Termoparit Ne ovat teollisuudessa laajalti käytettyjä laitteita lämpötilan mittaamiseen. Monipuolisuuden, alhaisten kustannusten ja kestävyyden ansiosta termopareista on tullut yksi suosituimmista vaihtoehdoista lämpötilan tarkkaan seurantaan ja mittaamiseen erilaisissa ympäristöissä. Sen suunnittelu ja toiminta perustuvat yksinkertaisiin fysikaalisiin periaatteisiin, mutta sovellukset vaihtelevat teollisista prosesseista tieteelliseen tutkimukseen.
On olemassa useita lämpöparien tyypit, joista jokainen on suunniteltu erilaisille lämpötila-alueille ja ympäristöolosuhteille. Tässä artikkelissa tutkimme perusteellisesti erityyppisiä termopareja, niiden sovelluksia, keskeisiä ominaisuuksia ja kuinka valita sopivin ympäristön ja mittaustarpeen perusteella.
Mikä on termopari?
Un lämpöpari Se on anturi, joka mittaa lämpötilaa kahden eri metallijohtimen liitoksen kautta. Nämä johtimet tuottavat jännitteen, joka vaihtelee anturin päiden välisen lämpötilaeron mukaan, mikä mahdollistaa tarkan lämpötilan määrittämisen mittauspisteessä. Tätä ilmiötä kutsutaan Seebeck-efekti, joka on termoparien toiminnan perusta.
Toimintaperiaate
Kuten mainitsimme, lämpöpari perustuu Seebeck-efekti. Kun kaksi metallia asetetaan kosketuksiin ja altistetaan lämpötilaerolle, ne synnyttävät jännitteen. Termoparin toinen pää on kosketuksessa kohteen kanssa, jonka lämpötilaa mitataan ( kuuma liimaus), kun taas toinen pää pidetään tunnetussa lämpötilassa, kuten huoneenlämmössä ( kylmä liitto).
Tämä synnytetty jännite muunnetaan hyödylliseksi lämpötilalukemaksi. On tärkeää huomata, että lämpöparien lähtösignaali on hyvin pieni, yleensä millivoltteina, joten vahvistuspiiri on tarpeen signaalin muuntamiseksi hallittavaksi luvuksi.
Termoparien tyypit
Termopareja on useita tyyppejä riippuen materiaaleista, joista johtimet muodostavat, ja jokaisella tyypillä on ainutlaatuiset ominaisuudet lämpötila-alueen ja tarkkuuden suhteen. Alla kuvataan yleisimmät.
K-tyypin lämpöpari
K-tyypin termopari Se on yleisin alalla. Se koostuu yhdistelmästä nikkeli-kromi (Chromel®) positiivisena elementtinä ja nikkeli-alumiini (Alumel®) negatiivisena elementtinä. Se sopii erinomaisesti lämpötilojen mittaamiseen laajalla alueella -200°C - 1250°C.
Tämän tyyppinen termopari on erityisen hyödyllinen ympäristöissä, joissa esiintyy hapettavia ja korkeita lämpötiloja. Sen alhaiset kustannukset ja kestävyys tekevät siitä erinomaisen vaihtoehdon laajalle levinneisiin teollisiin sovelluksiin.
J-tyyppinen termopari
J-tyyppinen termopari Se tunnetaan käytöstä ympäristöissä, joissa lämpötilat vaihtelevat -210 °C - 760 °C. Se koostuu rauta positiivisena johtimena ja konstantan (kupari-nikkeliseos) negatiivisena johtimena.
Se on yksi halvempia lämpöpareja ja sopii ympäristöihin, jotka eivät ylitä 760 °C, koska rauta hapettuu nopeasti korkeammissa lämpötiloissa. Siksi se on ihanteellinen sovelluksiin, jotka vaativat edullisen anturin ja kohtuullisia lämpötiloja.
T-tyyppinen termopari
El T-tyyppinen termopari Se soveltuu erinomaisesti alhaisten lämpötilojen mittauksiin, kuten -200 °C - 350 °C. Sen ajurit koostuvat kupari positiivisella puolella ja konstantan negatiivisella puolella. Se on yksi parhaista vakauden ja tarkkuuden suhteen työskenneltäessä ei-äärimmäisillä kryogeenisillä tai ilmakehän alueilla.
Jalometallitermoparit: tyypit R, S ja B
nämä lämpöparien tyypit Ne on valmistettu pääasiassa jalometalleista, kuten platinasta, mikä tekee niistä ihanteellisia sovelluksiin, jotka vaativat erittäin korkeiden, jopa 1700 °C:n lämpötilojen mittaamista. Ne ovat erittäin tarkkoja ja vakaita, mutta myös kalliita.
R-tyypin termopari käyttää yhdistelmää platina-rodium kuljettajina. Se soveltuu jopa 1450 °C lämpötiloihin ja on erittäin vakaa, joten se soveltuu laboratorioihin ja erittäin tarkkoihin ympäristöihin.
El tyypin S termopari Se on samanlainen kuin tyyppi R, mutta sen platina-rodium-suhde on hieman erilainen, joten se sopii sovelluksiin, jotka vaativat korkeaa vakautta ja kestävyyttä.
B-tyypin termopari Se erottuu kyvystään mitata erittäin korkeita lämpötiloja, jopa 1700 °C, ilman kompensointia 50 °C:n kylmäliitoksessa. Tämä tekee siitä hyödyllisen korkean riskin teollisissa sovelluksissa ja vihamielisissä ympäristöissä.
N-tyypin termopari
El N-tyypin termopari Se kehitettiin K-tyypin evoluutiona, ja sille on ominaista parempi hapettumisenkestävyys ja stabiilisuus korkeissa lämpötiloissa. Se käyttää seoksia nicrosil y nisil, mikä mahdollistaa sen toiminnan jopa 1280 °C:n alueella.
Tämän tyyppinen termopari on ihanteellinen valinta sovelluksiin, jotka vaativat suurta lämpöhajoamisen kestävyyttä ja pitkäaikaista kestävyyttä.
Termoparin virhealueet ja rajat
IEC 60584-1 -standardi määrittää eri lämpötila-alueet ja virherajat kullekin termoparityypille. Vaikka ne vaihtelevat langan halkaisijan ja ympäristöolosuhteiden mukaan, voidaan yleisesti ottaen määritellä seuraavaa:
- Tyyppi J: -210 °C - 760 °C, virheellä ±2.2 °C tai ±0.75 %
- Tyyppi K: -200 °C - 1250 °C, virheellä ±2.2 °C tai ±0.75 %
- T-tyyppi: -200 °C - 350 °C, virheellä ±1.0 °C tai ±0.75 %
- Tyyppi N: -200 °C - 1280 °C, virheellä ±2.2 °C tai ±0.75 %
Kuinka valita oikea termopari?
Valitse sopiva termopari Se riippuu useista tekijöistä, kuten lämpötila-alueesta, jonka haluat mitata, ympäristöstä, jossa anturia käytetään, ja käytettävissä olevasta budjetista. On tärkeää ottaa huomioon mm.
- Maksimi- ja minimilämpötila: Jokaisella lämpöparityypillä on tietty toiminta-alue.
- Entorno de operación: Hapettavat, pelkistävät, kryogeeniset ilmakehät jne. voivat vaikuttaa anturin kestävyyteen.
- Kemiallinen resistanssi: Jotkut materiaalit ovat herkempiä korroosiolle, mikä vaikuttaa anturin käyttöikään.
- tarkkuus: Mitä suurempi tarkkuus, sitä kustannukset yleensä kasvavat, joten se on tasapainossa toimivuuden kanssa.
Yleisiä sovelluksia
Los lämpöparit Niitä käytetään miljoonissa sovelluksissa useilla eri aloilla niiden monipuolisuuden ja kestävyyden vuoksi. Joitakin esimerkkejä ovat:
- voimalaitoksia jossa seurataan turbiinien ja muiden kriittisten komponenttien lämpötiloja.
- Tutkimuslaboratoriot joissa vaaditaan suurta tarkkuutta mittaamalla äärimmäisissä lämpötiloissa, sekä korkeissa että matalissa.
- Teolliset prosessit kuten tehdasautomaatio, jossa lämmönvalvonnan tarve on jatkuva.
Termoparien edut ja haitat
Vaikka niitä käytetään laajasti, kaikki ympäristöt eivät sovellu termopareille. Analysoidaan sen vahvuudet ja heikkoudet.
Etu
- Tukeva ja kestävä jopa äärimmäisissä olosuhteissa.
- Halpa verrattuna muihin antureihin, kuten RTD:hen.
- Laajat lämpötila-alueetkryogeenisistä sovelluksista korkean lämpötilan sopimuksiin.
Haitat
- Rajoitettu tarkkuus verrattuna kehittyneempiin teknologioihin, kuten TTK-tekniikkaan.
- Herkkyys sähköiselle melulle, varsinkin pitkien kaapelien aikana.
- Tarve toteuttaa kylmäliitoksen kompensointi saadaksesi tarkkoja lukemia.
Kun yritetään valita sopivaa termoparia tiettyyn sovellukseen, on tärkeää ottaa huomioon kaikki nämä tekijät ja punnita sen tarjoamia etuja, kuten alhaista hintaa ja laajaa toiminta-aluetta sen tarkkuuden ja ympäristöherkkyyden rajoituksiin nähden. . Termoparit ovat edelleen yksi tehokkaimmista ja monipuolisimmista ratkaisuista lämpötilan mittaamiseen erittäin vaativissa teollisissa sovelluksissa.