Co je to termočlán?

Co je to termočlán?

Jedná se o běžně používaný prvek snímání teploty v měření teploty. Přímo měří teplotu a převádí teplotní signál na termoelektrický potenciální signál, který je poté přeměněn elektrickými přístroji (sekundárními nástroji) na teplotu naměřeného média. Ačkoli tvary různých termočlánků se mohou velmi lišit v závislosti na jejich aplikaci, jejich základní struktura je do značné míry stejná, obvykle sestává z termoelektrického prvku, ochranné trubice izolační rukávy a spojovací krabici. Tyto termočlánky se obvykle používají ve spojení s zobrazovacími nástroji, záznamovými nástroji a elektronickými regulátory. Jak termočlánek funguje tento vztah, je široce používán při praktickém měření teploty. Protože studená křižovatka T0 zůstává konstantní, termoelektrický potenciál generovaný termočlánkem se liší pouze se změnami teploty horké křižovatky (měřicí konec). To znamená, že specifický termoelektrický potenciál odpovídá specifické teplotě. Použitím metody měření termoelektrického potenciálu můžeme dosáhnout účelu měření teploty Základním principem měření teploty termočlánku je to, že uzavřený obvod je tvořen dvěma vodiči vyrobenými z různých materiálů. Když je mezi oběma koncovkami teplotní gradient, proud protéká obvodem a generuje elektromotickou sílu (EMF) mezi oběma koncemi. Tento jev je známý jako Seebeck Effect. Dva vodiče, vyrobené z různých materiálů, jsou termoelementy, s teplejším koncem sloužícím jako pracovní konec a chladič jako volný konec, který je obvykle udržován při konstantní teplotě. Na základě vztahu mezi EMF a teplotou je vytvořena kalibrační tabulka termočlánku. Tato tabulka je založena na stavu, kdy je volná koncová teplota 0 stupňů a různé termočlánky mají své vlastní kalibrační tabulky. Když je do obvodu termočlánku přidán třetí kovový materiál, pokud jsou teploty na obou křižovatkách tohoto materiálu stejné, termoelektrický potenciál generovaný termočlánkem zůstane nezměněn, nedotčen přidáním třetího kovu. Při použití termočlánku pro měření teploty může být proto připojen měřicí přístroj pro měření termoelektrického potenciálu, což umožňuje stanovit se teplotu měřeného média. Při měření teploty termočlánkem je nezbytné, aby teplota na studené křižovatce (konec připojený k měřicím obvodu přes vodiče) zůstal konstantní, protože to zajišťuje, že termoelektrický potenciál je úměrný měřené teplotě. Pokud se teplota na studené křižovatce (životní prostředí) změní během měření, může to výrazně ovlivnit přesnost měření. Pro kompenzaci dopadu změn teploty studené křižovatky se provádí opatření na studené křižovatce, která se označuje jako kompenzace studené křižovatky. K připojení k měřicím přístroji se používají speciální kompenzační dráty.

Běžné typy a charakteristiky termočlánků

Běžné termočlánky lze rozdělit do dvou hlavních typů: standardní a non - standard. Standardní termočlánky jsou ty, pro které národní standard specifikuje jejich termoelektrický potenciál - teplotní vztah, přípustnou chybu a sjednocenou kalibrační tabulku. Přicházejí s odpovídajícími nástroji pro výběr. Non - Standardní termočlánky mají menší rozsah nebo množství aplikací ve srovnání se standardními termočlánky a obecně postrádají jednotnou kalibrační tabulku, takže je primárně použity pro měření ve zvláštních situacích. Od 1. ledna 1988 Čína standardizovala produkci termočlánků a teploměrů odporu podle mezinárodních standardů IEC a označila sedm typů - S, B, E, K, R, J, T - jako jednofikované standardní termočlení pro Čínu.

Teoreticky mohou být všechny dva různé vodiče (nebo polovodiče) spárovány za vytvoření termočlánku. Avšak jako praktické komponenty měření teploty musí splňovat více požadavků. Pro zajištění spolehlivosti a dostatečné přesnosti v inženýrských aplikacích nejsou všechny materiály vhodné pro termočlánky. Obecně jsou základní požadavky na elektrodové materiály termočlánků:

1. V rozsahu měření teploty jsou termoelektrické vlastnosti stabilní a nemění se s časem a existuje dostatečná fyzikální a chemická stabilita, která není snadná oxidovaná nebo korodována;

2, malý teplotní koeficient odporu, vysoká vodivost, malé specifické teplo;

3. termoelektrický potenciál generovaný při měření teploty by měl být velký a termoelektrický potenciál je lineární nebo téměř lineární funkční vztah s jednou hodnotou s teplotou;

4. materiál má dobrou reprodukovatelnost,

Jak nainstalovat termočlán?

Ve výrobě, vzhledem k různým testovacím objektům, různým podmínkám prostředí, různých požadavků na měření a různých metod instalace tepelných rezistorů a přijatých opatření, je třeba zvážit mnoho problémů. V zásadě to však lze zvážit ze tří aspektů: přesnost měření teploty, bezpečnost a pohodlí údržby. Aby se zabránilo poškození prvku snímání teploty, mělo by být zajištěno, že má dostatečnou mechanickou pevnost. Pro ochranu prvku před opotřebením by měla být přidána ochranná obrazovka nebo trubice. Pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti by měla být metoda instalace prvku snímání teploty stanovena na základě specifických podmínek, jako je teplota a tlak média, která má být změřena, délka prvku, jeho instalační poloha a forma. Následuje několik příkladů, které je třeba upozornit:

Všechny prvky snímání teploty nainstalované tak, aby odolaly tlaku, musí zajistit jejich utěsnění. U termočlánků pracujících při vysokých teplotách, aby se zabránilo deformaci ochranné trubice, měly být obecně instalovány svisle. Pokud je horizontální instalace nutná, neměla by být příliš dlouhá a k ochraně termočlánku by měla být použita držák. Pokud je prvek snímání teploty nainstalován v potrubí s vysokou rychlostí středního průtoku, měl by být nainstalován pod úhlem. Aby se zabránilo nadměrné erozi, je nejlepší instalovat prvek snímání teploty na ohyby potrubí. Když střední tlak přesahuje 10 MPA, musí být k měřicím prvku přidán ochranný rukáv. Umístění instalace termočlánků a tepelných rezistorů by také mělo zvážit dostatečný prostor pro demontáž, údržbu a kalibraci. Termočlánky a tepelné rezistory s delšími ochrannými zkumavkami by se měly snadno rozebírat a sestavit

Metoda měření teploty termočlánku

Doba tepelné odezvy je složitá a různé experimentální podmínky mohou vést k různým výsledkům měření. Je to proto, že doba tepelné odezvy je ovlivněna rychlostí přenosu tepla mezi termočlánkem a jeho okolním médiem; Vyšší rychlost přenosu tepla má za následek kratší dobu tepelné odezvy. Aby byla zajištěna doba tepelné odezvy produktů termočlánků, určují národní standardy, že doba tepelné odezvy by měla být měřena pomocí specializovaného testovacího zařízení toku vody. Průtok vody by měl být udržován na 0,4 ± 0,05 m/s, s počáteční teplotou v rozmezí 5-45 stupňů a teplotním krokem 40-50 stupňů. Během testu by se teplota vody neměla měnit o více než ± 1% teplotního kroku. Thermočmán by měl být vložen do hloubky 150 mm nebo do hloubky vložení návrhu (podle toho, co je menší), a to by mělo být uvedeno ve zkušební zprávě.

Vzhledem k tomu, že zařízení je relativně složité, má v současné době toto zařízení pouze několik jednotek, takže národní standard stanoví, že výrobce a uživatel může vyjednávat pro přijetí dalších testovacích metod, ale daná data musí naznačovat podmínky testu.

Protože termoelektrický potenciál termočlánku typu B je velmi malý blízko teploty místnosti, není doba tepelné odezvy snadné měřit. Národní standard proto stanoví, že sestavení termoelektrické elektrody se stejnou specifikací termočlánku typu S lze použít k nahrazení vlastní sestavy termoelektrické elektrody a poté lze provést test.

Během experimentu zaznamenejte čas T0.5, kdy se výstup termočlánku změní na 50% změny teplotního kroku. V případě potřeby také zaznamenejte 10% doba tepelné odezvy T0.1 a 90% doba tepelné odezvy T0.9. Zaznamenané doby tepelné odezvy by měly být průměrem nejméně tří testů, přičemž každé měření se odchyluje od průměru o ± 10%. Kromě toho by doba potřebná pro změnu teplotního kroku neměla překročit jeden - desetina T0.5 testovaného termočlánku. Doba odezvy záznamového nástroje nebo měřiče by také neměla překročit jeden - desetina T0.5 testovaného termočlánku.

Hlavní typy termočlánků

1. klasifikace podle typu fixačního zařízení jako hlavního prostředku měření teploty má termočlánek širokou škálu použití, takže existuje mnoho požadavků na fixační zařízení a technický výkon. Proto jsou upevňovací zařízení termočlánku rozdělena do šesti typů: bez typu fixačního zařízení, typ navzájem, typ pevné příruby, typ pohyblivé příruby, typ pravítku pohyblivého úhlu příruby, typ kuželové ochranné trubice.

2. klasifikace podle montáže a struktury podle výkonu a struktury termočlánků je lze rozdělit na: Oddělitelné termočlánky, exploze - důkazní termočlánky, obrněné termočlánky a termočlánky speciálního účelu, jako je tlaková pružina fixovaná termočlánky.

Na kterých požadavcích by mělo být při instalaci termočlánku věnováno pozornost?

Pro instalaci termočlánků a teploměrů odporu by měla být věnována pozornost přesnost měření teploty, bezpečnosti a spolehlivosti a pohodlné údržbě a neovlivňovat provoz zařízení a výrobních operací. Chcete -li splnit výše uvedené požadavky, při výběru instalačních dílů a hloubky vložení termočlánků a teploměrů odporu věnujte pozornost následujícím bodům:

1. Aby se zajistila dostatečná výměna tepla mezi měřicím koncem termočlánského a odporového teploměru a naměřeným médiem, měl by být přiměřeně vybrán měřicí bod a termočlánek nebo odolný teploměr by měl být instalován co nejdále z ventilů, loktů a mrtvých rohů potrubí a zařízení.

2. termočlánky a termistory s ochrannými rukávy mají ztráty přenosu tepla a ztráty rozptylu tepla. Aby se snížily chyby měření, měly by mít termočlánky a termistory dostatečnou hloubku vložení:

(1) Pro termočlánek měření teploty tekutiny ve středu potrubí by měl být obecně vložen do středu potrubí (svislá instalace nebo nakloněná instalace). Pokud je průměr potrubí 200 mm, měla by být vybrána hloubka inzerce termočlánku nebo odporu na 100 mm;

(2) Pro měření teploty vysoké - teploty, vysoký - tlak a vysoký - rychlostní tekutiny (jako je teplota hlavní páry), pro snížení odolnosti ochranného rukávu na tekutinu a zabrání tomu, aby se rozbila pod tlakem pod tekutinou. Hloubka ochranného rukávu pro termočlánek mělkého inzerce by neměla být menší než 75 mm, když je vložena do hlavní parní potrubí; Standardní hloubka inzerce pro termočlán tepelného pouzdra je 100 mm;

(3) Je -li nutné měřit teplotu kouřového plynu v kouři, ačkoli průměr koupaku je 4 m, hloubka inzerce termočlánku nebo odporu je 1 m;

(4) Když hloubka vložení měření originálu přesáhne 1 m, měl by být nainstalován svisle, jak je to možné, nebo by měl být přidán podpůrný rám a ochrannou trubku.

Následující body by měly být věnovány pozornosti, aby se termočlánek správně používal, aby se zabránilo chybám

Správné použití termočlánku může nejen přesně získat hodnotu teploty, zajistit kvalifikaci produktu, ale také ušetřit spotřebu materiálu termočlánku, jak ušetřit peníze, tak zajistit kvalitu produktu. Nesprávná instalace, tepelné vodivosti a chyby zpoždění časového zpoždění jsou hlavními chybami při používání termočlánku.

1. Chyby zavedené nesprávnou instalací Pokud instalační poloha a hloubka vložení termočlánku přesně neodrážejí skutečnou teplotu pece, například by se termočlán neměl umístit příliš blízko dveří nebo topné oblasti a jeho hloubka vložení by měla být nejméně 8 až 10násobek průměru protektivní trubice. Mezera mezi ochranným rukávem termočlánku a stěnou pece není naplněna izolačním materiálem, který může způsobit únik tepla nebo studeného vzduchu napadne pec. Proto by mezera mezi ochranným rukávem termočlánku a stěnou pece měla být utěsněna refrakterním jílem nebo azbestovým lanem, aby se zabránilo konvekci horkého a studeného vzduchu, což by mohlo ovlivnit přesnost měření teploty. Pokud je chladný konec termočlánku příliš blízko těla pece, může teplota překročit 100 stupňů. Instalace termočlánku by se měla zabránit silným magnetickým poli a elektrických polích co nejvíce, takže by neměla být instalována ve stejném potrubí jako napájecí kabely, aby se zabránilo rušení, které by mohly způsobit chyby. Termočlánek by neměl být instalován v oblastech, kde měřené médium teče velmi málo. Při měření teploty plynu uvnitř potrubí s termočlánkem musí být termočlánek instalován ve směru opačném k průtoku a musí mít dostatečný kontakt s plynem.

2. Chyba zavedená zhoršením izolace Pokud je termočlánek izolován, příliš mnoho zbytků nečistot nebo soli na ochranné trubici a tahací deska způsobuje špatnou izolaci mezi póly termočlánců a stěnou pece, což je při vysoké teplotě vážnější. To nejen způsobí ztrátu termoelektrického potenciálu, ale také zavede rušení a chyba způsobená tím může někdy dosáhnout stovek stupňů.

3. Chyba zavedená tepelnou setrvačností Tepelná setrvačnost termočlánků způsobuje, že čtení nástroje zaostává za skutečnými změnami teploty, což je zvláště patrné během rychlých měření. Proto je vhodné používat termočlánky s jemnějšími termoelementy a menšími průměry ochranných trubic. Pokud to měřící prostředí umožňuje, může být ochranná trubice odstraněna. V důsledku zpoždění měření je amplituda teplotních kolísání detekovaných termočlánky menší než ampéry teplot pece. Čím větší je měření zpoždění, tím menší je amplituda fluktuací termočlánku a čím větší je rozdíl od skutečné teploty pece. Při použití termočlánků s velkou časovou konstantou pro měření nebo kontrolu teploty může nástroj vykazovat minimální kolísání teploty, ale skutečná teplota pece by se mohla výrazně lišit. Pro zajištění přesného měření teploty by měly být zvoleny termočlánky s malou časovou konstantou. Časová konstanta je nepřímo úměrná koeficientu přenosu tepla a přímo úměrná průměru horkého konce termočlánku, hustotě materiálu a jeho specifickému teplu. Aby se snížila časová konstanta, kromě zvýšení koeficientu přenosu tepla je nejúčinnější metodou minimalizovat velikost horkého konce. V praxi se pro ochranné rukávy obvykle používají materiály s dobrou tepelnou vodivostí, stěnami tenkých trubek a malými vnitřními průměry. Pro přesnější měření teploty se používají holé drátěné termočlánky bez ochranných rukávů, ale mohou být snadno poškozeny a vyžadují včasnou kalibraci nebo výměnu.

4. Chyba tepelného odporu při vysoké teplotě, pokud je na ochranné trubici vrstva sazí a je k ní připojena prach, zvýší se tepelný odpor a bude bráněno tepelnému vedení. V této době je indikace teploty nižší než skutečná hodnota naměřené teploty. Proto by měla být udržována vnější čistota ochranné trubice termočlánků, aby se snížila chyba.

Hlavní výhody termočlánků

1. Vysoká přesnost měření. Protože je přímo v kontaktu s naměřeným objektem, není ovlivněn mezilehlým médiem.

2. Široký rozsah měření. Běžné termočlánky lze měřit nepřetržitě od 50 stupňů-1600 stupňů a některé speciální termočlánky lze měřit jako nízké as-269 stupňů (jako je zlatý železný nikl chrom) a až 2800 stupňů (jako je tungsten, Rhenium).

3. Jednoduchá struktura a snadno použitelná. Termočlánky se obvykle skládají ze dvou různých kovových vodičů a nejsou omezeny velikostí a začátku. Mají na vnější straně ochranný rukáv, což je velmi pohodlné k použití.

Jaké jsou budoucí trendy a aplikační pole termočlánku?

I. Budoucí vývojový vývojový materiál inovace a zlepšení výkonu Nové termoelektrické materiály: Vyvíjejte materiály s vyšší citlivostí a širším teplotním rozsahem (jako jsou oxidové termočlánky, nanokompozity), které nahrazují tradiční kovové slitiny (jako je k- typ, je to typ, je to, že je to typ. tenké - filmové termočlánky (jako je tištěná elektronika). Vysoko teploty Supravodivé materiály: Zkoumání schémat měření stabilní teploty v extrémním prostředích (jako jsou letecké a jaderné reaktory). Inteligentní a integrované zpracování vloženého signálu: Integrovaný miniaturní zesilovač a digitální kompenzační obvod, přímý výstup digitálního signálu, snižuje externí rušení. Fusion IoT: vzdálené monitorování prostřednictvím bezdrátového přenosu (jako je LORA, NB - IoT) pro podporu aplikací Industry 4.0 a Smart City. Self - Poháněný systém: Použití efektu SeeBeck efektů termočlánků k napájení nízkých - napájecích zařízení (jako jsou bezdrátové senzorové uzly). Optimalizace přesnosti a spolehlivosti kalibrační technologie AI: prostřednictvím strojového učení k dynamickému kompenzaci nelineárních chyb a stárnutí driftu prodlužuje životnost. Multi - senzor Fusion: kombinovaný s infračerveným, RTD atd., Aby se zlepšila spolehlivost měření v komplexním prostředí. N Mezinárodní standardní sjednocení: Přizpůsobte se globálnímu dodavatelskému řetězci, zjednodušte proces výběru a údržby.

2, Emerging Application Fields Nové energii a uhlíkovou neutralitu fotovoltaická a ukládání energie: Monitorujte teplotu solárního panelu (zabránění efektu horkého bodu) a tepelné řízení systémů skladování energie. Energie vodíku: Výroba vodíku s vysokým tlakem a sledování teploty zásobníků palivových článků. Jaderná fúze: Extrémní měření vysoké teploty pro budoucí reaktory (jako jsou termočlánky wolframu a rhenia). Vysoká - Konečná výroba a automatizace výroba polovodiče: Přesná teplota ovládání zpracování a leptací zařízení (vyžadována milisekundová odezva). Aditivní výroba: Real - Časová zpětná vazba teploty taveniny v procesu 3D tisku pro optimalizaci kvality formování. Robot: Ochrana přehřátí robota kloubu na spolupráci. Biomedicínská a zdraví minimálně invazivní chirurgie: Ultrafinové termočlánky jsou integrovány do katétru nebo endoskopu, aby monitorovaly teplotu tkáně v reálném čase. Nositelná zařízení: nepřetržité sledování změn tělesné teploty (jako jsou potřeby řízení zdraví po epidemii). Nízkoteplotní terapie: Přesná kontrola teploty během kryoterapie kapalného dusíku. Letadlo Aerospace and Defense Supersonic: Povrchové aerodynamické monitorování vytápění (materiály odolné vůči více než 2000 C). Satelitní tepelné řízení: Zlepšení spolehlivosti v extrémním teplotním prostředí prostoru. Správa zdraví motoru: Monitorování distribuce teploty čepele turbíny. Inteligentní a spotřební elektronika inteligentní domácí spotřebiče: Přesná teplota ovládání pecí, kávovarských strojů a dalších domácích spotřebičů. Zařízení AR/VR: Zabraňte přehřátí procesoru v ovlivňování uživatelského prostředí. Prostředí a zemědělství Smart zemědělství: Sledování teploty skleníku a půdy. Geotermální průzkum: Hluboké měření teploty studny, které pomáhá rozvoji energie.

shrnout

Budoucnost termočlánků se zaměří na tři klíčové oblasti: vysoká - výkonnostní materiály, inteligence a cross - Integrace domény. Budou i nadále proniknout do koncových sektorů, jako jsou nová energie, zdravotnická péče a letecký průmysl, a vstupují na spotřebitelský trh a vstupují na spotřebitelské trh. Jejich základní výhody - Jednoduchá struktura, žádný požadavek na napájení a odolnost proti teplu - Zajistěte jejich nenahraditelnost, ale musí se také vyvíjet v tandemu s rozvíjejícími se senzorovými technologiemi.