Čo je to termočlán?

Čo je to termočlán?

Je to bežne používaný prvok snímania teploty v prístrojoch na meranie teploty. Priamo meria teplotu a prevádza teplotný signál na signál termoelektrického potenciálu, ktorý sa potom prevedie elektrickými prístrojmi (sekundárnymi prístrojmi) na teplotu nameraného média. Aj keď sa tvary rôznych termočlánkov môžu výrazne meniť v závislosti od ich aplikácie, ich základná štruktúra je do značnej miery rovnaká, zvyčajne pozostávajúca z termoelektrického prvku, ochrannej trubice izolačnej rukávov a spojovacej skrinky. Tieto termočlánky sa zvyčajne používajú v spojení s zobrazovacími nástrojmi, záznamovými nástrojmi a elektronickými regulátormi. Ako termočlánok funguje, tento vzťah sa široko používa pri praktickom meraní teploty. Pretože studená spoja T0 zostáva konštantná, termoelektrický potenciál generovaný termočlánkom sa mení iba so zmenami teploty horúcej križovatky (merací koniec). To znamená, že špecifický termoelektrický potenciál zodpovedá špecifickej teplote. Použitím metódy merania termoelektrického potenciálu môžeme dosiahnuť účel merania teploty Základným princípom merania teploty termočlánkov je to, že uzavretý obvod tvoria dva vodiče vyrobené z rôznych materiálov. Ak je medzi týmito dvoma koncami teplotný gradient, prúd preteká cez obvod, ktorý vytvára medzi týmito dvoma koncami elektromotívnu silu (EMF). Tento jav je známy ako Seebeck Effect. Dva vodiče, vyrobené z rôznych materiálov, sú termoelementy, pričom horúci koniec slúži ako pracovný koniec a chladiaci koniec ako voľný koniec, ktorý sa zvyčajne udržiava pri konštantnej teplote. Na základe vzťahu medzi EMF a teplotou sa vytvorí kalibračná tabuľka termočlánkov. Táto tabuľka je založená na stave, v ktorom je voľná koncová teplota 0 stupňov a rôzne termočlánky majú svoje vlastné kalibračné tabuľky. Ak sa do obvodu termočlánku pridá tretí kovový materiál, pokiaľ sú teploty na oboch križovatkách tohto materiálu rovnaké, termoelektrický potenciál generovaný termočlánkom zostane nezmenený a nezmenený pridaním tretieho kovu. Preto pri použití termočlánku na meranie teploty môže byť merací prístroj pripojený na meranie termoelektrického potenciálu, ktorý umožňuje stanovenie teploty meraného média. Pri meraní teploty pomocou termočlánku je nevyhnutné, aby teplota na studenej križovatke (koniec spojený s meracím obvodom cez olovo) zostal konštantná, pretože to zaisťuje, že termoelektrický potenciál je úmerná meranej teplote. Ak sa teplota na studenej križovatke (prostredie) počas merania zmení, môže výrazne ovplyvniť presnosť merania. Na kompenzáciu vplyvu zmien v teplote studeného spojenia sa opatrenia prijímajú na studenej križovatke, ktorá sa označuje ako kompenzácia studenej križovatky. Na pripojenie k meraciemu prístrojovi sa používajú špeciálne kompenzačné vodiče.

Bežné typy a vlastnosti termočlánkov

Bežné termočlánky sa dajú rozdeliť do dvoch hlavných typov: štandardný a non - štandard. Štandardné termočlánky sú tie, pre ktoré národný štandard určuje svoj termoelektrický potenciál - teplotný vzťah, povolená chyba a jednotná kalibračná tabuľka. Prichádzajú so zodpovedajúcimi zobrazovacími nástrojmi pre výber. Non - Štandardné termočlánky majú menší rozsah alebo množstvo aplikácií v porovnaní so štandardnými termočlánkami a vo všeobecnosti nemajú zjednotenú kalibračnú tabuľku, vďaka čomu sú primárne používané na merania v špeciálnych situáciách. Od 1. januára 1988 Čína štandardizuje výrobu termočlánkov a teplomerov odporu podľa medzinárodných štandardov IEC a označuje sedem typov {{}} s, b, e, k, r, j, t -

Teoreticky môžu byť akékoľvek dva rôzne vodiče (alebo polovodiče) spárované za vzniku termočlánku. Ako praktické komponenty merania teploty však musia spĺňať viac požiadaviek. Aby sa zabezpečila spoľahlivosť a dostatočná presnosť v inžinierskych aplikáciách, nie všetky materiály sú vhodné pre termočlánky. Všeobecne sú základné požiadavky na elektródové materiály termočlánkov:

1. V rozsahu merania teploty sú termoelektrické vlastnosti stabilné a časom sa nemenia a je dostatočná fyzikálna a chemická stabilita, ktorá nie je ľahké oxidovať alebo korodovať;

2, malý teplotný koeficient odporu, vysoká vodivosť, malé špecifické teplo;

3. Termoelektrický potenciál generovaný pri meraní teploty by mal byť veľký a termoelektrický potenciál je lineárny alebo takmer lineárny vzťah s jednou hodnotou s teplotou;

4. Materiál má dobrú reprodukovateľnosť,

Ako nainštalovať termočlánok?

Vo výrobe, v dôsledku rôznych testovaných objektov, rôznych podmienok prostredia, rôznych požiadaviek na meranie a rôzne inštalačné metódy tepelných rezistorov a opatrení, je potrebné zvážiť veľa problémov. V zásade sa však dá zvážiť z troch aspektov: presnosť merania teploty, bezpečnosť a pohodlie údržby. Aby sa zabránilo poškodeniu prvku snímania teploty, malo by sa zabezpečiť, aby mala dostatočnú mechanickú pevnosť. Na ochranu prvku pred opotrebením by sa mala pridať ochranná obrazovka alebo trubica. Aby sa zaistila bezpečnosť a spoľahlivosť, metóda inštalácie prvku snímania teploty by sa mala určiť na základe špecifických podmienok, ako je napríklad teplota a tlak média, ktoré sa má merať, dĺžka prvku, jeho inštalačná poloha a forma. Nasleduje niekoľko príkladov, ako upútať pozornosť:

Všetky prvky snímania teploty nainštalované, aby odolali tlaku, musia zabezpečiť ich utesnenie. V prípade termočlánkov pracujúcich pri vysokých teplotách, aby sa zabránilo deformácii ochrannej trubice, mali by sa vo všeobecnosti inštalovať vertikálne. Ak je potrebná vodorovná inštalácia, nemala by byť príliš dlhá a na ochranu termočlánku by sa mala použiť držiak. Ak je prvok snímania teploty nainštalovaný v potrubí s vysokou rýchlosťou prietoku stredného prietoku, mal by byť nainštalovaný pod uhlom. Aby sa zabránilo nadmernej erózii, je najlepšie nainštalovať prvok snímania teploty pri ohyboch potrubia. Ak stredný tlak presahuje 10 mPa, musí sa do meracích prvkov pridať ochranný oblek. Umiestnenie inštalácie termočlánkov a tepelných odporov by malo zvážiť dostatočný priestor na demontáž, údržbu a kalibráciu. Termočlánky a tepelné odpory s dlhšími ochrannými skúmavkami by sa mali ľahko rozobrať a zostaviť

Metóda merania teploty termočlánkov

Čas tepelnej odozvy je zložitý a rôzne experimentálne podmienky môžu viesť k rôznym výsledkom merania. Je to preto, že čas tepelnej odozvy je ovplyvnená rýchlosťou prenosu tepla medzi termočlánkom a jeho okolitým médiom; Vyššia rýchlosť prenosu tepla má za následok kratšiu dobu tepelnej odozvy. Aby sa zabezpečilo, že čas tepelnej odozvy produktov termočlánku je porovnateľný, vnútroštátne normy špecifikujú, že čas tepelnej odozvy by sa mala merať pomocou špecializovaného testovacieho zariadenia na prietok vody. Prietok vody by sa mal udržiavať na 0,4 ± 0,05 m/s, s počiatočnou teplotou v rozsahu od 5 do 45 stupňov a krokom teploty 40-50 stupňov. Počas testu by sa teplota vody nemala meniť o viac ako ± 1% teplotného kroku. Termočlán by sa mal vložiť do hĺbky 150 mm alebo do hĺbky vloženia konštrukcie (podľa toho, čo je menšie), čo by sa malo zaznamenať v skúšobnej správe.

Pretože zariadenie je relatívne zložité, v súčasnosti má toto vybavenie iba niekoľko jednotiek, takže národný štandard určuje, že výrobca a používateľ môžu rokovať o prijatí ďalších testovacích metód, ale uvedené údaje musia naznačovať testovacie podmienky.

Pretože termoelektrický potenciál termočlánku typu B je veľmi malý blízko teploty miestnosti, čas tepelnej odozvy sa nedá ľahko zmerať. Preto sa národný štandard stanoví, že na nahradenie vlastnej termoelektrickej zostavy termoelektrických elektród sa môže použiť zostava termoelektrickej elektród s rovnakou špecifikáciou termočlánku typu S a potom sa môže test vykonať.

Počas experimentu zaznamenajte čas T0,5, keď sa výstup termočlánku zmení na 50% zmeny teplotného kroku. Ak je to potrebné, zaznamenajte tiež 10% čas tepelnej odozvy T0.1 a 90% čas tepelnej odozvy T0.9. Zaznamenané časy tepelnej odozvy by mali byť priemerom najmenej troch testov, pričom každé meranie sa odchýli od priemeru o ± 10%. Okrem toho by čas potrebný na zmenu kroku teploty nemal prekročiť jeden - desatinu T0.5 testovaného termočlánku. Čas odozvy záznamového prístroja alebo merača by tiež nemal prekročiť jeden - desatinu T0.5 testovaného termočlánku.

Hlavné typy termočlánkov

1. Klasifikácia Podľa typu fixačného zariadenia ako hlavného prostriedku merania teploty má termočlán široký rozsah použití, takže existuje veľa požiadaviek na opravu zariadení a technický výkon. Preto sú upevňovacie zariadenia termočlánku rozdelené do šiestich typov: žiadny typ upevňovacieho zariadenia, typ závitu, typ príruby, pohybovaný typ príruby, pohyblivý typ pravítka prírubového uhla, kužeľová ochranná trubica.

2. Klasifikácia Podľa montáže a štruktúry podľa výkonu a štruktúry termočlánkov sa dajú rozdeliť na: odnímateľné termočlánky, výbuch -, dôkazné termočlánky, obrnené termočlánky a špeciálne účelové termočiny, ako sú napríklad tlakové pružinové termočlánky.

Na ktoré požiadavky by sa mali venovať pozornosť pri inštalácii termočlánku?

Pri inštalácii termočlánkov a teplomerov odporu by sa mala venovať presnosť merania teploty, bezpečnosti a spoľahlivosti a pohodlnej údržby a neovplyvniť prevádzku zariadení a výrobných operácií. Na splnenie vyššie uvedených požiadaviek pri výbere inštalačných častí a hĺbky vloženia termometov a odporových teplomerov venujte pozornosť nasledujúcim bodom:

1. Aby sa zabezpečilo dostatočnú výmenu tepla medzi meracieho konca termočlánku a odporným teplomerom a nameraným médiom, mal by sa merací bod primerane vybrať a termočlánok alebo odporový teplomer by sa mal nainštalovať čo najďalej z ventilov, lakťov a odumretých rohov a zariadení.

2. Termočlánky a termistory s ochrannými rukávmi majú prenos tepla a straty rozptylu tepla. Aby sa znížili chyby merania, termočlánky a termistory by mali mať dostatočnú hĺbku inzercie:

(1) Pre termočlánky merajúce teplotu tekutiny v strede potrubia by sa vo všeobecnosti malo vložiť do stredu potrubia (vertikálna inštalácia alebo naklonená inštalácia). Ak je priemer potrubia 200 mm, hĺbka inzercie termočlánku alebo odpor by sa mala zvoliť na 100 mm;

(2) Pre teplotné merania vysokých - teploty, vysoký - tlak a vysoké {- rýchlostné tekutiny (napríklad hlavná teplota pary), na zníženie odporu ochranného rukávu na tekutinu a zabránenie mu v tlaku tekutiny môže byť použitá pre chránenú trubicu alebo pre tekutý rukáv. Hĺbka ochranného rukávu pre plytký inzerčný termočlán by nemala byť pri vložení do hlavného parného potrubia menšia ako 75 mm; Štandardná hĺbka vkladania termočlánku tepelného rukávu je 100 mm;

(3) Ak je potrebné zmerať teplotu spalín v spaline, hoci priemer spaliny je 4 m, hĺbka inzercie termočlánku alebo odporu je 1 m;

(4) Ak hĺbka inzercie meracieho originálu presahuje 1 m, mala by sa nainštalovať vertikálne podľa možnosti, alebo by sa mal pridať podporný rám a ochranné potrubie.

Nasledujúce body by sa mali venovať pozornosti, aby ste správne používali termočlánok, aby sa predišlo chybám

Správne používanie termočlánku môže nielen presne získať teplotnú hodnotu, zabezpečiť kvalifikáciu produktu, ale tiež ušetriť spotrebu materiálu termočlánku, ušetriť peniaze a zabezpečiť kvalitu produktu. Nesprávna inštalácia, tepelná vodivosť a chyby v časovom oneskorení, sú hlavnými chybami pri používaní termočlánku.

1. Chyby zavedené nesprávnou inštaláciou, ak inštalačná poloha a hĺbka vloženia termočlánku presne neodrážajú skutočnú teplotu pece, napríklad termočlán by sa nemalo umiestniť príliš blízko k dverám alebo vykurovacím oblastiam a jeho vloženie by malo byť najmenej 8 až 10 -násobkom priemeru chránenej skúmavky. Pekcia medzi ochranným rukávom termočlánku a stenou pece nie je naplnená izolačným materiálom, ktorý môže spôsobiť, že teplo unikne alebo studený vzduch na napadnutie pece. Preto by sa medzera medzi ochranným rukávom termočlánku a stenou pece mala utesniť žiaruvkou ílom alebo azbestovým lanom, aby sa zabránilo konvekcii horúceho a studeného vzduchu, čo by mohlo ovplyvniť presnosť merania teploty. Ak je studený koniec termočlánku príliš blízko k telu pece, teplota môže prekročiť 100 stupňov. Inštalácia termočlánku by sa mala čo najviac vyhnúť silným magnetickým poliam a elektrickým poľom, takže by sa nemala nainštalovať v rovnakom potrubí ako napájacie káble, aby sa zabránilo rušeniu, ktoré by mohli spôsobiť chyby. Termočlánky by sa nemali inštalovať v oblastiach, kde merané médium tečie veľmi málo. Pri meraní teploty plynu vo vnútri potrubia s termočlánkom musí byť termočlán inštalovaný v smere oproti prietoku a musí mať dostatočný kontakt s plynom.

2. Chyba zavedená zhoršením izolácie, ak je termočlán izolovaný, príliš veľa zvyšku nečistôt alebo soli na ochrannej trubici a ťahová doštička spôsobuje zlú izoláciu medzi stožiarmi termočlánkov a stenou pece, čo je vážnejšie pri vysokej teplote. To spôsobí nielen stratu termoelektrického potenciálu, ale tiež zavedie rušenie a chyba spôsobená tým môže niekedy dosiahnuť stovky stupňov.

3. Chyba zavedená tepelnou zotrvačnosťou Tepelná zotrvačnosť termočlánkov spôsobuje, že čítanie prístroja zaostáva za skutočnými zmenami teploty, čo je obzvlášť viditeľné počas rýchlych meraní. Preto je vhodné používať termočlánky s jemnejšími termoelementmi a menšími priemermi ochrannej trubice. Ak to umožňuje merací prostredie, môže sa ochranná trubica odstrániť. V dôsledku oneskorenia je amplitúda kolísania teploty detegované termočlánkami menšia ako pri teplotách pece. Čím väčšie je oneskorenie merania, tým menšia je amplitúda kolísania termočlánkov a čím väčší je rozdiel od skutočnej teploty pece. Pri použití termočlánkov s veľkou časovou konštantou na meranie alebo reguláciu teploty môže prístroj vykazovať minimálne kolísanie teploty, ale skutočná teplota pece sa môže výrazne meniť. Aby sa zabezpečilo presné meranie teploty, mali by sa zvoliť termočlánky s malou časovou konštantou. Časová konštanta je nepriamo úmerná koeficientu prenosu tepla a priamo úmerná priemeru horúceho konca termočlánku, hustoty materiálu a jeho špecifické teplo. Aby sa znížila časová konštanta, okrem zvýšenia koeficientu prenosu tepla je najúčinnejšou metódou minimalizovať veľkosť horúceho konca. V praxi sa materiály s dobrou tepelnou vodivosťou, tenkými stenami trubice a malými vnútornými priemermi zvyčajne používajú pre ochranné rukávy. Pre presnejšie merania teploty sa používajú holé termočlánky drôtov bez ochranných rukávov, ale tieto sa môžu ľahko poškodiť a vyžadovať včasnú kalibráciu alebo výmenu.

4. Chyba tepelného odporu pri vysokej teplote, ak je na ňu pripevnená vrstva sadzí a prach sa pripevní, zvýši sa tepelný odpor a bude prekážať vedenie tepla. V tejto dobe je indikácia teploty nižšia ako skutočná hodnota nameranej teploty. Preto by sa mala zachovať vonkajšia čistota ochrannej trubice termočlánkov, aby sa znížila chyba.

Hlavné výhody termočlánkov

1. Vysoká presnosť merania. Pretože je priamo v kontakte s nameraným objektom, nie je ovplyvnený medziproduktovým médiom.

2. Široký rozsah merania. Bežné termočlánky sa môžu merať nepretržite od-50 stupňov-1600 stupňov a niektoré špeciálne termočlánky sa môžu merať ako nízke AS-269 stupňov (napríklad chróm železa zlata) a až 2800 stupňov (ako je volfust, rénia).

3. Jednoduchá štruktúra a ľahko použiteľné. Termočlánky sa zvyčajne skladajú z dvoch rôznych kovových drôtov a nie sú obmedzené veľkosťou a začiatkom. Majú na vonkajšej strane ochranný rukáv, vďaka ktorému je veľmi pohodlné používanie.

Aké sú budúce trendy a aplikačné oblasti termočlánku?

I. Budúce vývojové trendové inovácie a zlepšenie výkonu Nové termoelektrické materiály: Vyvíjajte materiály s vyššou citlivosťou a širším teplotným rozsahom (ako sú oxidové termočlánky, nanokompozity) nahradenie tradičných kovových zliatin (napríklad K - typu, J {2} typu) Flexibilné termočlánky: Dopyt po opotrebiteľných zariadeniach a zakrivená teplota tenké - termočlánky filmu (napríklad tlačená elektronika). Vysokoteplotné supravodivé materiály: skúmanie stabilných schém merania teploty v extrémnych prostrediach (ako je letecký a jadrový reaktory). Inteligentné a integrované spracovanie zabudovaného signálu: integrovaný miniatúrny zosilňovač a obvod digitálnej kompenzácie, priamy výstup digitálneho signálu, znižuje externé rušenie. IoT Fusion: Diaľkové monitorovanie bezdrôtovým prenosom (napríklad Lora, NB - IoT) na podporu aplikácií Industry 4.0 a Smart City. Self - napájaný systém: Používanie efektu termočlánkov SeeBeck na napájanie nízkych - napájacie zariadenia (napríklad bezdrôtové uzly senzorov). Optimalizácia technológie presnosti a spoľahlivosti AI Kalibračná technológia: Prostredníctvom strojového učenia sa dynamicky kompenzuje nelineárna chyba a starnutie driftu, predlžujte životnosť služieb. Multi - Fúzia senzora: kombinovaná s infračervenou, RTD atď., Aby sa zlepšila spoľahlivosť merania v zložitom prostredí. Nízke náklady a štandardizácia MEMS Proces: Veľké - Výroba mikroelektromechanických systémov znižuje náklady na mikro termočlánky a rozširuje spotrebiteľské aplikácie. Medzinárodné štandardné zjednotenie: Prispôsobte sa na globálny dodávateľský reťazec, zjednodušujte proces výberu a údržby.

2, Emerging Application Fields New Energy and uhlíková neutralita fotovoltaická a energia: Monitorujte teplotu solárneho panela (aby sa zabránilo efektu horúceho bodu) a tepelné riadenie systémov na uchovávanie energie. Vodíková energia: Vysokotlaková výroba vodíka a monitorovanie teploty stohov palivových článkov. Jadrová fúzia: extrémne merania vysokej teploty pre budúce reaktory (ako sú termočlánky volfrámu a rénium). Vysoký - Výroba polovodičov koncovej výroby a automatizácie: Presná regulácia teploty spracovania a leptania oblátkov (požadovaná odozva milisekund). Aditívna výroba: Real - Časová spätná väzba teploty taveniny v procese 3D tlače na optimalizáciu kvality formovania. Robot: Ochrana spoločného robotického spoločného robota. Biomedicínsky a zdravie minimálne invazívna chirurgia: Ultrajemne termočlánky sú integrované do katétra alebo endoskopu na monitorovanie teploty tkaniva v reálnom čase. Nositeľné zariadenia: Nepretržité monitorovanie zmien telesnej teploty (napríklad potreby riadenia zdravia po epidémii). Liečba s nízkou teplotou: Presná kontrola teploty počas kryoterapie tekutého dusíka. Aerospace a obranné nadzvukové lietadlá: Monitorovanie aerodynamického zahrievania povrchu (vyžaduje sa materiály odolné voči viac ako 2000 ° C). Satelitná tepelná kontrola: Zlepšenie spoľahlivosti v prostredí priestoru extrémnej teploty. Manažment v oblasti zdravia motora: Monitorovanie distribúcie teploty turbíny. Smart Home and Consumer Electronics Inteligentné domáce spotrebiče: Presná regulácia teploty pecí, kávovary a ďalšie domáce spotrebiče. Zariadenia AR/VR: Zabráňte prehriatiu procesora v ovplyvňovaní skúseností používateľa. Inteligentné poľnohospodárstvo životného prostredia a poľnohospodárstva: monitorovanie teploty skleníkových a pôdy. Geotermálne prieskum: Meranie hlbokej studne teploty na pomoc pri vývoji energie.

zhrnúť

Budúcnosť termočlánkov sa zameria na tri kľúčové oblasti: High - výkonnostné materiály, inteligencia a kríž - integrácia domény. Budú naďalej prenikať do vysokej - koncové sektory, ako je nová energia, zdravotná starostlivosť a letectvo, a vstupujú na spotrebiteľský trh, keď sa náklady znižujú. Ich základné výhody - jednoduchú štruktúru, žiadnu požiadavku na napájanie a tepelný odpor - zabezpečte ich nenahraditeľnosť, ale musia sa tiež vyvíjať spolu s novými technológiami senzorov.