Термопары: коротко о главном
Термопары – высокоточные устройства, применяемые для проведения измерений в широком температурном диапазоне. Немаловажная их особенность – простота конструкции и надежность. На практике данным чувствительным элементом укомплектовываются термоэлектрические термометры. Кроме термопары они снабжены и рядом других компонентов, например, необходимыми для фиксации значения термо-ЭДС с дальнейшей его трансформацией в градусы.
Термопары представлены несколькими типами. Наиболее востребованными среди которых являются хромель-алюмель, хромель-копель и вольфрам-рений (ВР5/ВР20).
О принципе работы и особенностях конструкции термопар
Состоит термопара из двух термоэлектродов с разной проводимостью, соединенных между собой концами (спаянные, сваренные, скрученные) и образующих электрическую цепь.
При помещении одной точки спая проводников в эксплуатационную среду с температурой T1, а второй с T2, в цепи начнет протекать электрический ток, вызванный термо-ЭДС, сила которого определяется разностью нагрева зон и применяемых материалов. Такое явления принято называть эффектом Зеебека. Из данного принципа видно, что наблюдается зависимость изменения температур от величины термо-ЭДС.
Основной фактор, определяющий конструкцию термопары, – условия эксплуатации. Его составляющие: свойства рабочей среды и температурный диапазон. От этих показателей зависит выбор:
- метода получения точки спая;
- материала изоляции проводников;
- защитной конструкции термопары.
Классификация термопар
Чаще всего, термопары классифицируются по типу материалов, применяемых для их изготовления. Среди них выделяют произведенные из металлов:
- неблагородных;
- тугоплавких;
- благородных.
Основные типы и характеристики термопар
Класс из неблагородных материалов представлен наиболее широким ассортиментом термопар. Чаще всего среди них используются измерители из комбинации неблагородных металлов, таких как: хромель-алюмель, хромель-копель, железо-константан.
Термопара ТХА (хромель-алюмель), типа К:
- диапазон измеряемых температур: от -200 до +1100 °С, с возможностью кратковременного измерения до +1300 °С;
- при работе в диапазоне температур от 200 до 500 °С возможно проявление эффекта гистерезиса – отличие показаний в процессе нагревания и охлаждения, максимум до 5 °С;
- рассчитана на эксплуатацию в нейтральной среде и среде, с избыточным содержанием кислорода;
- термическое старение сказывается на снижении показаний;
- серосодержащая среда оказывает негативное воздействие на термоэлектроды конструкции.
Термопара ТХК (хромель-копель) типа L и ТХКн (хромель-константан) типа E:
- диапазон измеряемых температур: от -200 до +800 °С, с возможностью кратковременного измерения до +1100 °С;
- наиболее чувствительные среди применяемых в промышленных целях.
Термопара ТЖК (железо-константан) типа J:
- диапазон измеряемых температур: от -203 до +750 °С, с возможностью кратковременного измерения до +1100 °С;
- рассчитана на работу в восстановительной и окислительной среде, также допустима эксплуатация в разряженной атмосфере;
- в серистой среде при измерениях свыше 500 °С требуется газоплотная защиты термопары;
- имеет высокую чувствительность;
- доступная по цене;
- при воздействии конденсата на термоэлектрод из железа возможно образование ржавчины;
- термическое старение отражается на повышении показаний.
Термопара ТМК (медь-константан) типа Т и ТМК (медь-копель) типа M:
- диапазон измеряемых температур: от -250 до +400 °С, с возможностью кратковременного измерения до +600 °С;
- рассчитана на эксплуатацию в восстановительной и окислительной среде, также допустимо помещение в вакуум;
- наименьшая погрешность измерения в диапазоне от 0 до +250 °С;
- повышенная влажность не отражается на чувствительности термопары;
- термоэлектроды могут подвергаться отжигу, в процессе чего удаляются включения, присутствие которых сказывается на термоэлекрической неоднородности.
Термопара ТНН (нихросил-нисил) типа N:
- измеряемые температуры до +1200 °С, с возможностью кратковременного измерения до +1250 °С;
- разработана на основе термопары типа К с последующим сплавлением термоэлектродов с кремнием, что вызывает загрязнение термопары изначально и практически исключает риск дальнейшего загрязнения в процессе эксплуатации;
- наименьшая погрешность измерения в диапазоне от 200 до +500 °С;
- наиболее точная из данного класса.
Термопары из тугоплавких материалов применяются для измерения высоких температур.
Термопара ТВР (ВР5-ВР20) типа A:
- диапазон измеряемых температур: от +1300 до +2500 °С, с возможностью кратковременного измерения до +3000 °С;
- допустима эксплуатация в вакууме и инертной среде;
- сохраняет механические свойства при нагреве до высоких температур.
Термопара ТВМ (вольфрам-молибден):
- диапазон измеряемых температур: от +1400 до +1800 °С, с возможностью кратковременного измерения до +2400 °С;
- рассчитана на работу в вакууме, водородной и инертной средах;
- низкочувствительная;
- относительно доступная по стоимости.
Наиболее точные термопары, относящиеся к эталонным, производятся из благородных металлов. Они же отличаются дороговизной.
Термопара ТПП (платинородий-платина) типа S, R:
- диапазон измеряемых температур: от +300 до +1400 °С, с возможностью кратковременного измерения до +1600 °С;
- рассчитана на работу в окислительных и инертных средах, также допустима эксплуатация с использованием защиты в восстановительной среде;
- проводит высокоточные измерения;
- воспроизводимость высокая;
- термо-ЭДС стабильная;
- чувствительная к химическим загрязнениям примесями, металлической и неметаллической природы.
Термопара ТПР (платинородий-платинородий) типа B:
- диапазон измеряемых температур: от +600 до +1600 °С, с возможностью кратковременного измерения до +1800 °С;
- рассчитана на работу в окислительных и нейтральных средах, также допустима эксплуатация в вакууме и, с использованием защиты, в восстановительной среде;
- проводит высокоточные измерения;
- воспроизводимость высокая;
- термо-ЭДС стабильная;
- чувствительная к химическим загрязнениям примесями, металлической и неметаллической природы.