Сравнение термопар

Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопары. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью В ± 0.0025Г—T имела бы точность В±2.5 В°C в 1000 В°C.

Термопара, типы, схемы включения и компенсации холодного спая.

Температура является одним из основных факторов определяющих жизнедеятельность чел-ка. Эффективность и качество пром-го производства, надежность функционирования приборов и систем. Температура важный пар-р в хим-й промышленности, в космич-х исследованиях. Диапазон измерения температуры от 0 К до температуры на солнце. В этом диапазоне используются различные средства измерения температуры. Например контактные и бесконтактные.

Термопары.

Явление Зеебека: при нагревании спая двух металлов на выводах этого спая образуется термоэдс пропорциональна температуре спая.

1,2 – разные проводники.

3 – места спая

Т1,Т2 – температуры.

Т1=Т2 – термоэдс нет

Т1≠Т2 – термо ЭДС в спаях будет отличаться – возникает Эл. Ток.

Спай – механическое соединение двух проводников, возникающих при нагревании места контакта проводников их расплавление и последующее отвердение.

Типы термопар

Материал спая	Диап-н темп, Δθ, 0С	Коэф-т α, мкВ/С0	Тип хар-ки
Платина-родий(70% Pt - 30% Rh} Платина-родий (94% Pt - 6% Rh)	600-1700	7.7 (5-14)	B
Вольфрам-рений( (95% W, 5%Re) Вольфрам-рений( 80%W, 20%Re)	0-2300	10 (7-14)	А
Хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr) константан (55% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	-200 - +700	76 (58-81)	E
Железо Fe Константан (55% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	-200- +750	55 (50-64)	J
Хромель(90,5% Ni+9,5%Cr) алюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co)	-200 -+1200	39 (35-42)	K
Платина-родий(87% Pt - 13% Rh} Платина	0-1300	11.7 (10-14)	R
Платина-родий(87% Pt - 13% Rh} Платина Pt	0-1540	10.4	S
Медь константан(55% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	-200- +400	45 (40-60)	T

Схемы включения термопары.

При измерении температуры обычно используется 2 термопары, одна T₂ находится в среде с известной температурой, например, равная 0º С, которая образуется в сосуде, в котором вода находится в 3 фазах, эта температура 0ºС поддерживается постоянной пока есть лед. Термопара T₁ находится в среде, температуру в которой надо измерить.

Схема термометра с электрической компенсацией температуры холодного спая.

1 – основная термопара;

2 – изотермальный блок (выполнен, как правило, из металла с высокой теплопроводностью);

3 – паразитные термопары;

4 – датчик температуры (например, LM 35) (корректирующий датчик);

5 – вычитатель;

6 – АЦП или вольтметр; 7- входное напряжение за вычетом эдс «холодного спая».

Принцип действия.

Изотермальный блок 2 предназначен для исключения влияния паразитных термопар, образованных за счет соединения медных выводов вольтметра с выводами термопар. Датчик 4 измеряет температуру, вырабатывает напряжение равное термоэдс холодного спая и вычитает её на входе блока 5.

Таблица термопар

Тип термопары МЭК	Температурный диапазон °C (длительно)	Температурный диапазон °C (кратковременно)	Класс точности 1 (°C)	Класс точности 2 (°C)	IEC Цветовая маркировка
K	0 до +1100	−180 до +1300	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 1000 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 1200 °C
J	0 до +700	−180 to +800	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 750 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 750 °C
N	0 до +1100	−270 to +1300	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 1000 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 1200 °C
R	0 до +1600	−50 to +1700	±1.0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0.003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1.5 от 0 °C до 600 °C ±0.0025×T от 600 °C до 1600 °C
S	0 до 1600	−50 до +1750	±1.0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0.003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1.5 от 0 °C до 600 °C ±0.0025×T от 600 °C до 1600 °C
B	+200 до +1700	0 до +1820		±0.0025×T от 600 °C до 1700 °C
T	−185 до +300	−250 до +400	±0.5 от −40 °C до 125 °C ±0.004×T от 125 °C до 350 °C	±1.0 от −40 °C до 133 °C ±0.0075×T от 133 °C до 350 °C
E	0 до +800	−40 до +900	±1.5 от −40 °C до 375 °C ±0.004×T от 375 °C до 800 °C	±2.5 от −40 °C до 333 °C ±0.0075×T от 333 °C до 900 °C

Тип термо- пары	Букве- нное обозна- чение НСХ*	Материал термоэлектродов		Коэффициент термоЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С)	Диапазон рабочих температур, °С	Предельная темпе- ратура при кратко- временном приме- нении, °С
		положительного	отрицательного
ТЖК	J	Железо (Fe)	Сплав константен (45% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	50-64 (0-800)	ОТ -200 до +750	900
ТХА	К	Сплав хромель (90,5% Ni +9,5% Сr)	Сплав алюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co)	35-42 (0-1300)	от -200 до +1200	1300
ТМК	Т	Медь (Сu)	Сплав константан (55% Си + 45% Ni, Mn, Fe)	40-60 (0-400)	от -200 до +350	400
ТХКн	Е	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)	Сплав константан (55% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	59-81 (0-600)	от-200 до+700	900
ТХК	L	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)	Сплав копель (56% Си + 44% Ni}	64-88 (0-600)	от -200 до +600	800
ТНН	N	Сплав никросил (83,49% Ni +13,7% Сr + 1,2% Si+ 0,15% Fe + 0,05% С + 0,01% Mg)	Сплав нисил (94,98% Ni + 0,02% Сr + 4,2% Si + 0,15% Fe + 0,05% С + 0,05% Mg)	26-36 (0-1300)	от -270 до +1300	1300
ТПП13	R	Сплав платина-родий (87%Pt + 13%Rh)	платина (Pt)	10-14 (600-1600)	от 0 до +1300	1600
ТПП10	S	Сплав платина-родий (87% Pt — 13% Rh)	платина (Pt)	10-14 (600-1600)	от 0 до +1300	1600
ТПР	В	Сплав платина-родий (70% Pt - 30% Rh}	Сплав платина-родий (94% Pt-6%Rh)	10-14(1000-1800)	от 600 до+1700	1800
ТВР	А-1 А-2 А-3	Сплав вольфрам-рений (95% W - 5% Re)	Сплав вольфрам-рений (80% W-20% Re)	14-7 (1300-2500)	от 0 до +2200 от 0 до +1800 от 0 до +1800	2500
ТСС	I	Сплав сильд	Сплав силин	-	от 0 до + 800	900

Термосопротивление – является пассивным датчиком (для преобразования температуры необходимо пропустить ток).

1821 г. Хемфри Деви обратил внимание, что сопротивление проводников зависит от температуры.

1871 г. Вильям Сименс изготовил первый платиновый термометр, в котором в качестве датчика используется платиновый проводник.

Основой термосопротивлений является свойство изменения электропроводности металлов при изменении температуры.

Широкое применение получили термосопротивления, изготовленные из Cu, Pt, Ni.

Параметры металлов, используемых для изготовления термосопротивлений: температурный коэффициент сопротивления (α), удельное сопротивление, температура плавления, термо ЭДС спая с медью.

# платина (0,0039; 0,105 Ом*мм²/м; 1773 ⁰С; 7,5 мкВ/⁰С)

Rt=R₀(1+αt+βt²+γt³), R₀-сопротивление проводника при t=⁰С, α – коэффициент линейного изменения сопротивления от температуры; β, γ – коэффициенты, характеризующие параметрическую и эмпирическую зависимость.

Упрощенное выражение R(t)=R(1+αt).

Схема включения термосопротивлений.

r 1, r2 – сопротивление соединительных проводников.

Чтобы не было ЭДС на спае делают одинаковую t.

Все способы подсоединения термосопротивления направлены на то, что бы исключить влияние соединительных проводников.

При изменении температуры меняется проводимость металлов (Cu, Pt, Ni)

Нарисовать схему резистивного моста: одно, двух и четырёх элементных с питанием от источника эдс и тока, по трёхпроводной и шестипроводной линиям.

Термистор.

Это полупроводниковое сопротивление, выполненное из чистого или примесного полупровоника, сопротивление которого изменяется с изменением температуры.

ОТК (отрицательный температурный. коэффициент)

ПТК (положительный температурный коэффициент)

Электропроводность полупроводника при различных температурах связана с изменением числа электронов и их подвижностью.

Преимущества - относительное изменение сопротивления значительно больше, чем относительное изменение термосопротивления.

Недостаток - низкая временная стабильность.

Полупроводниковые датчики температур.

Полупроводниковые приборы – это диоды, транзисторы и специальные интегральные микросхемы.

Датчик температуры на основе п/п диода.

Схемы включения датчиков.

Нарисовать принципиальную схему полупроводникового датчика температуры

Дистанционные СИ температуры: пирометры и тепловизоры.