- Zariadenie a princíp činnosti
- Typy termočlánkov a ich charakteristiky
- Porovnávacia tabuľka termočlánkov
- Spôsoby pripojenia
- prihláška
- Súvisiace videá
Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Pri automatizácii technologických procesov je často potrebné na účely ďalšieho spracovania prijímať ukazovatele teplotných zmien, ich zaťaženia do riadiacich systémov. To si vyžaduje vysoko presné snímače s nízkou zotrvačnosťou schopné odolať vysokým teplotným zaťaženiam v špecifickom rozsahu merania. Ako termoelektrický konvertor sú široko používané termočlánky - diferenciálne zariadenia, ktoré premieňajú tepelnú energiu na elektrickú energiu.
Prístroje sú tiež jednoduchým a pohodlným teplotným snímačom pre termoelektrický teplomer, ktorý je určený na vykonávanie presných meraní v pomerne širokom rozsahu teplôt. Najmä riadiaca automatizácia plynových kotlov a iných vykurovacích systémov sa spúšťa elektrickým signálom zo senzora na báze termočlánku. Návrhy snímačov poskytujú potrebnú presnosť merania vo zvolenom teplotnom rozsahu.
Zariadenie a princíp činnosti
Termočlánok konštrukčne pozostáva z dvoch drôtov, z ktorých každý je vyrobený z rôznych zliatin. Konce týchto vodičov tvoria kontakt (horúce spojenie), ktorý sa uskutočňuje skrútením, použitím úzkeho zvarového švu alebo zvárania na tupo. Voľné konce termočlánku sú uzavreté pomocou kompenzačných vodičov na kontakty meracieho zariadenia alebo pripojené k automatickému riadiacemu zariadeniu. Na križovatkách sa nachádza ďalšia tzv. Studená križovatka. Zariadenie je schematicky znázornené na obr.
Zóna teplého spojenia je zvýraznená červenou farbou, studená križovatka je modrá.
Elektródy sa skladajú z rôznych kovov (kov A a kov B), ktoré sú v grafe natreté v rôznych farbách. Na ochranu termoelektród z agresívneho horúceho prostredia sa umiestnia do utesnenej kapsuly naplnenej inertným plynom alebo kvapalinou. Niekedy sa na elektródy umiestnia keramické guľôčky, ako je znázornené na obr. 2).
Princíp činnosti je založený na termoelektrickom účinku. Keď je okruh uzavretý, napríklad pomocou milivoltmetra (pozri obr. 3), v miestach adhézie sa objaví termo-emf. Ak sú však kontakty elektród na rovnakej teplote, potom sa tieto EMF navzájom kompenzujú a prúd sa nevyskytuje. Ak je však potrebné ohrievať miesto horúceho spájkovania horákom, potom podľa Seebeckovho efektu bude existovať potenciálny rozdiel, ktorý podporuje existenciu elektrického prúdu v okruhu.
Je pozoruhodné, že napätie na studených koncoch elektród je úmerné teplote v oblasti spájkovania za tepla. Inými slovami, v určitom teplotnom rozsahu pozorujeme lineárnu termoelektrickú charakteristiku, ktorá ukazuje závislosť napätia na veľkosti teplotného rozdielu medzi bodmi spájkovania za tepla a za studena. Prísne vzaté, o linearite ukazovateľov sa dá hovoriť len vtedy, keď je teplota v oblasti studenej štrbiny konštantná. Toto by sa malo brať do úvahy pri vykonávaní stupňov termočlánkov. Ak sa teplota na studených koncoch elektród zmení, chyba merania môže byť dosť významná.
V prípadoch, keď je potrebné dosiahnuť vysokú presnosť ukazovateľov, sú aj v špeciálnych komorách umiestnené studené hroty meracích prevodníkov, v ktorých je teplotné prostredie udržiavané na rovnakej úrovni špeciálnymi elektronickými zariadeniami s použitím údajov z odporového teplomeru (obrázok je znázornený na obr. 4). Pomocou tohto prístupu môžete dosiahnuť presnosť merania s presnosťou do ± 0, 01 ° C. Taká vysoká presnosť je však potrebná len v niekoľkých technologických procesoch. V niektorých prípadoch nie sú požiadavky také prísne a chyba môže byť oveľa nižšia.
Chyba je ovplyvnená nielen poklesom teploty v prostredí okolitého spájkovania za studena. Presnosť odčítania závisí od typu konštrukcie, zapojenia vodičov a niektorých ďalších parametrov.
Typy termočlánkov a ich charakteristiky
Rôzne zliatiny používané na výrobu termočlánkov majú rôzne termo-emf koeficienty. V závislosti od toho, z akých kovov termoelektród sú vyrobené, sa rozlišujú tieto hlavné typy termočlánkov:
- TPP13 - platinová platina (typ R);
- TPP10 - platinová platina (typ S);
- TPR - platina-ródium-platina-ródium (typ B);
- TLC - železo-konštantan (typ J);
- TMKn - meď-konštantan (typ T);
- TNN - nihrosil-nisilovye (typ N);
- TXA - chromel-alumel (typ K);
- TCHKn - chromel-konstantan (typ E);
- TLC - chromel-copel (typ L);
- TMK - medený kopel (typ M);
- TCC - silh-silin (typ I);
- TVR - volfrám (typy A-1 - A-3).
Technické požiadavky na termočlánky sú stanovené parametrami definovanými v norme GOST 6616-94 a ich NSH (menovité statické konverzné charakteristiky), optimálne rozsahy merania, stanovené tolerančné triedy sa riadia normami IEC 62460 a definujú GOST 8.585-2001. Všimnite si tiež, že NSH v termočlánkoch volfrám-rénium chýbalo v tabuľkách IEC až do roku 2008. K dnešnému dňu tieto normy nedefinujú vlastnosti chromokopelcového termočlánku, ale ich parametre sú stále riadené GOST 8.585-2001. Preto dovážané termočlánky typu L nie sú úplným analógom TCC pre domáci výrobok.
Tepelné snímače možno klasifikovať podľa iných znakov: podľa typu križovatiek, počtu citlivých prvkov.
Typy križovatiek
V závislosti od účelu tepelného snímača môžu mať termočlánkové spojenia rôznu konfiguráciu. Existujú jednoprvkové a dvojprvkové križovatky. Môžu byť buď uzemnené na tele banky alebo na neuzemnenom povrchu. Schémy týchto štruktúr môžete pochopiť z obr.
Písmená sú označené:
- A - jedna križovatka, izolovaná od tela;
- H - jedno spojenie spojené s puzdrom;
- AI - dve izolované od seba a od telesa križovatky;
- 2I - dvojité spojenie, izolované od tela;
- IN - dve križovatky, z ktorých jedna je uzemnená;
- NN - dve neizolované križovatky napojené na skriňu.
Uzemnenie skrine redukuje zotrvačnosť termočlánku, čo zase zvyšuje výkon senzora a zvyšuje presnosť merania v reálnom čase.
Aby sa znížila zotrvačnosť v niektorých modeloch termoelektrických meničov, ponechajte horúce spojenie mimo ochrannej žiarovky.
Viacbodové termočlánky
Často sa vyžaduje meranie teploty na rôznych miestach súčasne. Viacbodové termočlánky riešia tento problém: zachytávajú údaje o teplote pozdĺž osi konvertora. Takáto potreba vzniká v chemickom a petrochemickom priemysle, kde je potrebné získať informácie o rozložení teploty v reaktoroch, frakcionačných kolónach a iných nádržiach určených na spracovanie kvapalín chemickými prostriedkami.
Viacbodové snímače teploty zvyšujú účinnosť, nevyžadujú komplexnú údržbu. Počet zberných miest môže dosiahnuť až 60. V tomto prípade sa používa len jedna banka a jeden vkladací bod v zariadení.
Porovnávacia tabuľka termočlánkov
Vyššie uvádzame typy termoelektrických meničov. Čitateľ s najväčšou pravdepodobnosťou má rozumnú otázku: Prečo existuje toľko typov termočlánkov?
Faktom je, že presnosť meraní deklarovaných výrobcom je možná len v určitom teplotnom rozsahu. Výrobca v tomto rozsahu garantuje lineárnu charakteristiku svojho výrobku. V iných rozsahoch môže byť závislosť napätia na teplote nelineárna, čo sa nevyhnutne prejaví v presnosti. Treba mať na pamäti, že materiály majú rôzny stupeň taviteľnosti, takže pre ne existuje limitná hodnota prevádzkových teplôt.
Na porovnanie termočlánkov sú zostavené tabuľky, v ktorých sú zobrazené hlavné parametre meracích prevodníkov. Ako príklad uvádzame jeden z variantov tabuľky na porovnanie bežných termočlánkov.
Tabuľka 1.
| Typ termočlánku | K | J | N | R | S | B | T | E |
| Materiál kladnej elektródy | Cr - Ni | fe | Ni - Cr - Si | Pt - Rh (13% Rh) | Pt - Rh (10% Rh) | Pt - Rh (30% Rh) | Cu | Cr - Ni |
| Materiál zápornej elektródy | Ni - Al | Cu - Ni | Ni - Si - Mg | pt | pt | Pt - Rh (6% Rh | Cu - Ni | Cu - Ni |
| Teplotný koeficient | 40 … 41 | 55.2 | 68 | |||||
| Rozsah prevádzkových teplôt, ºC | 0 až +1100 | 0 až +700 | 0 až +1100 | 0 až +1600 | 0 až 1600 | +200 až +1700 | −185 až +300 | 0 až +800 |
| Limitné teploty, ºС | -180; 1300 | -180; +800 | -270; 1300 | - 50; 1600 | -50; 1750 | 0; 1820 | -250; +400 | -40; 900 |
| Trieda presnosti 1, vo vhodnom teplotnom rozsahu, (° 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 | ||
| Trieda presnosti 2 v príslušnom teplotnom rozsahu, (° 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 | ||
| Kolíky farebného značenia IEC | Zelená - biela | Čierna - biela | Lilac - Biela | Oranžová - biela | Oranžová - biela | žiadny | Hnedá - biela | Fialová - Biela |
Spôsoby pripojenia
Každý nový spojovací bod drôtu z odlišných kovov tvorí studený spoj, ktorý môže ovplyvniť presnosť nameraných hodnôt. Preto sa termočlánkové spojenia uskutočňujú, ak je to možné, drôtmi z rovnakého materiálu ako elektródy. Výrobcovia zvyčajne dodávajú výrobky s pripojenými kompenzačnými vodičmi.
Niektoré merače obsahujú údaje na základe zabudovaného termistora. Drôty sú jednoducho pripojené k takýmto zariadeniam, pričom sa dodržiava ich polarita (pozri obr. 6).
Často používajte schému pripojenia „na prerušenie“. Meracie zariadenie je pripojené cez vodič rovnakého typu ako svorky (najčastejšie meď). Na križovatkách teda nie je žiadna studená križovatka. Je tvorená len na jednom mieste: v mieste pripojenia drôtu k elektróde termočlánku. Obrázok 7 znázorňuje schému takéhoto spojenia.
Pri pripájaní termočlánku by mali byť systémy merania umiestnené čo najbližšie, aby sa zabránilo používaniu príliš dlhých vodičov. V každom drôte možné rušenie, ktoré sa zvyšuje so zvyšujúcou sa dĺžkou drôtu. Ak je možné sa zbaviť rádiového rušenia tienením vodičov, potom je oveľa ťažšie sa vysporiadať s odberovými prúdmi.
V niektorých okruhoch sa používa kompenzačný termistor medzi kontaktom meracieho prístroja a bodom studeného spojenia. Pretože vonkajšia teplota má rovnaký vplyv na odpor a voľný spoj, tento prvok tieto účinky koriguje.
A nakoniec: po pripojení termočlánku k meraciemu zariadeniu je potrebné pomocou kalibračných tabuliek vykonať kalibračný postup.
prihláška
Termočlánky sa používajú všade tam, kde sa vyžaduje meranie teploty v procesnom prostredí. Používajú sa v automatizovaných riadiacich systémoch ako teplotné snímače. Termočlánky typu TVR, v ktorých je impozantný priemer termoelektródy, sú nenahraditeľné tam, kde je potrebné získať údaje o príliš vysokej teplote, najmä v metalurgii.
Plynové kotly, konvektory, ohrievače vody sú tiež vybavené termoelektrickými meničmi.
výhody
- vysoká presnosť merania;
- pomerne široký teplotný rozsah;
- vysoká spoľahlivosť;
- jednoduchá údržba;
- lace.
nedostatky
Nevýhody produktov sú faktory:
- účinok voľných križovatiek na výkon prístroja;
- obmedzenie limitov prevádzkového rozsahu nelineárnej závislosti TEDS na stupni zahrievania, čo spôsobuje ťažkosti pri vývoji sekundárnych prevodníkov signálu;
- pri dlhodobej prevádzke v podmienkach poklesu teploty sa kalibračné charakteristiky zhoršia;
- potreba individuálnej kalibrácie na dosiahnutie vysokej presnosti merania v rámci chyby 0, 01 ° C.
Vzhľadom na to, že je možné vyriešiť problémy spojené s nedostatkami, je použitie termočlánkov viac než odôvodnené.