Princip rada termoelementa: opis, uređaj, krug

Princip rada i termoparovi uređaja izuzetno su jednostavni. To je dovelo do popularnosti ovog uređaja i široke primjene u svim granama znanosti i tehnologije. Termopar je dizajniran za mjerenje temperature u širokom rasponu - od -270 do 2500 stupnjeva Celzija. Uređaj je desetljećima bio nezamjenjiv pomoćnik inženjera i znanstvenika. Radi pouzdano i pouzdano, a očitanja temperature su uvijek istinita. Sofisticiraniji i točniji instrument jednostavno ne postoji. Svi moderni uređaji rade na principu termopara. Rad u teškim uvjetima.

Namjena termoelementa

Ovaj uređaj pretvara toplinsku energiju u električnu struju i omogućuje mjerenje temperature. Za razliku od tradicionalnih živinih termometara, sposoban je raditi u uvjetima ekstremno niskih i ekstremno visokih temperatura. Ta je značajka dovela do široke uporabe termoparova u širokom rasponu instalacija: industrijske metalurške plinske peći kotlovi, vakuumske komore za kemijsku toplinsku obradu, peć na kućni plin. Princip rada termopara uvijek ostaje nepromijenjen i ne ovisi o uređaju u kojem je montiran.

Rad sustava za slučajno isključivanje uređaja u slučaju prekoračenja dopuštenih temperaturnih granica ovisi o pouzdanom i neprekidnom radu termoelementa. Stoga ovaj uređaj mora biti pouzdan i dati točna očitanja kako ne bi ugrozio živote ljudi.

Princip rada termopara

Termopar ima tri glavna elementa. To su dva vodiča električne energije iz različitih materijala, kao i zaštitna cijev. Dva kraja provodnika (koji se nazivaju i termoelektrodama) su zalemljeni, a druga dva spojena na potenciometar (uređaj za mjerenje temperature).

Jednostavno rečeno, princip rada termoelementa je da se spoj termoelektroda postavlja na medij, čija se temperatura mjeri. U skladu s Seebeckovim pravilom, postoji razlika potencijala na vodičima (inače, termoelektričnost). Što je temperatura medija viša, to je značajnija razlika potencijala. U skladu s tim, igla instrumenta se više otklanja.

U suvremenim kompleksima mjerenja digitalni indikatori temperature zamijenili su mehanički uređaj. Međutim, daleko je od toga da novi uređaj svojim karakteristikama nadilazi stare uređaje iz sovjetske ere. Na tehničkim sveučilištima, pa čak iu istraživačkim ustanovama, do danas koriste potenciometre stare 20-30 godina. Oni pokazuju nevjerojatnu točnost i stabilnost mjerenja.

Seebeck efekt

Princip rada termopara temelji se na tom fizičkom fenomenu. Donja crta je sljedeća: ako spojite dva vodiča različitih materijala (ponekad se koriste poluvodiči), struja će cirkulirati kroz ovaj električni krug.

Stoga, ako se spoj vodiča zagrije i ohladi, igla s potenciometrom će oscilirati. Galvanometar spojen na strujni krug također može dopustiti detektiranje struje.

U tom slučaju, ako su vodiči napravljeni od istog materijala, tada se neće pojaviti elektromotorna sila, odnosno neće biti moguće mjeriti temperaturu.

Shema spajanja termopara

Najčešći načini povezivanja mjerni instrumenti termoparovi su takozvani jednostavni postupci, kao i diferencirani. Suština prve metode je sljedeća: uređaj (potenciometar ili galvanometar) izravno je spojen na dva vodiča. u diferencirana metoda ne jedan, već dva kraja vodiča su zalemljeni, dok je jedna od elektroda "slomljena" mjernim uređajem.

Da ne spominjemo takozvanu daljinsku metodu povezivanja termoelementa. Princip rada ostaje nepromijenjen. Jedina razlika je u tome što su produžne žice dodane u krug. U tu svrhu, konvencionalna bakrena žica neće raditi, jer kompenzacijske žice moraju nužno biti izrađene od istih materijala kao i termoelementi.

Materijali za vodiče

Princip rada termoelementa temelji se na pojavi razlike potencijala u vodičima. Stoga se odabir materijala elektroda mora pristupiti vrlo odgovorno. Razlika u kemijskim i fizikalnim svojstvima metala glavni je čimbenik u radu termoelementa, čiji se uređaj i načelo djelovanja zasnivaju na pojavljivanju samoinducirane emf (potencijalne razlike) u krugu.

Tehnički čisti metali nisu prikladni za uporabu kao termoelementi (osim ARMKO željeza). Uobičajeno se koriste različite legure obojenih i plemenitih metala. Takvi materijali imaju stabilne fizikalno-kemijske karakteristike, tako da će očitavanja temperature uvijek biti točna i objektivna. Stabilnost i točnost - ključne kvalitete u organizaciji eksperimenta i proizvodnom procesu.

Trenutno su najčešći termoparovi sljedećih tipova: E, J, K.

Termoelement tipa E.

Constantan i kromel se koriste kao materijali za vodiče. Proizvodi ove vrste dokazali su se u smislu pouzdanosti i točnosti indikacija. Dokaz za to - mnoge pozitivne povratne informacije od stručnjaka. Međutim, ovaj sastav pokazuje točnost mjerenja samo u pozitivnom rasponu temperature do uključivo 600 stupnjeva Celzija.

Termopar J tipa

Prema principu rada, termoelement se ne razlikuje od prethodnog. Međutim, kromel je ustupio mjesto tehnički čistom željezu, što je omogućilo značajno proširenje raspona radne temperature uz održavanje stabilnosti indikacija. Ona se kreće od -100 do 1200 stupnjeva Celzija.

Termopar tipa K

To je možda najčešći tip termoelementa koji se koristi tijekom cijele godine. Par kromel - aluminija dobro radi na temperaturama od -200 do 1350 stupnjeva Celzija. Ovaj tip termoelementa je vrlo osjetljiv i hvata čak i blagi skok temperature. Zahvaljujući ovom skupu parametara, termoelement se koristi kako u proizvodnji tako iu znanstvenim istraživanjima. Ali ona također ima značajan nedostatak - utjecaj sastava radne atmosfere. Dakle, ako ovaj tip termoelementa radi u okolini CO ₂ , onda će termopar dati pogrešna očitanja. Ova značajka ograničava uporabu ove vrste uređaja. Shema i princip rada termopara ostaju nepromijenjeni. Jedina razlika je u kemijskom sastavu elektroda.

Test termopara

U slučaju kvara termoelementa ne može se popraviti. Teoretski, možete, naravno, popraviti, ali hoće li uređaj nakon toga pokazati točnu temperaturu je veliko pitanje.

Ponekad kvar termoelementa nije očigledan i očigledan. Osobito se to tiče plinskim stupovima. Princip rada termoelementa je isti. Međutim, on ima malo drugačiju ulogu i nije namijenjen vizualiziranju očitanja temperature, nego upravljanju ventilima. Zbog toga, da bi se otkrio kvar takvog termopara, potrebno je na njega spojiti mjerni uređaj (tester, galvanometar ili potenciometar) i zagrijati spoj termoelementa. Za to nije potrebno držati ga iznad otvorene vatre. Dovoljno je samo ga držati u šaci i vidjeti hoće li se igla uređaja otkloniti.

Razlozi neuspjeha termopara mogu biti različiti. Dakle, ako ne stavite poseban uređaj za zaštitu na termopar postavljen u vakuumsku komoru jedinice za ionsko plazma nitriranje, vremenom će postati krhkija dok se jedan od vodiča ne razbije. Osim toga, nije isključena vjerojatnost nepravilnog rada termoelementa zbog promjena u kemijskom sastavu elektroda. Uostalom, krše se temeljni principi rada termoelementa.

Plinska oprema (kotlovi, stupovi) također je opremljena termoparovima. Glavni razlog za neuspjeh elektroda su oksidativni procesi koji se razvijaju na visokim temperaturama.

U slučaju kada su očitanja uređaja očigledno netočna, a tijekom vanjskog pregleda nisu otkrivene slabe stezaljke, razlog je najvjerojatnije u kvaru mjernog instrumenta. U tom se slučaju mora vratiti na popravak. Ako imate odgovarajuće kvalifikacije, možete pokušati sami riješiti problem.

U svakom slučaju, ako potenciometar ili digitalni indikator pokazuju barem neke "znakove života", termoelement je netaknut. U ovom slučaju, problem očito leži u nečem drugom. I sukladno tome, ako uređaj ne reagira na očite promjene temperature, tada možete sigurno promijeniti termopar.

Međutim, prije nego što uklonite termoelement i postavite novi, morate biti potpuno uvjereni u njegov kvar. Da biste to učinili, dovoljno je pozvati termoelement običnim ispitivačem, a još bolje mjeriti izlazni napon. Malo je vjerojatno da će ovdje pomoći samo obični voltmetar. Trebat će vam milivoltmetar ili ispitivač s mogućnošću odabira mjerne ljestvice. Naposljetku, razlika potencijala je vrlo mala vrijednost. I standardni uređaj to čak neće ni osjetiti i neće ga popraviti.

Prednosti termopara

Zašto u dugoj povijesti rada termoparovi nisu zamijenjeni sofisticiranijim i modernijim senzorima koji mjere temperaturu? Da, iz jednostavnog razloga što se do sada nijedan drugi uređaj ne može natjecati s njim.

Prvo, termoparovi su relativno jeftini. Iako cijene mogu varirati u širokom rasponu kao rezultat korištenja određenih zaštitnih elemenata i površina, konektora i konektora.

Drugo, termoparovi se odlikuju nepretencioznošću i pouzdanošću, što im omogućuje uspješno djelovanje u agresivnim temperaturama i kemijskim sredinama. Takvi su uređaji ugrađeni čak i plinski kotlovi. Načelo djelovanja Termopar uvijek ostaje nepromijenjen, bez obzira na radne uvjete. Ne može svaki senzor druge vrste izdržati sličan učinak.

Tehnologija izrade i proizvodnje termoparova je jednostavna i jednostavna za primjenu u praksi. Grubo rečeno - dovoljno je samo okretati ili zavarivati ​​krajeve žica iz različitih metalnih materijala.

Još jedna pozitivna karakteristika je točnost mjerenja i slaba pogreška (samo 1 stupanj). Ta je točnost više nego dovoljna za potrebe industrijske proizvodnje i za znanstvena istraživanja.

Nedostaci termopara

Nedostaci termopara nisu toliko brojni, pogotovo ako se usporedi s njihovim najbližim konkurentima (temperaturnim senzorima drugih tipova), ali još uvijek postoje, a bilo bi nepravedno šutjeti o njima.

Dakle, razlika potencijala se mjeri u milivoltima. Stoga je potrebno koristiti vrlo osjetljive potenciometre. A ako smatrate da mjerni uređaji ne mogu uvijek biti postavljeni u neposrednoj blizini mjesta za prikupljanje eksperimentalnih podataka, tada morate koristiti neka pojačala. To donosi brojne neugodnosti i dovodi do nepotrebnih troškova u organizaciji i pripremi proizvodnje.