Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Термопара представляет собой термоэлектрический преобразователь температуры, состоящий из двух проводников, выполненных из различных металлов или сплавов, соединенных на одном конце. Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте Зеебека, открытом в 1821 году. При возникновении разности температур между рабочим спаем и свободными концами термопары в цепи возникает термоэлектродвижущая сила, пропорциональная этой разности температур.
Термоэлектрический эффект обусловлен диффузией электронов в металлах с различной концентрацией носителей заряда. При нагреве рабочего спая электроны начинают диффундировать от горячего конца к холодному с разной интенсивностью в каждом из проводников. Это приводит к возникновению градиента электрического потенциала, который регистрируется измерительными приборами в виде напряжения от единиц до десятков милливольт.
Важная информация
Согласно ГОСТ Р 8.585-2001, значения ТЭДС термопар нормированы при температуре холодного спая 0°C. При работе с реальными измерительными системами применяется компенсация температуры холодного спая с использованием термопреобразователей сопротивления или программных алгоритмов.
НСХ термопары определяется зависимостью термоэлектродвижущей силы от температуры рабочего конца при постоянной заданной температуре свободных концов. ГОСТ Р 8.585-2001 устанавливает НСХ для термопар типов R, S, B, J, T, E, K, N согласно международным стандартам, а также для термопар типов A, L, M, применяемых в российской практике.
Значения ТЭДС рассчитываются по полиномам, аппроксимирующим зависимость электродвижущей силы от температуры. Для каждого типа термопары определены полиномы различных степеней для разных температурных поддиапазонов. Погрешность расчета по данным полиномам не превышает одной единицы в последней значащей цифре табличных значений ТЭДС согласно стандарту.
Стандарт гармонизирован с Международной температурной шкалой МТШ-90, что обеспечивает единообразие температурных измерений во всех отраслях промышленности. Таблицы НСХ содержат значения ТЭДС с шагом от 1 до 10 градусов в зависимости от типа термопары и температурного диапазона. Для промежуточных значений применяется линейная интерполяция.
Внимание
При использовании термопар типа L российского стандарта следует учитывать, что их характеристики отличаются от международного типа L согласно DIN. Взаимозаменяемость термопар ТХК и международного типа L не допускается без проведения индивидуальной градуировки.
Платинородиевые термопары типов S, R и B характеризуются высокой стабильностью показаний при длительной эксплуатации в окислительных средах. Термопара типа S содержит положительный электрод из сплава платины с десятью процентами родия и отрицательный электрод из технически чистой платины. Тип R отличается содержанием тринадцати процентов родия в положительном электроде.
Термопара типа B применяется для измерения сверхвысоких температур до 1700°C. Ее положительный электрод выполнен из сплава платины с тридцатью процентами родия, отрицательный — из сплава с шестью процентами родия. Отличительной особенностью данного типа является минимальная чувствительность к изменениям температуры холодного спая при температурах рабочего спая выше 600°C, что обусловлено практически нулевым выходным сигналом до 50°C.
Хромель-алюмелевые термопары типа K представляют наиболее распространенный вид преобразователей в промышленности. Хромель содержит около девяноста процентов никеля и десять процентов хрома, алюмель состоит преимущественно из никеля с добавками алюминия, марганца и кремния. Данная комбинация обеспечивает широкий температурный диапазон от минус 200 до плюс 1260°C при приемлемой стоимости.
Железо-константановые термопары типа J рекомендованы для работы в восстановительных средах и вакууме. Положительный электрод выполнен из технически чистого железа, отрицательный — из константана. Недостатком является склонность железного электрода к окислению при температурах выше 500°C, что ограничивает максимальную рабочую температуру значением 750°C.
Нихросил-нисиловые термопары типа N разработаны как альтернатива термопарам типа K с улучшенной стабильностью характеристик. Нихросил представляет сплав никеля с хромом и кремнием, нисил — никеля с кремнием и магнием. Термопары данного типа демонстрируют повышенную устойчивость к высокотемпературному окислению и меньший дрейф характеристик в процессе эксплуатации.
Термоэлектрические преобразователи делятся на классы допуска в зависимости от максимально допустимых отклонений ТЭДС от номинальных значений. Класс 1 обеспечивает наивысшую точность измерений, класс 2 характеризуется увеличенными допусками. Для термопар типа K класса 1 в диапазоне от минус 40 до плюс 1000°C допуск составляет ±1,5°C либо ±0,004 от абсолютного значения температуры, в зависимости от того, какая величина больше.
Для платинородиевых термопар типов S и R класса 1 допуск в диапазоне от 0 до 1100°C равен ±1,0°C. При температурах выше 1100°C применяется формула: ±[1 + (t − 1100) × 0,003]°C. Термопары типа B выпускаются только во втором классе допуска из-за особенностей их применения при сверхвысоких температурах.
Первичная поверка термоэлектрических преобразователей проводится по образцовым средствам измерений в соответствии с методиками, утвержденными метрологическими службами. Для термопар из благородных металлов применяется градуировка в реперных точках, например, при температуре плавления палладия 1554,8°C. Отклонение измеренной ТЭДС от номинального значения фиксируется в паспорте изделия.
Межповерочный интервал для термопар зависит от условий эксплуатации и составляет от одного до трех лет. При работе в агрессивных средах или при высоких температурах периодичность поверки сокращается. Термопары, используемые в качестве рабочих эталонов для калибровки измерительных систем, поверяются ежегодно с применением высокоточной эталонной аппаратуры.
Метрологические требования
При установке термопар необходимо минимизировать температурные градиенты вдоль термоэлектродов, использовать удлинительные провода соответствующего типа и обеспечивать компенсацию температуры холодного спая. Защитные чехлы не должны загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур.
Для дистанционного подключения термопар применяются специализированные удлинительные или компенсационные провода согласно IEC 60584-3. Удлинительные провода изготавливаются из тех же материалов, что и термоэлектроды, но могут иметь меньший диаметр. Компенсационные провода используются преимущественно с платинородиевыми термопарами и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов, но близкую термоэлектрическую характеристику в рабочем диапазоне.
Длина удлинительных проводов ограничивается их рабочим температурным диапазоном и сопротивлением линии. Для минимизации помех применяется экранирование кабелей с заземлением экрана на стороне вторичного преобразователя. При прокладке удлинительных проводов следует избегать участков с большими температурными градиентами и источниками электромагнитных помех.
Термопары эксплуатируются в защитных чехлах, материал которых выбирается в зависимости от условий измерений. Для температур до 1100°C применяются чехлы из жаропрочных сталей марок 12Х18Н10Т или ХН78Т. При более высоких температурах используются керамические материалы — корунд, муллит, карборунд.
Конструкция защитного чехла должна обеспечивать герметичность и механическую прочность при рабочих давлениях и температурах. Внутренний диаметр чехла выбирается с учетом возможности размещения термоэлектродов с изоляционными бусами или порошковой изоляцией. Глубина погружения термопары в измеряемую среду определяется требованиями минимизации потерь тепла по длине защитного чехла.
Монтаж термопар осуществляется таким образом, чтобы исключить механические натяжения и вибрации термоэлектродов. Крепление защитной арматуры должно обеспечивать надежную фиксацию при сохранении возможности демонтажа для проведения поверки или замены. В системах автоматического контроля применяются термопары с унифицированными присоединительными головками согласно ГОСТ 6616-94.
Требования безопасности
При монтаже термопар во взрывоопасных зонах необходимо применять оборудование с соответствующим уровнем взрывозащиты согласно требованиям технического регламента Таможенного союза ТР ТС 012/2011. Подключение термопар к измерительным системам осуществляется через искробезопасные барьеры или применяются термопары в искробезопасном исполнении.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.