Apa itu termokopel?

Apa itu termokopel?

Ia adalah elemen penderiaan suhu yang biasa digunakan dalam instrumen pengukuran suhu. Ia secara langsung mengukur suhu dan menukarkan isyarat suhu ke dalam isyarat potensi termoelektrik, yang kemudiannya ditukar oleh instrumen elektrik (instrumen sekunder) ke dalam suhu medium yang diukur. Walaupun bentuk pelbagai termokopel boleh berbeza -beza bergantung kepada aplikasi mereka, struktur asas mereka adalah sama, biasanya terdiri daripada elemen thermoelectric, tiub pelindung lengan penebat, dan kotak persimpangan. Thermocouples ini biasanya digunakan bersamaan dengan instrumen paparan, instrumen rakaman, dan pengawal selia elektronik. Bagaimana termokopel berfungsi hubungan ini digunakan secara meluas dalam pengukuran suhu praktikal. Oleh kerana persimpangan sejuk T0 tetap malar, potensi thermoelectric yang dihasilkan oleh termokopel hanya berbeza -beza dengan perubahan suhu persimpangan panas (hujung pengukuran). Ini bermakna potensi thermoelectric tertentu sepadan dengan suhu tertentu. Dengan menggunakan kaedah mengukur potensi termoelektrik, kita dapat mencapai tujuan pengukuran suhu, prinsip asas pengukuran suhu termokopel adalah bahawa litar tertutup dibentuk oleh dua konduktor yang diperbuat daripada bahan yang berbeza. Apabila terdapat kecerunan suhu di antara kedua -dua hujung, arus mengalir melalui litar, menghasilkan daya elektromotif (EMF) di antara kedua -dua hujungnya. Fenomena ini dikenali sebagai kesan Seebeck. Kedua -dua konduktor, yang diperbuat daripada bahan -bahan yang berbeza, adalah termoelemen, dengan hujung yang lebih panas berfungsi sebagai ujung kerja dan akhir yang lebih sejuk sebagai akhir bebas, yang biasanya dikekalkan pada suhu malar. Berdasarkan hubungan antara EMF dan suhu, jadual penentukuran termokopel dibuat. Jadual ini didasarkan pada keadaan di mana suhu akhir bebas adalah 0 darjah, dan termokopel yang berbeza mempunyai jadual penentukuran mereka sendiri. Apabila bahan logam ketiga ditambah ke litar termokopel, selagi suhu di kedua -dua persimpangan bahan ini adalah sama, potensi termoelektrik yang dihasilkan oleh termokopel akan kekal tidak berubah, tidak terjejas oleh penambahan logam ketiga. Oleh itu, apabila menggunakan termokopel untuk pengukuran suhu, instrumen pengukur boleh disambungkan untuk mengukur potensi termoelektrik, yang membolehkan suhu medium diukur untuk ditentukan. Apabila mengukur suhu dengan termokopel, adalah penting bahawa suhu di persimpangan sejuk (akhir yang disambungkan ke litar pengukur melalui petunjuk) tetap malar, kerana ini memastikan bahawa potensi thermoelectric adalah berkadar dengan suhu yang diukur. Sekiranya suhu di persimpangan sejuk (persekitaran) berubah semasa pengukuran, ia boleh menjejaskan ketepatan pengukuran yang ketara. Untuk mengimbangi kesan perubahan dalam suhu persimpangan sejuk, langkah -langkah diambil di persimpangan sejuk, yang disebut sebagai pampasan persimpangan sejuk. Kabel pampasan khas digunakan untuk menyambung ke instrumen pengukur.

Jenis dan ciri -ciri biasa termokopel

Thermocouples biasa boleh dikategorikan kepada dua jenis utama: standard standard dan bukan -. Thermocouples standard adalah yang mana standard kebangsaan menentukan potensi termoelektrik mereka - hubungan suhu, ralat yang dibenarkan, dan jadual penentukuran bersatu. Mereka datang dengan instrumen paparan yang sepadan untuk pemilihan. Non - Thermocouples standard mempunyai julat yang lebih kecil atau kuantiti aplikasi berbanding dengan termokopel standard dan umumnya kekurangan jadual penentukuran bersatu, menjadikannya terutamanya digunakan untuk pengukuran dalam situasi khas. Sejak 1 Januari 1988, China telah menyeragamkan pengeluaran termokopel dan termometer rintangan mengikut piawaian antarabangsa IEC, menunjuk tujuh jenis - s, b, e, k, r, j, t- sebagai termokopel standard bersatu untuk China.

Secara teorinya, mana -mana dua konduktor yang berbeza (atau semikonduktor) boleh dipasangkan untuk membentuk termokopel. Walau bagaimanapun, sebagai komponen pengukuran suhu praktikal, mereka mesti memenuhi pelbagai keperluan. Untuk memastikan kebolehpercayaan dan ketepatan yang mencukupi dalam aplikasi kejuruteraan, tidak semua bahan sesuai untuk termokopel. Umumnya, keperluan asas untuk bahan elektrod termokopel adalah:

1. Dalam julat pengukuran suhu, sifat termoelektrik stabil dan tidak berubah dengan masa, dan terdapat kestabilan fizikal dan kimia yang mencukupi, yang tidak mudah dioksidakan atau berkarat;

2, pekali suhu kecil rintangan, kekonduksian yang tinggi, haba khusus kecil;

3. Potensi thermoelectric yang dihasilkan dalam pengukuran suhu harus besar, dan potensi thermoelectric adalah hubungan fungsi linear atau hampir linear tunggal dengan suhu;

4. Bahan mempunyai kebolehulangan yang baik,

Bagaimana cara memasang termokopel?

Dalam pengeluaran, disebabkan oleh objek yang berbeza di bawah ujian, keadaan persekitaran yang berbeza, keperluan pengukuran yang berbeza, dan kaedah pemasangan yang berbeza bagi perintang terma dan langkah -langkah yang diambil, terdapat banyak masalah yang perlu dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, pada dasarnya, ia boleh dipertimbangkan dari tiga aspek: ketepatan pengukuran suhu, keselamatan dan kemudahan penyelenggaraan. Untuk mengelakkan kerosakan pada elemen penderiaan suhu, ia harus memastikan bahawa ia mempunyai kekuatan mekanikal yang mencukupi. Untuk melindungi elemen dari haus, skrin pelindung atau tiub perlu ditambah. Untuk memastikan keselamatan dan kebolehpercayaan, kaedah pemasangan elemen penderiaan suhu perlu ditentukan berdasarkan keadaan tertentu, seperti suhu dan tekanan medium yang akan diukur, panjang elemen, kedudukan pemasangannya, dan bentuknya. Berikut adalah beberapa contoh untuk menarik perhatian:

Semua elemen penderiaan suhu yang dipasang untuk menahan tekanan mesti memastikan pengedap mereka. Untuk termokopel yang beroperasi pada suhu tinggi, untuk mengelakkan ubah bentuk tiub pelindung, mereka biasanya dipasang secara menegak. Jika pemasangan mendatar diperlukan, ia tidak sepatutnya terlalu lama, dan kurungan harus digunakan untuk melindungi termokopel. Jika elemen penderiaan suhu dipasang dalam saluran paip dengan halaju aliran sederhana tinggi, ia harus dipasang pada sudut. Untuk mengelakkan hakisan yang berlebihan, sebaiknya memasang elemen penderiaan suhu di selekoh saluran paip. Apabila tekanan sederhana melebihi 10MPa, lengan pelindung mesti ditambah ke elemen pengukur. Lokasi pemasangan termokopel dan perintang haba juga harus mempertimbangkan ruang yang mencukupi untuk pembongkaran, penyelenggaraan, dan penentukuran. Thermocouples dan perintang termal dengan tiub pelindung yang lebih lama harus mudah dibongkar dan berkumpul

Kaedah pengukuran suhu termokopel

Masa tindak balas terma adalah kompleks, dan keadaan eksperimen yang berbeza boleh menyebabkan hasil pengukuran yang berbeza -beza. Ini kerana masa tindak balas terma dipengaruhi oleh kadar pemindahan haba antara termokopel dan medium sekitarnya; Kadar pemindahan haba yang lebih tinggi menghasilkan masa tindak balas terma yang lebih pendek. Untuk memastikan masa tindak balas terma produk termokopel adalah setanding, piawaian kebangsaan menentukan bahawa masa tindak balas terma harus diukur menggunakan peranti ujian aliran air khusus. Kadar aliran air harus dikekalkan pada 0.4 ± 0.05m/s, dengan suhu awal dari 5-45 darjah dan langkah suhu 40-50 darjah. Semasa ujian, suhu air tidak boleh berubah sebanyak lebih daripada ± 1% daripada langkah suhu. Thermocouple harus dimasukkan ke dalam kedalaman 150mm atau kedalaman penyisipan reka bentuk (yang mana lebih kecil) dan ini harus diperhatikan dalam laporan ujian.

Kerana peranti itu agak kompleks, hanya beberapa unit yang mempunyai peralatan ini pada masa ini, jadi Standard Kebangsaan menetapkan bahawa pengilang dan pengguna boleh berunding untuk mengadopsi kaedah ujian lain, tetapi data yang diberikan mesti menunjukkan keadaan ujian.

Kerana potensi thermoelectric jenis termokopel jenis B sangat kecil berhampiran suhu bilik, masa tindak balas terma tidak mudah diukur. Oleh itu, piawaian kebangsaan menetapkan bahawa pemasangan elektrod thermoelectric spesifikasi yang sama jenis termokopel S boleh digunakan untuk menggantikan pemasangan elektrod thermoelektrik sendiri, dan kemudian ujian boleh dijalankan.

Semasa eksperimen, rekod masa T0.5 apabila output termokopel berubah kepada 50% daripada perubahan langkah suhu. Jika perlu, juga merekodkan masa tindak balas terma 10% t0.1 dan masa tindak balas terma 90% t0.9. Masa tindak balas terma yang direkodkan mestilah purata sekurang -kurangnya tiga ujian, dengan setiap pengukuran menyimpang dari purata sebanyak ± 10%. Di samping itu, masa yang diperlukan untuk perubahan langkah suhu tidak boleh melebihi satu - kesepuluh daripada t0.5 daripada thermocouple yang diuji. Masa tindak balas instrumen rakaman atau meter juga tidak boleh melebihi satu - sepersepuluh dari t0.5 daripada thermocouple yang diuji.

Jenis utama termokopel

1. Klasifikasi Menurut jenis peranti penetapan sebagai cara utama pengukuran suhu, thermocouple mempunyai pelbagai kegunaan, jadi terdapat banyak keperluan untuk menetapkan peranti dan prestasi teknikal. Oleh itu, peranti penetapan termokopel dibahagikan kepada enam jenis: tiada jenis peranti penetapan, jenis berulir, jenis bebibir tetap, jenis bebibir bergerak, jenis penguasa sudut flange, jenis tiub pelindung konik.

2. Klasifikasi Menurut pemasangan dan struktur mengikut prestasi dan struktur termokopel, mereka boleh dibahagikan kepada: termokopel yang boleh dilepaskan, letupan - termokopel bukti, termokopel perisai dan termokopel tujuan khas seperti tekanan spring tetap.

Keperluan apa yang perlu diberi perhatian apabila memasang termokopel?

Untuk pemasangan termokopel dan termometer rintangan, perhatian harus dibayar kepada ketepatan pengukuran suhu, keselamatan dan kebolehpercayaan, dan penyelenggaraan yang mudah, dan tidak menjejaskan operasi peralatan dan operasi pengeluaran. Untuk memenuhi keperluan di atas, apabila memilih bahagian pemasangan dan kedalaman sisipan termokopel dan termometer rintangan, perhatikan perkara -perkara berikut:

1. Untuk memastikan pertukaran haba yang mencukupi antara end endes termokopel dan termometer rintangan dan medium yang diukur, titik pengukuran harus dipilih secara munasabah, dan termometer thermocouple atau rintangan harus dipasang sejauh mungkin dari injap, siku dan sudut pipelin dan peralatan yang mati.

2. Thermocouples dan termistor dengan lengan pelindung mempunyai pemindahan haba dan kehilangan pelesapan haba. Untuk mengurangkan kesilapan pengukuran, termokopel dan termistor harus mempunyai kedalaman penyisipan yang mencukupi:

(1) Bagi thermocouple yang mengukur suhu cecair di pusat saluran paip, ia secara amnya harus dimasukkan ke dalam pusat saluran paip (pemasangan menegak atau pemasangan cenderung). Jika diameter saluran paip adalah 200 mm, kedalaman penyisipan termokopel atau rintangan harus dipilih untuk menjadi 100 mm;

(2) untuk pengukuran suhu tinggi - suhu, tinggi - tekanan, dan tinggi - kelajuan cecair (seperti suhu stim utama), untuk mengurangkan rintangan lengan pelindung ke cecair dan menghalangnya daripada pecah di bawah tekanan cecair, Kedalaman lengan pelindung untuk thermocouple penyisipan cetek tidak boleh kurang dari 75mm apabila dimasukkan ke dalam paip stim utama; Kedalaman penyisipan standard untuk termokopel lengan terma adalah 100mm;

(3) Jika perlu untuk mengukur suhu gas serombong dalam serombong, walaupun diameter serombong adalah 4m, kedalaman sisipan termokopel atau rintangan adalah 1 m;

(4) Apabila kedalaman penyisipan pengukuran asal melebihi 1m, ia harus dipasang secara menegak sejauh mungkin, atau bingkai sokongan dan paip pelindung harus ditambah.

Titik berikut harus diberi perhatian untuk menggunakan termokopel dengan betul untuk mengelakkan kesilapan

Penggunaan termokopel yang betul tidak hanya dapat memperoleh nilai suhu dengan tepat, memastikan kelayakan produk, tetapi juga menyimpan penggunaan bahan termokopel, kedua -duanya menjimatkan wang dan memastikan kualiti produk. Pemasangan yang tidak betul, kekonduksian terma dan kesilapan masa, mereka adalah kesilapan utama dalam penggunaan termokopel.

1. Kesilapan yang diperkenalkan oleh pemasangan yang tidak betul jika kedudukan pemasangan dan kedalaman penyisipan termokopel tidak mencerminkan suhu sebenar relau, sebagai contoh, termokopel tidak boleh diletakkan terlalu dekat dengan pintu atau kawasan pemanasan, dan kedalaman penyisipannya sekurang -kurangnya 8 hingga 10 kali diameter diameter. Jurang antara lengan pelindung termokopel dan dinding relau tidak dipenuhi dengan bahan penebat, yang boleh menyebabkan haba melarikan diri atau udara sejuk untuk menyerang relau. Oleh itu, jurang antara lengan pelindung termokopel dan dinding relau harus dimeteraikan dengan tanah liat refraktori atau tali asbestos untuk mencegah perolakan udara panas dan sejuk, yang boleh menjejaskan ketepatan pengukuran suhu. Jika hujung sejuk termokopel terlalu dekat dengan badan relau, suhu mungkin melebihi 100 darjah. Pemasangan termokopel harus mengelakkan medan magnet yang kuat dan medan elektrik sebanyak mungkin, jadi ia tidak boleh dipasang di saluran yang sama seperti kabel kuasa untuk mengelakkan gangguan yang boleh menyebabkan kesilapan. Thermocouple tidak boleh dipasang di kawasan di mana aliran medium yang diukur sangat sedikit. Apabila mengukur suhu gas di dalam paip dengan termokopel, termokopel mesti dipasang ke arah yang bertentangan dengan kadar aliran dan mesti mempunyai hubungan yang mencukupi dengan gas.

2. Kesalahan yang diperkenalkan oleh kemerosotan penebat Jika termokopel terisolasi, terlalu banyak kotoran atau sisa garam pada tiub pelindung dan tarik plat menyebabkan penebat yang lemah di antara tiang termokopel dan dinding relau, yang lebih serius pada suhu tinggi. Ini bukan sahaja akan menyebabkan kehilangan potensi thermoelektrik tetapi juga memperkenalkan gangguan, dan kesilapan yang disebabkan oleh ini kadang -kadang boleh mencapai beratus -ratus darjah.

3. Kesilapan yang diperkenalkan oleh inersia haba inersia terma termokopel menyebabkan bacaan instrumen untuk ketinggalan perubahan suhu sebenar, yang sangat ketara semasa pengukuran pesat. Oleh itu, adalah dinasihatkan untuk menggunakan termokopel dengan termoelemen yang lebih halus dan diameter tiub pelindung yang lebih kecil. Apabila persekitaran pengukuran membolehkan, tiub pelindung boleh dikeluarkan. Oleh kerana lag pengukuran, amplitud turun naik suhu yang dikesan oleh termokopel adalah lebih kecil daripada suhu relau. Semakin besar pengukuran pengukuran, semakin kecil amplitud turun naik thermocouple, dan semakin besar perbezaan dari suhu relau sebenar. Apabila menggunakan termokopel dengan pemalar masa yang besar untuk pengukuran atau kawalan suhu, instrumen mungkin menunjukkan turun naik suhu yang minimum, tetapi suhu relau sebenar boleh berubah dengan ketara. Untuk memastikan pengukuran suhu yang tepat, termokopel dengan pemalar masa yang kecil harus dipilih. Pemalar masa berkadar songsang dengan pekali pemindahan haba dan berkadar terus dengan diameter hot end termokopel, ketumpatan bahan, dan haba spesifiknya. Untuk mengurangkan pemalar masa, sebagai tambahan untuk meningkatkan pekali pemindahan haba, kaedah yang paling berkesan adalah untuk meminimumkan saiz hujung panas. Dalam amalan, bahan -bahan dengan kekonduksian terma yang baik, dinding tiub nipis, dan diameter dalaman kecil biasanya digunakan untuk lengan pelindung. Untuk pengukuran suhu yang lebih tepat, termokopel wayar telanjang tanpa lengan pelindung digunakan, tetapi ini mudah rosak dan memerlukan penentukuran atau penggantian yang tepat pada masanya.

4. Kesalahan rintangan terma pada suhu tinggi, jika terdapat lapisan jelaga pada tiub perlindungan dan habuk dilampirkan kepadanya, rintangan terma akan meningkat dan pengaliran haba akan dihalang. Pada masa ini, petunjuk suhu lebih rendah daripada nilai sebenar suhu yang diukur. Oleh itu, kebersihan luaran tiub pelindung termokopel perlu dikekalkan untuk mengurangkan kesilapan.

Kelebihan utama termokopel

1. Ketepatan pengukuran yang tinggi. Kerana ia bersentuhan dengan objek yang diukur secara langsung, ia tidak terjejas oleh medium pertengahan.

2. Julat pengukuran yang luas. Thermocouples biasa boleh diukur secara berterusan dari-50 darjah-1600 darjah, dan beberapa thermocouples khas boleh diukur sebagai rendah AS-269 darjah (seperti kromium nikel besi emas) dan setinggi 2800 darjah (seperti tungsten, rhenium).

3. Struktur mudah dan mudah digunakan. Thermocouples biasanya terdiri daripada dua wayar logam yang berbeza, dan tidak terhad oleh saiz dan permulaan. Mereka mempunyai lengan pelindung di luar, yang menjadikan mereka sangat mudah digunakan.

Apakah trend masa depan dan bidang aplikasi termokopel?

I. Pengembangan masa depan Inovasi bahan dan peningkatan prestasi Bahan termoelektrik baru: Membangunkan bahan -bahan dengan sensitiviti yang lebih tinggi dan julat suhu yang lebih luas (seperti thermocouples oksida, nanocomposites) untuk menggantikan aloi logam tradisional (seperti yang boleh dipercayai: fleksibel, nipis - Thermocouples filem (seperti elektronik bercetak). Bahan Superconducting Suhu Tinggi: Meneroka skim pengukuran suhu yang stabil dalam persekitaran yang melampau (seperti aeroangkasa dan reaktor nuklear). Pemprosesan isyarat tertanam yang cerdas dan bersepadu: Penguat miniatur bersepadu dan litar pampasan digital, output langsung isyarat digital, mengurangkan gangguan luaran. Fusion IoT: Pemantauan jauh melalui penghantaran tanpa wayar (seperti LORA, NB - IoT) untuk menyokong industri 4.0 dan aplikasi bandar pintar. Self - Sistem Powered: Menggunakan kesan Seebeck termokopel ke kuasa rendah - peranti kuasa (seperti nod sensor tanpa wayar). Pengoptimuman ketepatan dan kebolehpercayaan teknologi penentukuran AI: melalui pembelajaran mesin untuk mengimbangi secara dinamik untuk kesilapan tak linear dan hanyut penuaan, memanjangkan hayat perkhidmatan. Multi - Sensor Fusion: Digabungkan dengan Inframerah, RTD, dan lain -lain, untuk meningkatkan kebolehpercayaan pengukuran dalam persekitaran yang kompleks. Proses MEMS Kos dan Standardisasi Rendah: Pengeluaran skala besar - sistem mikroelectromechanical mengurangkan kos termokopel mikro dan memperluaskan aplikasi pengguna. Penyatuan Standard Antarabangsa: Menyesuaikan dengan rantaian bekalan global, memudahkan proses pemilihan dan penyelenggaraan.

2, Aplikasi Muncul Bidang Tenaga Baru dan Karbon Neutral Photovoltaic dan Tenaga Penyimpanan: Memantau suhu panel solar (untuk mengelakkan kesan titik panas) dan pengurusan haba sistem penyimpanan tenaga. Tenaga hidrogen: Pengeluaran hidrogen tekanan tinggi dan pemantauan suhu susunan sel bahan api. Gabungan nuklear: Pengukuran suhu tinggi yang melampau untuk reaktor masa depan (seperti tungsten dan thermocouples rhenium). Tinggi - Pembuatan Pengilangan dan Automasi Semikonduktor Automasi: Kawalan suhu ketepatan pemprosesan wafer dan peralatan etsa (tindak balas milisaat diperlukan). Pembuatan Additive: Real - Maklum balas masa cair suhu kolam dalam proses percetakan 3D untuk mengoptimumkan kualiti pencetakan. Robot: Perlindungan Overheating Bersama Robot Kerjasama. Pembedahan Bioperubatan dan Kesihatan Minimally Invasif: Thermocouples Ultrafine diintegrasikan ke dalam kateter atau endoskop untuk memantau suhu tisu dalam masa nyata. Peranti yang boleh dipakai: Pemantauan berterusan perubahan suhu badan (seperti keperluan pengurusan kesihatan selepas wabak). Terapi suhu rendah: Kawalan suhu yang tepat semasa cryotherapy nitrogen cecair. Aeroangkasa dan Pertahanan Supersonik Pesawat: Pemantauan Pemanasan Aerodinamik Permukaan (Bahan Tahan kepada lebih daripada 2000 C diperlukan). Kawalan terma satelit: Penambahbaikan kebolehpercayaan dalam persekitaran suhu yang melampau ruang. Pengurusan kesihatan enjin: Pemantauan pengedaran suhu bilah turbin. Peralatan rumah pintar rumah dan pengguna pintar Smart: Kawalan suhu tepat ketuhar, mesin kopi dan peralatan rumah yang lain. Peranti AR/VR: Mencegah pemproses terlalu panas daripada mempengaruhi pengalaman pengguna. Persekitaran dan Pertanian Pertanian Pintar: Pemantauan Suhu Rumah Hijau dan Tanah. Penjelajahan Geothermal: Pengukuran suhu yang mendalam untuk membantu pembangunan tenaga.

meringkaskan

Masa depan Thermocouples akan memberi tumpuan kepada tiga bidang utama: Bahan Prestasi Tinggi -, kecerdasan, dan silang - integrasi domain. Mereka akan terus menembusi sektor akhir - seperti tenaga baru, penjagaan kesihatan, dan aeroangkasa, dan memasuki pasaran pengguna sebagai penurunan kos. Kelebihan teras mereka - struktur mudah, tiada keperluan bekalan kuasa, dan rintangan haba - memastikan kebolehpakaan mereka, tetapi mereka juga mesti berkembang seiring dengan teknologi sensor yang baru muncul.