T od 333 ° C do 900 ° C | ||
| Igle IEC oznaka u boji | Zeleno - bijelo | Crno - bijelo | Lila - bijela | Narančasta - bijela | Narančasta - bijela | ne | Smeđe - bijelo | Ljubičasta - bijela |
Načini povezivanja
Svaka nova spojna točka žice od različitih metala stvara hladni spoj, što može utjecati na točnost očitanja. Prema tome, spojevi termoelementa se, ako je moguće, izvode žicama istog materijala kao i elektrode. Proizvođači obično isporučuju proizvode s priključenim kompenzacijskim žicama.
Neka brojila sadrže očitanja koja se temelje na ugrađenom termistoru. Žice su jednostavno spojene na takve uređaje, promatrajući njihov polaritet (vidi sliku 6).
Često koristite shemu povezivanja "za prekid". Mjerni uređaj je spojen preko vodiča istog tipa kao i terminali (najčešće bakar). Dakle, na spojevima nema hladnog spoja. Nastaje samo na jednom mjestu: na mjestu spajanja žice na elektrode termoelementa. Slika 7 prikazuje dijagram takve veze.
Kod spajanja termoelementa, mjerne sustave treba postaviti što bliže kako bi se izbjeglo korištenje predugačkih žica. U bilo kojoj žici moguća interferencija, koja se povećava s povećanjem duljine žice. Ako je moguće riješiti radio smetnje zaštitom ožičenja, onda je mnogo teže nositi se s strujama podizanja.
U nekim krugovima koristi se kompenzacijski termistor između kontakta mjernog instrumenta i hladne spojne točke. Budući da vanjska temperatura jednako utječe na otpornik i slobodni spoj, taj će element ispraviti takve učinke.
I na kraju: nakon što ste spojili termoelement s mjernim uređajem, potrebno je pomoću kalibracijskih tablica provesti postupak umjeravanja.
primjena
Termoparovi se koriste gdje god je potrebno mjerenje temperature u procesnom okruženju. Koriste se u automatiziranim sustavima upravljanja kao temperaturni senzori. Termoparovi tipa TVR, u kojima je impresivan promjer termoelektrode, nezamjenjivi su tamo gdje je potrebno dobiti podatke o previsokim temperaturama, osobito u metalurgiji.
Plinski kotlovi, konvektori, grijači vode također su opremljeni termoelektričnim pretvaračima.
prednosti
- visoka točnost mjerenja;
- širok raspon temperatura;
- visoka pouzdanost;
- jednostavno održavanje;
- jeftinoća.
mane
Nedostaci proizvoda su čimbenici:
- učinak slobodnih spojeva na izvedbu instrumenata;
- ograničavanje granica radnog područja nelinearne ovisnosti TEDS-a o stupnju zagrijavanja, što stvara poteškoće u razvoju sekundarnih pretvarača signala;
- tijekom dugotrajnog rada u uvjetima pada temperature, kalibracijske karakteristike se pogoršavaju;
- potreba za pojedinačnom kalibracijom za postizanje visoke točnosti mjerenja, unutar pogreške od 0, 01 ºC.
Zbog činjenice da se problemi povezani s nedostacima mogu riješiti, upotreba termopara je više nego opravdana.