Čo je to termočlánok: Princíp činnosti a jeho aplikácie

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





V roku 1821 fyzik, konkrétne „Thomas Seebeck“, odhalil, že keď budú dva rôzne kovové drôty spojené na oboch koncoch jedného spojenia v obvode, keď bude teplota pôsobiť na spoj, dôjde k prúdeniu prúdu cez obvod ktoré je známe ako elektromagnetické pole (EMF). Energia, ktorá je produkovaná obvodom, sa nazýva Seebeckov efekt. Na základe efektu Thomasa Seebecka ako jeho usmernenia boli obaja talianski fyzici, menovite Leopoldo Nobili a Macedonio Melloni, v spolupráci s navrhnutím termoelektrickej batérie v roku 1826, ktorá sa nazýva tepelný multiplikátor, čerpala z objavu Seebeckovej termoelektriky zlúčením a galvanometer ako aj termočlánok na výpočet žiarenia. Za jeho úsilie niektorí ľudia identifikovali Nobiliho ako objaviteľa termočlánku.

Čo je to termočlánok?

Termočlánok možno definovať ako druh teploty senzor ktorá sa používa na meranie teploty v jednom konkrétnom bode vo forme EMF alebo elektrického prúdu. Tento snímač obsahuje dva odlišné kovové drôty, ktoré sú navzájom spojené na jednom spoji. Na tomto spoji je možné merať teplotu a zmena teploty kovového drôtu stimuluje napätie.




Termočlánok

Termočlánok

Množstvo EMF generovaného v prístroji je veľmi malé (milivolty), preto sa na výpočet e.m.f vyprodukovaného v obvode musia použiť veľmi citlivé prístroje. Bežnými zariadeniami používanými na výpočet e.m.f sú potenciometre na vyrovnávanie napätia a bežný galvanometer. Z týchto dvoch sa vyvažovací potenciometer využíva fyzicky alebo mechanicky.



Princíp práce termočlánku

The princíp termočlánku hlavne závisí od troch účinkov, konkrétne od Seebecka, Peltiera a Thompsona.

Viď efekt beck

Tento typ účinku sa vyskytuje medzi dvoma rozdielnymi kovmi. Keď sa teplo ponúka niektorému z kovových drôtov, potom sa tok elektrónov dodáva z horúceho drôtu do studeného. Preto jednosmerný prúd stimuluje obvod.


Peltierov efekt

Tento Peltierov efekt je opačný k Seebeckovmu efektu. Tento efekt uvádza, že rozdiel teplôt je možné vytvoriť medzi ľubovoľnými dvoma rozdielnymi vodičmi uplatnením potenciálnej zmeny medzi nimi.

Thompsonov efekt

Tento efekt uvádza, že keď sa dva rozdielne kovy spoja, a ak tvoria dva kĺby, potom napätie v dôsledku gradientu teploty indukuje celkovú dĺžku vodiča. Toto je fyzické slovo, ktoré demonštruje zmenu rýchlosti a smeru teploty v presnej polohe.

Konštrukcia termočlánku

Konštrukcia zariadenia je uvedená nižšie. Skladá sa z dvoch rôznych kovových drôtov, ktoré sú navzájom spojené na konci spoja. Križovatka sa považuje za merací koniec. Koniec križovatky je rozdelený do troch typov, a to neuzemnený, uzemnený a exponovaný spoj.

Konštrukcia termočlánku

Konštrukcia termočlánku

Neuzemnený spoj

V tomto type križovatky sú vodiče úplne oddelené od ochranného krytu. Medzi aplikácie tohto spoja patria hlavne vysokotlakové aplikačné práce. Hlavnou výhodou použitia tejto funkcie je zníženie efektu rozptýleného magnetického poľa.

Uzemnený spoj

V tomto type križovatky sú kovové drôty, ako aj ochranný kryt, navzájom spojené. Táto funkcia sa používa na meranie teploty v kyslej atmosfére a dodáva odolnosť proti hluku.

Exposed-Junction

Exponované spojenie je použiteľné v oblastiach, kde je potrebná rýchla reakcia. Tento typ križovatky sa používa na meranie teploty plynu. Kov použitý na výrobu teplotného snímača závisí v zásade od rozsahu výpočtu.

Všeobecne je termočlánok navrhnutý s dvoma rôznymi kovovými drôtmi, a to so železom a s konštantanom, ktoré umožňujú detekciu prvku pripojením na jednom spoji, ktorý sa nazýva horúci spoj. Skladajú sa z dvoch križovatiek, jedna križovatka je spojená voltmetrom alebo vysielač kde studený spoj a druhý spoj sú spojené v procese, ktorý sa nazýva horúci spoj.

Ako funguje termočlánok?

The diagram termočlánku je zobrazený na obrázku nižšie. Tento obvod môže byť vyrobený z dvoch rôznych kovov a sú navzájom spojené generovaním dvoch križovatiek. Dva kovy sú obklopené spojením pomocou zvárania.

Na vyššie uvedenom diagrame sú križovatky označené P & Q a teploty sú označené T1 a T2. Keď je teplota križovatky navzájom odlišná, potom v obvode vzniká elektromagnetická sila.

Obvod termočlánku

Obvod termočlánku

Ak sa teplota na konci spojenia zmení na ekvivalentnú, potom v obvode vznikne ekvivalent, ako aj reverzná elektromagnetická sila, a nepreteká ním žiadny prúd. Podobne sa nevyvážená teplota na konci križovatky stáva, potom v tomto obvode indukuje zmena potenciálu.

Veľkosť elektromagnetickej sily indukovanej v obvode závisí od druhov materiálu používaného na výrobu termočlánkov. Celý tok prúdu v celom obvode vypočítajú meracie prístroje.

Elektromagnetická sila indukovaná v obvode sa vypočíta podľa nasledujúcej rovnice

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Kde ∆Ө je teplotný rozdiel medzi koncom spojenia horúceho termočlánku a referenčným koncom spojenia termočlánku, a & b sú konštanty.

Typy termočlánkov

Predtým, ako sa pustíme do diskusie o typoch termočlánkov, je potrebné si uvedomiť, že termočlánok je potrebné chrániť v ochrannom puzdre, aby sa izoloval od atmosférických teplôt. Táto krytina významne minimalizuje korózny vplyv na zariadenie.

Existuje teda veľa druhov termočlánkov. Pozrime sa na ne podrobne.

Typ K - Toto sa tiež nazýva termočlánok typu Nikel-Chróm / Nikel-Alumel. Je to najbežnejšie používaný typ. Vyznačuje sa zvýšenou spoľahlivosťou, presnosťou a lacnosťou a je vhodný na použitie pri väčších teplotných rozsahoch.

Typ K.

Typ K.

Rozsahy teplôt sú:

Drôt s termočlánkom - -270 ° F až 2300 ° F0C až 12600C)

Predlžovací vodič (00C až 2000C)

Tento typ K má úroveň presnosti

Štandardné +/- 2,2 ° C alebo +/- 0,75% a špeciálne limity sú +/- 1,1 ° C alebo 0,4%

Typ J - Je to zmes železa / Constantanu. Toto je tiež najbežnejší typ termočlánku. Má vlastnosti zvýšenej spoľahlivosti, precíznosti a lacnosti. Toto zariadenie je možné prevádzkovať iba pri menších teplotných rozsahoch a má krátku životnosť, keď je prevádzkované pri vysokých teplotných teplotách.

J Typ

J Typ

Rozsahy teplôt sú:

Drôt s termočlánkom - -210 ° F až 1400 ° F (-210 ° C)0C až 7600C)

Predlžovací vodič (00C až 2000C)

Tento typ J má úroveň presnosti

Štandardné +/- 2,2 ° C alebo +/- 0,75% a špeciálne limity sú +/- 1,1 ° C alebo 0,4%

Typ T - Je to zmes medi a Constantanu. Termočlánok typu T má zvýšenú stabilitu a je všeobecne implementovaný pre aplikácie s nižšou teplotou, ako sú mrazničky s veľmi nízkou teplotou a kryogenika.

T typ

T typ

Rozsahy teplôt sú:

Drôt s termočlánkom - -270 ° F až 700 ° F0C až 3700C)

Predlžovací vodič (00C až 2000C)

Tento typ T má úroveň presnosti

Štandardné +/- 1,0 ° C alebo +/- 0,75% a špeciálne limity sú +/- 0,5 ° C alebo 0,4%

Typ E - Je to zmes nikel-chróm / Constantan. Má vyššiu schopnosť signálu a lepšiu presnosť v porovnaní s termočlánkami typu K a J, keď je prevádzkovaný na ≤ 1000F.

Typ E

Typ E

Rozsahy teplôt sú:

Drôt s termočlánkom - -270 ° F až 1600 ° F0C až 8700C)

Predlžovací vodič (00C až 2000C)

Tento typ T má úroveň presnosti

Štandardná +/- 1,7 ° C alebo +/- 0,5% a špeciálne limity sú +/- 1,0 ° C alebo 0,4%

Typ N - Považuje sa za termočlánok Nicrosil alebo Nisil. Teplota a úroveň presnosti typu N sú podobné typu K. Tento typ je však drahší ako typ K.

Typ N

Typ N

Rozsahy teplôt sú:

Drôt s termočlánkom - -270 ° F až 2300 ° F0C až 3920C)

Predlžovací vodič (00C až 2000C)

Tento typ T má úroveň presnosti

Štandardné +/- 2,2 ° C alebo +/- 0,75% a špeciálne limity sú +/- 1,1 ° C alebo 0,4%

Typ S - Považuje sa za termočlánok platina / ródium alebo 10% / platina. Termočlánok typu S je extrémne implementovaný pre aplikácie v oblasti vysokých teplôt, ako napríklad v biotechnologických a farmaceutických organizáciách. Vďaka svojej zvýšenej presnosti a stabilite sa používa dokonca aj pre aplikácie s menším teplotným rozsahom.

Typ S

Typ S

Rozsahy teplôt sú:

Drôt termočlánku - -58F až 2700F (-500C až 14800C)

Predlžovací vodič (00C až 2000C)

Tento typ T má úroveň presnosti

Štandardné +/- 1,5 ° C alebo +/- 0,25% a špeciálne limity sú +/- 0,6 ° C alebo 0,1%

Typ R - Považuje sa za termočlánok platina / ródium alebo 13% / platina. Termočlánok typu S je extrémne implementovaný pre aplikácie s vysokými teplotami. Tento druh je dodávaný s vyšším množstvom ródia ako typ S, čo robí zariadenie nákladnejším. Vlastnosti a výkon typu R a S sú takmer podobné. Vďaka svojej zvýšenej presnosti a stabilite sa používa dokonca aj pre aplikácie s menším teplotným rozsahom.

Typ R

Typ R

Rozsahy teplôt sú:

Drôt termočlánku - -58F až 2700F (-500C až 14800C)

Predlžovací vodič (00C až 2000C)

Tento typ T má úroveň presnosti

Štandardné +/- 1,5 ° C alebo +/- 0,25% a špeciálne limity sú +/- 0,6 ° C alebo 0,1%

Typ B - Považuje sa za buď 30% platinového ródia alebo 60% platinového ródia termočlánku. Toto je široko používané vo vyšších teplotných aplikáciách. Zo všetkých vyššie uvedených typov má typ B najvyšší teplotný limit. Na úrovniach zvýšenej teploty si termočlánok typu B udrží zvýšenú stabilitu a presnosť.

Typ B

Typ B

Rozsahy teplôt sú:

Drôt s termočlánkom - 32F až 3100F (00C do 17000C)

Predlžovací vodič (00C až 1000C)

Tento typ T má úroveň presnosti

Štandardná +/- 0,5%

Typy S, R a B sa považujú za termočlánky z ušľachtilého kovu. Vyberajú sa preto, lebo môžu fungovať aj pri vysokých teplotách, poskytujúc veľkú presnosť a dlhú životnosť. V porovnaní s typmi obyčajných kovov sú však drahšie.

Pri výbere termočlánku je potrebné zohľadniť veľa faktorov, ktoré vyhovujú jeho použitiu.

  • Skontrolujte, aké sú nízke a vysoké teplotné rozsahy potrebné pre vašu aplikáciu?
  • Aký rozpočet sa má použiť termočlánok?
  • Aké percento presnosti sa má použiť?
  • V akých atmosférických podmienkach pracuje termočlánok, napríklad inertný plynný alebo oxidujúci
  • Aká je úroveň odozvy, ktorá sa očakáva, čo znamená, že ako rýchlo musí zariadenie reagovať na zmeny teploty?
  • Aká je požadovaná doba životnosti?
  • Pred operáciou skontrolujte, či je prístroj ponorený do vody alebo nie a do akej hĺbky?
  • Bude využitie termočlánku prerušované alebo nepretržité?
  • Bude termočlánok vystavený skrúteniu alebo ohýbaniu po celú dobu životnosti zariadenia?

Ako zistíte, že máte zlý termočlánok?

Aby bolo možné zistiť, či termočlánok funguje perfektne, je potrebné vykonať testovanie zariadenia. Pred výmenou zariadenia musíte skontrolovať, či skutočne funguje alebo nie. K tomu úplne postačuje multimetr a základné znalosti elektroniky. Existujú hlavne tri prístupy k testovaniu termočlánku pomocou multimetra a sú vysvetlené nižšie:

Skúška odolnosti

Na vykonanie tejto skúšky musí byť prístroj umiestnený v potrubí plynových zariadení a požadovaným vybavením sú digitálny multimetr a krokosvorky.

Postup - Krokodílske svorky pripojte k úsekom v multimetri. Pripojte svorky na obidvoch koncoch termočlánku tak, aby sa jeden koniec dal ohnúť do plynového ventilu. Teraz zapnite multimetr a poznamenajte si možnosti čítania. Ak multimetr zobrazuje ohmy v malom poradí, je termočlánok v perfektnom funkčnom stave. Alebo inak, ak je nameraná hodnota 40 ohmov alebo viac, nie je v dobrom stave.

Test otvoreného obvodu

Tu sa ako zariadenie používa krokodílová svorka, zapaľovač a digitálny multimetr. Tu sa namiesto merania odporu počíta napätie. Teraz so zapaľovačom zahrejte jeden koniec termočlánku. Keď multimetr zobrazuje napätie v rozmedzí 25-30 mV, potom pracuje správne. Alebo inak, keď je napätie blízke 20mV, musí sa zariadenie vymeniť.

Skúška na uzavretý obvod

Tu sa ako zariadenie používa krokosvorka, adaptér termočlánku a digitálny multimetr. Tu je adaptér umiestnený vo vnútri plynového ventilu a potom je termočlánok umiestnený na jednom okraji adaptéra. Teraz zapnite multimetr. Keď je nameraná hodnota v rozmedzí 12-15 mV, zariadenie je v správnom stave. Alebo ak poklesne hodnota napätia pod 12 mV, znamená to chybné zariadenie.

Pomocou vyššie uvedených testovacích metód teda možno zistiť, či termočlánok funguje správne alebo nie.

Aký je rozdiel medzi termostatom a termočlánkom?

Rozdiely medzi termostatom a termočlánkom sú:

Funkcia Termočlánok Termostat
Rozsah teploty-454 až 32720F-112 až 3020F
Cenové rozpätieMenejVysoký
StabilitaPoskytuje menšiu stabilituPoskytuje strednú stabilitu
CitlivosťTermočlánok má menšiu citlivosťTermostat ponúka najlepšiu stabilitu
LineárnosťMiernaChudobný
Náklady na systémVysokýStredná

Výhody nevýhody

Medzi výhody termočlánkov patria nasledujúce.

  • Presnosť je vysoká
  • Je robustný a dá sa použiť v prostredí ako drsné alebo vysoké vibrácie.
  • Tepelná reakcia je rýchla
  • Pracovný rozsah teploty je široký.
  • Široký rozsah prevádzkových teplôt
  • Náklady sú nízke a mimoriadne konzistentné

Medzi nevýhody termočlánkov patria nasledujúce.

  • Nelinearita
  • Najmenej stabilita
  • Nízke napätie
  • Vyžaduje sa odkaz
  • najmenšia citlivosť
  • Rekalibrácia termočlánku je ťažká

Aplikácie

Niektoré z aplikácie termočlánkov zahrňte nasledujúce.

  • Používajú sa ako snímače teploty v termostatoch v kanceláriách, domácnostiach, kanceláriách a firmách.
  • Používajú sa v priemysle na sledovanie teplôt kovov v železe, hliníku a kove.
  • Používajú sa v potravinárskom priemysle na kryogénne a nízkoteplotné aplikácie. Termočlánky sa používajú ako tepelné čerpadlo na vykonávanie termoelektrického chladenia.
  • Používajú sa na testovanie teploty v chemických závodoch, ropných zariadeniach.
  • Používajú sa v plynových strojoch na detekciu riadiaceho plameňa.

Aký je rozdiel medzi RTD a termočlánkom?

Ďalšou najdôležitejšou vecou, ​​ktorú je potrebné vziať do úvahy v prípade termočlánku, je to, ako sa líši od zariadenia RTD. Takže tabuľka vysvetľuje rozdiely medzi RTD a termočlánkom.

RTD Termočlánok
RTD je veľmi vhodný na meranie menšieho rozsahu teplôt, ktoré sú medzi (-200 ° C)0C až 5000C)Termočlánok je vhodný na meranie vyššieho rozsahu teplôt, ktoré sú medzi (-180 ° C)0C až 23200C)
Pre minimálny rozsah prepínania vykazuje zvýšenú stabilituMajú minimálnu stabilitu a tiež výsledky nie sú presné, ak sú testované viackrát
Má väčšiu presnosť ako termočlánokTermočlánok má menšiu presnosť
Rozsah citlivosti je viac a môže dokonca vypočítať minimálne zmeny teplotyRozsah citlivosti je menší a tieto nemôžu vypočítať minimálne zmeny teploty
RTD zariadenia majú dobrý čas odozvyTermočlánky poskytujú rýchlu odozvu ako RTD
Výstup je lineárneho tvaruVýstup je nelineárneho tvaru
Sú drahšie ako termočlánokSú ekonomické ako RTD

Čo je životnosť?

The životnosť termočlánku je založený na aplikácii, keď sa používa. Nemožno teda konkrétne predpovedať dobu životnosti termočlánku. Ak bude zariadenie správne udržiavané, bude mať dlhú životnosť. Zatiaľ čo po nepretržitom používaní by sa mohli poškodiť v dôsledku starnutia.

Z tohto dôvodu sa tiež zníži výstupný výkon a slabá účinnosť signálov. Cena termočlánku tiež nie je vysoká. Odporúča sa teda meniť termočlánok každé 2 až 3 roky. Toto je odpoveď na otázku aká je životnosť termočlánku ?

Jedná sa teda o prehľad termočlánku. Z vyššie uvedených informácií nakoniec môžeme vyvodiť záver, že meranie výstup termočlánku možno vypočítať pomocou metód ako multimetr, potenciometer a zosilňovač pomocou výstupných zariadení. Hlavným účelom termočlánku je vytvoriť konzistentné a priame meranie teploty v niekoľkých rôznych aplikáciách.