Što je termoelej?

Što je termoelej?

To je uobičajeni element osjetljivosti na temperaturu u instrumentima mjerenja temperature. Izravno mjeri temperaturu i pretvara temperaturni signal u termoelektrični potencijalni signal, koji se zatim pretvara električnim instrumentima (sekundarnim instrumentima) u temperaturu izmjerenog medija. Iako se oblici raznih termoparova mogu uvelike razlikovati ovisno o njihovoj primjeni, njihova je osnovna struktura uglavnom ista, obično se sastoji od termoelektričnog elementa, zaštitne cijevi za izolaciju rukava i spojne kutije. Ovi termoparovi obično se koriste zajedno s instrumentima za prikaz, instrumentima za snimanje i elektroničkim regulatorima. Kako termoelement radi ovaj odnos široko se koristi u praktičnom mjerenju temperature. Budući da je hladni spoj T0 ostaje konstantan, termoelektrični potencijal generiran termoelemom varira samo s promjenama temperature vrućeg spoja (mjernog kraja). To znači da specifični termoelektrični potencijal odgovara određenoj temperaturi. Korištenjem metode mjerenja termoelektričnog potencijala možemo postići svrhu mjerenja temperature Temeljni princip mjerenja temperature termoelementa je da zatvoreni krug formira dva vodiča izrađena od različitih materijala. Kada postoji gradijent temperature između dva kraja, struja teče kroz krug, stvarajući elektromotivnu silu (EMF) između dva kraja. Ovaj fenomen poznat je kao Efekt Seebeckov. Dva vodiča, izrađena od različitih materijala, su termoelementi, s tim da je vrući kraj koji služi kao radni kraj i hladniji kraj kao slobodni kraj, koji se obično održava na konstantnoj temperaturi. Na temelju odnosa između EMF -a i temperature stvara se tablica kalibracije termoelementa. Ova se tablica temelji na stanju u kojem je temperatura slobodne krajnje 0 stupnjeva, a različiti termoparovi imaju svoje kalibracijske tablice. Kad se u krug termoelementa doda treći metalni materijal, sve dok su temperature na oba spoja ovog materijala iste, termoelektrični potencijal koji generira termoelement ostat će nepromijenjen, ne utječe na dodavanje trećeg metala. Stoga, kada se koristi termoelement za mjerenje temperature, mjerni instrument može se spojiti za mjerenje termoelektričnog potencijala, što omogućava utvrđivanje temperature medija koji se mjeri. Pri mjerenju temperature s termoelementacijom ključno je da temperatura na hladnom spoju (kraj spojen na mjerni krug kroz vodi) ostaje konstantna, jer to osigurava da je termoelektrični potencijal proporcionalan izmjerenoj temperaturi. Ako se temperatura na hladnom spoju (okoliš) promijeni tijekom mjerenja, to može značajno utjecati na točnost mjerenja. Da bi se nadoknadio utjecaj promjena temperature hladnog spoja, mjere se poduzimaju na hladnom spoju, što se naziva kompenzacija hladnog spajanja. Posebne kompenzacijske žice koriste se za povezivanje s mjernim instrumentom.

Uobičajene vrste i karakteristike termoparova

Uobičajeni termoparovi mogu se kategorizirati u dvije glavne vrste: Standardni i non - Standard. Standardni termoparovi su oni za koje nacionalni standard određuje svoj termoelektrični potencijal - temperaturni odnos, dopuštena pogreška i objedinjena tablica kalibracije. Dolaze s odgovarajućim instrumentima za odabir. Non - Standardni termoparovi imaju manji raspon ili količinu aplikacija u usporedbi sa standardnim termoparovima i uglavnom nemaju jedinstvenu tablicu kalibracije, što ih čini prvenstveno korištenim za mjerenja u posebnim situacijama. Od 1. siječnja 1988., Kina je standardizirala proizvodnju termoparova i termometra otpora prema IEC međunarodnim standardima, označavajući sedam vrsta - s, b, e, k, r, j, t - kao ujedinjeni standardni termooci za Kinu.

Teoretski, bilo koja dva različita vodiča (ili poluvodiči) mogu se upariti u formiranje termoelementa. Međutim, kao praktične komponente mjerenja temperature, moraju ispunjavati više zahtjeva. Da bi se osigurala pouzdanost i dovoljna točnost u inženjerskim primjenama, nisu svi materijali prikladni za termoelelere. Općenito, osnovni zahtjevi za elektrodne materijale termoparova su:

1. U okviru raspona mjerenja temperature, termoelektrična svojstva su stabilna i ne mijenjaju se s vremenom, a dovoljna je fizička i kemijska stabilnost, što nije lako oksidirati ili korodirati;

2, mali temperaturni koeficijent otpornosti, visoka vodljivost, mala specifična toplina;

3. Termoelektrični potencijal generiran u mjerenju temperature trebao bi biti velik, a termoelektrični potencijal linearni ili gotovo linearni odnos funkcije jednostruke vrijednosti s temperaturom;

4. Materijal ima dobru obnovljivost,

Kako instalirati termoelement?

U proizvodnji, zbog različitih objekata koji su ispitivani, različitih uvjeta okoliša, različitih zahtjeva za mjerenjem i različitih načina instalacije toplinskih otpornika i poduzetih mjera, potrebno je razmotriti mnogo problema. Međutim, u načelu se može razmotriti iz tri aspekta: točnost mjerenja temperature, sigurnost i praktičnost održavanja. Da bi se spriječilo oštećenje elementa osjetljivosti na temperaturu, treba osigurati da ima dovoljnu mehaničku čvrstoću. Da biste zaštitili element od trošenja, treba dodati zaštitni zaslon ili cijev. Da bi se osigurala sigurnost i pouzdanost, treba odrediti metodu instalacije elementa osjetljivosti temperature na temelju specifičnih uvjeta, poput temperature i tlaka medija koji se mjeri, duljine elementa, njegovog položaja ugradnje i oblika. Slijedi nekoliko primjera za privlačenje pažnje:

Svi elementi osjetljivosti na temperaturu instalirani kako bi izdržali tlak moraju osigurati njihovo brtvljenje. Za termoparove koji rade na visokim temperaturama, kako bi se spriječila deformacija zaštitne cijevi, oni se općenito trebaju ugraditi okomito. Ako je potrebna horizontalna instalacija, ne bi trebala biti preduga i za zaštitu termoelementa treba koristiti nosač. Ako je element osjetljivosti temperature ugrađen u cjevovod s visokom brzinom srednjeg protoka, treba ga ugraditi pod kutom. Da bi se spriječila pretjerana erozija, najbolje je ugraditi element osjetljivosti temperature na zavoje cjevovoda. Kad srednji tlak prelazi 10MPa, mjernom elementu mora se dodati zaštitni rukav. Položaj instalacije termoparova i toplinskih otpornika također bi trebalo razmotriti dovoljno prostora za rastavljanje, održavanje i umjeravanje. Termoparovi i toplinski otpornici s duljim zaštitnim cijevima trebaju biti lako rastavljanje i sastavljanje

Metoda mjerenja temperature termoelementa

Vrijeme toplinskog odziva je složeno, a različiti eksperimentalni uvjeti mogu dovesti do različitih rezultata mjerenja. To je zato što na vrijeme toplinskog odziva utječe brzina prijenosa topline između termoelementa i okolnog medija; Veća brzina prijenosa topline rezultira kraćim vremenom toplinskog odziva. Da bi se osiguralo da je vrijeme toplinskog odziva proizvoda termoelementara, nacionalni standardi određuju da se vrijeme toplinskog odziva treba izmjeriti pomoću specijaliziranog uređaja za ispitivanje protoka vode. Brzina protoka vode treba održavati na 0,4 ± 0,05 m/s, s početnom temperaturom u rasponu od 5-45 stupnjeva i temperaturnim korakom od 40-50 stupnjeva. Tijekom ispitivanja, temperatura vode ne smije se mijenjati za više od ± 1% temperaturnog koraka. Termoelement treba umetnuti na dubinu od 150 mm ili u dubinu umetanja dizajna (ovisno o tome koja je manja), a to treba napomenuti u izvješću o ispitivanju.

Budući da je uređaj relativno složen, samo nekoliko jedinica trenutno ima ovu opremu, tako da nacionalni standard propisuje da proizvođač i korisnik mogu pregovarati o usvajanju drugih metoda ispitivanja, ali podaci moraju ukazivati ​​na uvjete ispitivanja.

Budući da je termoelektrični potencijal termoelementa tipa B vrlo mali blizu sobne temperature, vrijeme toplinskog odziva nije lako izmjeriti. Stoga, nacionalni standard propisuje da se sklop termoelektrične elektrode iste specifikacije termoelementa tipa S može koristiti za zamjenu vlastitog sklopa termoelektričnih elektroda, a zatim se test može provesti.

Tijekom eksperimenta, zabilježite vrijeme T0.5 kada se izlaz termoelementa mijenja 50% koraka temperature. Ako je potrebno, zabilježite i 10% toplinskog odziva T0.1 i 90% toplinskog vremena odziva T0.9. Zabilježena vremena toplinskog odziva trebala bi biti prosjek najmanje tri ispitivanja, pri čemu je svako mjerenje odstupilo od prosjeka za ± 10%. Uz to, vrijeme potrebno za promjenu koraka temperature ne smije prelaziti jednu {- desetinu T0.5 testiranog termoelementa. Vrijeme odziva instrumenta za snimanje ili metra također ne bi trebalo biti veće od jednog - desete od T0.5 testiranog termoelementa.

Glavne vrste termoparova

1. Klasifikacija Prema vrsti uređaja za pričvršćivanje kao glavnom sredstvu mjerenja temperature, termoelement ima širok raspon korištenja, tako da postoje mnogi zahtjevi za popravljanje uređaja i tehničke performanse. Stoga su uređaji za pričvršćivanje termoelemenata podijeljeni u šest vrsta: bez tipa uređaja za pričvršćivanje, navojeni tip, fiksna tipa prirubnice, pomična tip prirubnice, tip za pokretnu prirubnu prirubnicu, vrsta konusne zaštitne cijevi.

2. Klasifikacija prema sastavljanju i strukturi prema performansama i strukturi termoparova, mogu se podijeliti na: odvojive termoparove, eksploziju - termoparovi, oklopne termopalete i termoparove posebne namjene, poput tlačnih opruga fiksnih termoupova.

Na koje treba obratiti pažnju prilikom instaliranja termoelementa?

Za ugradnju termoparova i termometra otpora, pažnju treba posvetiti točnosti mjerenja temperature, sigurnosti i pouzdanosti, a prikladno održavanje, a ne utjecati na rad opreme i proizvodnih operacija. Da biste ispunili gore navedene zahtjeve, prilikom odabira dijelova instalacije i dubine umetanja termopulara i termometara otpora obratite pažnju na sljedeće točke:

1. Kako bi se osigurala dovoljna izmjena topline između mjernog kraja termoelementa i termometra otpora i izmjerenog medija, mjernu točku treba biti razumno odabrana, a termometar za termoelement ili otpor treba biti ugrađen što dalje od ventila, laktova i mrtvih uglova cjevovoda i opreme.

2. Termoparovi i termistori sa zaštitnim rukavima imaju gubitke prenosa topline i topline. Da bi se smanjile pogreške u mjerenju, termoparovi i termistori trebali bi imati dovoljnu dubinu umetanja:

(1) Za termoelement koji mjeri temperaturu tekućine u središtu cjevovoda, općenito se treba umetnuti u sredinu cjevovoda (vertikalna instalacija ili nagnuta instalacija). Ako je promjer cjevovoda 200 mm, dubina umetanja termoelementa ili otpora treba odabrati na 100 mm;

(2) Za temperaturna mjerenja visoke - temperature, visoki - tlak i visoke - brzine tekućine (poput glavne temperature pare), kako bi se smanjio otpor zaštitne rukave na tekućinu i spriječilo da se probije fluidni tlak, a toploupira može biti za zaštitu. Dubina zaštitnog rukava za plitko umetanje termoelementa ne bi trebala biti manja od 75 mm kada se umetne u glavnu paru; Standardna dubina umetanja za termoelement s termalnim rukavima je 100 mm;

(3) Ako je potrebno mjeriti temperaturu dimnog plina u dimnjak, iako je promjer dimnjaka 4M, dubina umetanja termoelementa ili otpora je 1 m;

(4) Kada dubina umetanja mjernog originala prelazi 1M, treba ga ugraditi okomito koliko je to moguće, ili treba dodati potporu okvira i zaštitne cijevi.

Sljedeće točke treba obratiti pažnju na pravilno korištenje termoelementa kako bi se izbjegle pogreške

Ispravna upotreba termoelementa ne samo da može točno dobiti temperaturnu vrijednost, osigurati kvalifikaciju proizvoda, već i uštedjeti potrošnju materijala termoelementa, uštedite novac i osigurati kvalitetu proizvoda. Netočna ugradnja, toplinska vodljivost i pogreške u vremenskom zaostajanju, oni su glavne pogreške u korištenju termoelementa.

1. Pogreške uvedene nepravilnom ugradnjom Ako položaj instalacije i dubina umetanja termoelementa ne odražavaju točno stvarnu temperaturu peći, na primjer, termoelement ne smije biti postavljen preblizu vratima ili grijaćim prostorima, a njegova dubina umetanja treba biti najmanje 8 do 10 puta veća od promjene zaštitne cijevi. Jaz između zaštitnog rukava termoelementa i zida peći nije napunjen izolacijskim materijalom, što može uzrokovati da toplina pobjegne ili hladni zrak upada u peć. Stoga, jaz između zaštitnog rukava termoelementa i zida peći treba zapečatiti vatrostalnom glinom ili azbestnim konopom kako bi se spriječilo konvekciju vrućeg i hladnog zraka, što bi moglo utjecati na točnost mjerenja temperature. Ako je hladni kraj termoelementa preblizu tijelu peći, temperatura može prelaziti 100 stupnjeva. Ugradnja termoelementa trebala bi izbjegavati snažna magnetska polja i električna polja što je više moguće, tako da se ne bi trebalo instalirati u isti kanal kao i napajanje kako bi se spriječilo smetnje koje bi mogle uzrokovati pogreške. Termoelement ne smije biti ugrađen u područja gdje izmjereni medij teče vrlo malo. Pri mjerenju temperature plina unutar cijevi s termoelementacijom, termoelement mora biti ugrađen u smjeru suprotno od protoka i mora imati dovoljan kontakt s plinom.

2. Pogreška uvedena izolacijom izolacije Ako je termoelement izoliran, previše ostataka prljavštine ili soli na zaštitnoj cijevi, a povlačna ploča uzrokuje lošu izolaciju između stupova termoelemenata i zida peći, što je ozbiljnije na visokoj temperaturi. To ne samo da će uzrokovati gubitak termoelektričnog potencijala, već će i uvesti smetnje, a pogreška uzrokovana tim ponekad može doseći stotine stupnjeva.

3. Pogreška koju je uvedena termičkom inercijom Termička inercija termoparova uzrokuje da očitavanje instrumenta zaostaje za stvarnim temperaturnim promjenama, što je posebno uočljivo tijekom brzih mjerenja. Stoga je preporučljivo koristiti termoparove s finim termoelementima i manjim promjerima zaštitnih cijevi. Kad mjerno okruženje dopušta, zaštitna cijev može se ukloniti. Zbog zaostajanja mjerenja, amplituda temperaturnih fluktuacija otkrivenih termoelerovima manja je od one temperature peći. Što je veće zaostajanje mjerenja, manja je amplituda fluktuacija termoelementa i veća je razlika od stvarne temperature peći. Kada koristite termoparove s velikom vremenskom konstantom za mjerenje ili kontrolu temperature, instrument može pokazati minimalne temperaturne fluktuacije, ali stvarna temperatura peći mogla bi značajno varirati. Da bi se osiguralo točno mjerenje temperature, treba odabrati termoparove s malom vremenskom konstantom. Vremenska konstanta je obrnuto proporcionalna koeficijentu prijenosa topline i izravno proporcionalna promjeru vrućeg kraja termoelementa, gustoće materijala i njegove specifične topline. Da bi se smanjila vremenska konstanta, osim povećanja koeficijenta prijenosa topline, najučinkovitija je metoda minimiziranje veličine vrućeg kraja. U praksi se za zaštitne rukave obično koriste materijali s dobrom toplinskom vodljivošću, tankim zidovima cijevi i malih unutarnjih promjera. Za preciznija mjerenja temperature koriste se termoparovi golih žica bez zaštitnih rukava, ali oni se mogu lako oštetiti i zahtijevati pravovremenu kalibraciju ili zamjenu.

4. Pogreška toplinskog otpora na visokoj temperaturi, ako na zaštitnoj cijevi postoji sloj čađe i na nju je pričvršćen prašina, toplinski otpor će se povećati i ometat će se toplinska provođenje. U ovom je trenutku indikacija temperature niža od prave vrijednosti izmjerene temperature. Stoga se treba održavati vanjska čistoća zaštitne cijevi termoelementa za smanjenje pogreške.

Glavne prednosti termoparova

1. Visoka točnost mjerenja. Budući da je izravno u kontaktu s izmjerenim objektom, na njega ne utječe intermedijarni medij.

2. Široki raspon mjerenja. Uobičajeni termoparovi mogu se kontinuirano mjeriti od-50 stupnjeva--1600 stupnjeva, a neki se posebni termoelerovi mogu mjeriti kao niski AS-269 stupnjeva (poput zlatnog niknog kroma) i čak 2800 stupnjeva (poput volframa, renijum).

3. Jednostavna struktura i jednostavna za upotrebu. Termoparovi se obično sastoje od dvije različite metalne žice i nisu ograničeni veličinom i početkom. Izvana imaju zaštitni rukav, što ih čini vrlo prikladnim za upotrebu.

Koji su budući trendovi i polja primjene termoelementa?

I. Budući trend razvoja Materijal inovacija i poboljšanje performansi Novi termoelektrični materijali: razviti materijale s većom osjetljivošću i širim rasponom temperature (poput oksidnih termopulara, nanokompoziti) kako biste zamijenili tradicionalne metalne legure (kao što je k - tip, j {2- tipice za prevelike temperice: Potražnja za trošenjem: Tanki - Termopalesi filma (poput tiskane elektronike). Visoko temperaturni su superprevodni materijali: Istraživanje stabilnih shema mjerenja temperature u ekstremnim okruženjima (poput zrakoplovnih i nuklearnih reaktora). Inteligentna i integrirana ugrađena obrada signala: integrirani minijaturno pojačalo i krug digitalnog kompenzacije, izravni izlaz digitalnog signala, smanjuju vanjske smetnje. IoT Fusion: daljinsko nadgledanje putem bežičnog prijenosa (kao što je Lora, NB - IoT) za podršku industriji 4.0 i aplikacija Smart Cityja. SEFO - SUSTAVNI SUSTAV: Korištenje seebeckovog efekta termoparova za napajanje niskog - Power uređaja (poput bežičnih senzorskih čvorova). Optimizacija točnosti i pouzdanosti AI tehnologije kalibracije: kroz strojno učenje kako bi se dinamički nadoknadila nelinearna pogreška i starenje naleta, produžujući životni vijek. Multi - Fuzija senzora: u kombinaciji s infracrvenim, RTD -om itd. Za poboljšanje pouzdanosti mjerenja u složenom okruženju. MeMS proces niskih troškova i standardizacije: Velika - Proizvodnja mikroelektromehaničkih sustava smanjuje troškove mikro termopulara i proširuje potrošačke aplikacije. Međunarodno standardno ujedinjenje: prilagodite se globalnom lancu opskrbe, pojednostavite postupak odabira i održavanja.

2, Polja na primjeni u nastajanju Nova energetska i ugljična neutralnost fotonaponski i skladištenje energije: Pratite temperaturu solarne ploče (kako biste spriječili učinak na vruću točku) i termičko upravljanje sustavima za skladištenje energije. Energija vodika: Proizvodnja vodika visokog tlaka i praćenje temperature goriva gorivnih ćelija. Nuklearna fuzija: Ekstremna mjerenja visoke temperature za buduće reaktore (poput termoelesa volfram i renijum). Visoka - Završna proizvodnja i automatizacija Poluvodička proizvodnja: Precizna kontrola temperature u obradi vafelja i opreme za jetkanje (potreban je odziv na milisekund). Aditivna proizvodnja: Real - Vremenska povratna informacija temperature taline u postupku 3D ispisa kako bi se optimizirala kvaliteta oblikovanja. Robot: Zaštita pregrijavanja robota za suradnju. Biomedicinska i zdravlje minimalno invazivna kirurgija: Ultrafini termoelesi integrirani su u kateter ili endoskop za praćenje temperature tkiva u stvarnom vremenu. Nosivi uređaji: kontinuirano praćenje promjena tjelesne temperature (poput potrebe za upravljanjem zdravljem nakon epidemije). Terapija niskim temperaturama: Precizna kontrola temperature tijekom krioterapije tekućih dušika. Aerospace i obrambeni nadzvučni zrakoplovi: Potrebno je nadgledanje površinskog aerodinamičkog grijanja (materijali otporni na više od 2000 ° C). Satelitska toplinska kontrola: Poboljšanje pouzdanosti u ekstremnom temperaturnom okruženju prostora. Upravljanje zdravljem motora: nadzor raspodjele temperature turbine. Pametni dom i potrošačka elektronika Smart kućni uređaji: Precizna kontrola temperature pećnica, strojeva za kavu i drugih kućnih uređaja. AR/VR uređaji: Spriječite pregrijavanje procesora da utječe na korisničko iskustvo. Okoliš i poljoprivreda Pametna poljoprivreda: Nadgledanje staklenika i temperature tla. Geotermalno istraživanje: mjerenje duboke bušotine za pomoć u razvoju energije.

rezimirati

Budućnost termoparova usredotočit će se na tri ključna područja: visoki - Materijali za performanse, inteligencija i unakrsni - integracija domene. Oni će i dalje prodirati u visoke - krajnje sektore poput nove energije, zdravstvene zaštite i zrakoplovstva, te ući na potrošačko tržište kako se troškovi smanjuju. Njihove temeljne prednosti - jednostavne strukture, bez potrebe za napajanjem i toplinskog otpora - osiguravaju njihovu neumoljivost, ali moraju se razviti i u tandemu s tehnologijama senzora u nastajanju.