Все, что нужно знать о термопарах

19.10.2022

Термоэлектрический преобразователь, или термопара (ТП) — высокоточный сенсор, используемый для температурных измерений. Отличие от прочих измерителей температуры — возникновение тока при нагревании спаянных электродов.

Где применяют термопары

Благодаря совместимости с мультиметрами, контроллерами, регуляторами температуры и прочими приборами область применения термопар обширна: от производственных установок до газовых котлов и бытовой техники.

Преобразователи способны работать в широком диапазоне. Поэтому наиболее часто их применяют для проверки и тестирования оборудования, связанного с высокими температурами:

Топливные котлы;
Бойлеры;
Плиты;
Паяльные установки;
Устройства с горелками;
Духовки;
Печи;
Автоматика отопительных систем;
Металлургическое оборудование и пр.

Конструктивные особенности ТП

Конструктивно термоэлектрические преобразователи представляют собой 2 спаянных на одном конце разносплавных термоэлектрода, или проводника. Точку соединения называют также «головкой» или «горячей спайкой». Именно она нагревается и является чувствительным сегментом, проводящим измерения.

Два других конца проводников называются «холодным спаем» и подсоединяются к вторичному устройству (регулятор температуры, мультиметр и пр.) для передачи и считывания показаний. Таким образом создается замкнутая цепь, которая позволяет определить уровень электродвижущей силы (ЭДС) и измерить температуру в инертной или окислительной среде.

Сама термопара помещается в защитный кожух из стали. Спаи могут располагаться в кожухе по-разному. Это могут быть один или два изолированных от корпуса спая или сдвоенный спай. Конструкция некоторых преобразователей включает в себя заземленный чувствительный элемент. Встречаются также приборы с неизолированными, присоединенными к корпусу головками.

Принцип работы термоэлектрического преобразователя

Термоэлектрический эффект лежит в основе принципа действия термопары. Он также известен как эффект Зеебека (по имени ученого, открывшего его). Его суть: в замкнутой цепи проводников образуется термо-ЭДС. Для проведения измерений необходимо:

Чтобы проводники были из разных сплавов;
Чтобы температура проводников была разной.

В противном случае термоэлектрического эффекта не возникнет, и провести измерения не получится. Поэтому в конструкцию термопары включаются проводники из разных сплавов (хромель-алюмель, железо-константан, нихросил-нисил, хромель-копель и пр.)

В зависимости от материала преобразователь при нагревании создает термо-ЭДС. Но для каждого вида сплава рабочие диапазоны, процент погрешности и скорость измерения разные.

Для измерения температуры термопарой необходимо:

Горячий спай поместить в измеряемую среду;
Свободные два конца проводников подключить к измерительному прибору;
Снять значения силы тока;
По специальным графикам и таблицам определить температуру.

Некоторые измерительные устройства способны сразу определить температурный показатель. Это значительно ускоряет и упрощает процесс.

Особенности и погрешность термопар

Сами по себе термоэлектрические преобразователи довольно точны, и уровень погрешности низкий у любых типов проводников. Однако бывают случаи, когда погрешность нужно свести к минимуму. В таком случае холодные концы можно поместить в специальные капсулы, в которых температура контролируется приборами.

Кроме этого, термопары характеризуются рядом преимуществ:

Широкий температурный диапазон;
Устойчивость к механическим воздействиям;
Стойкость к вибрациям;
Высокая скорость реакции;
Долгий срок службы.

Для того чтобы соединить датчики с удаленными микросхемами, можно использовать удлиняющий провод. Но важно, чтобы материал, из которого изготовлен провод, совпадал с материалом ТП.

К тому же, чем длиннее провод, тем больше вероятность возникновения помех. Поэтому при подключении необходимо подбирать кабель минимально возможной длины.

Также при необходимости важно обратить внимание на компенсацию холодного спая (КХС). Ее суть заключается в том, чтобы компенсировать разницу температур между измеряемым участком и термопарой. Вычисление КХС обычно ведется максимально близко к точке замера.

Существует возможность изготовить термопару самостоятельно. Но этот процесс весьма трудоемкий и затратный. Кроме того, подобное устройство может оказаться не надежным и не безопасным.

Поэтому для проведения замеров температуры обычно покупают термопары, изготовленные в соответствии с ГОСТ 6616-94, ГОСТ Р 8.585-2001 и действующим стандартами МЭК. В каталоге СОЮЗ-ПРИБОР можно найти термоэлектрические преобразователи, соответствующие всем нормам и занесенные в Госреестр СИ РФ.

Как вам статья?

1 1