Сообщений в теме: 10

[G.E.]

Продаю термопреобразователи казахстанского производства:
-хромель-копель
-хромель-алюмель
-железо-константан
-нихросил-нисил
Термосопротивление:
-платина
-медь
-никель

[G.E.]

Принцип действия термопары

Термопара – старейший и до сих пор наиболее распространенный в промышленности температурный датчик. Действие термопары основано на эффекте, который впервые был открыт и описан Томасам Зеебеком в 1822 г. Наиболее правильное определение этого эффекта следующее: a difference of potential will occur if a homogeneous material having mobile charges has a different temperature at each measurement contact. (Если гомогенный материал, обладающий свободными зарядами, имеет разную температуру на измерительных контактах, то между контактами возникает разность потенциалов). Для нас более привычно обычно приводимое в литературе несколько другое определение эффекта Зеебека – возникновении тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при наличии градиента температур между спаями. Второе определение, очевидно, следует из первого и дает объяснение принципу работы и устройству термопары. Однако, именно первое определение дает ключ к пониманию эффекта возникновения ТЭДС не в месте спая, а по всей длине термоэлектрода, что очень важно для понимания ограничений по точности, накладываемых самой природой термоэлектричества. Поскольку генерирование ТЭДС происходит по длине термоэлектрода, то показания термопары зависят от состояния термоэлектродов в зоне максимального температурного градиента. Поэтому поверку термопар следует проводить при той же глубине погружения в среду, что и на рабочем объекте. Учет термоэлектрической неоднородности особенно важен для рабочих термопар из неблагородных металлов.

Главные преимущества термопар:

- широкий диапазон рабочих температур, это самый высокотемпературный из контактных датчиков.
- спай термопары может быть непосредственно заземлен или приведен в прямой контакт с измеряемым объектом.
- простота изготовления, надежность и прочность конструкции.


Недостатки термопар:

- необходимость контроля температуры холодных спаев. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
- возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химических процессов.
- материал электродов не является химически инертным и, при недостаточной герметичности корпуса термопары, может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т.д.
- на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.
- зависимость ТЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
- когда жесткие требования выдвигаются к времени термической инерции термопары, и необходимо заземлять рабочий спай, следует обеспечить электрическую изоляцию преобразователя сигнала для устранения опасности возникновения утечек через землю.

[G.E.]

Термометр сопротивления ТС это термометр, как правило, в металлическом или керамическом корпусе, чувствительный элемент которого представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Самый популярный тип термометра – платиновый термометр сопротивления, это объясняется высоким температурным коэффициентом платины, ее устойчивостью к окислению и хорошей технологичностью. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Новый стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ Р 8.625-2006 (Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). Главное преимущество термометров сопротивления – широкий диапазон температур, высокая стабильность, близость характеристики к линейной зависимости, высокая взаимозаменяемость. Пленочные платиновые термометры сопротивления отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Изготавливаются также герметичные чувствительные элементы термометров сопротивления различных размеров, что позволяет их использовать в местах, где важно устанавливать миниатюрный датчик температуры. Недостаток термометров и чувствительных элементов сопротивления – необходимость использования для точных измерений трех- или четырех- проводной схемы включения, т.к. при подключении датчика с помощью двух проводов, их сопротивление включается измеренное сопротивление термометра. Важнейшей технологической проблемой для ТС проволочного типа является герметизация корпуса ЧЭ специальной глазурью, состав глазури должен быть подобран так, чтобы при колебаниях температуры в пределах рабочего диапазона не происходило разрушение герметизирующего слоя.

Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает допуск не лучше 0,1 °С (класс АА при 0 °С). Однако высокая стабильность некоторых термометров позволяет делать их индивидуальную градуировку и определять характерную именно для них зависимость сопротивление-температура. Такая градуировка может повысить точность до нескольких сотых градуса.

[G.E.]

Термометр сопротивления ТС это термометр, как правило, в металлическом или керамическом корпусе, чувствительный элемент которого представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Самый популярный тип термометра – платиновый термометр сопротивления, это объясняется высоким температурным коэффициентом платины, ее устойчивостью к окислению и хорошей технологичностью. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Новый стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ Р 8.625-2006 (Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). Главное преимущество термометров сопротивления – широкий диапазон температур, высокая стабильность, близость характеристики к линейной зависимости, высокая взаимозаменяемость. Пленочные платиновые термометры сопротивления отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Изготавливаются также герметичные чувствительные элементы термометров сопротивления различных размеров, что позволяет их использовать в местах, где важно устанавливать миниатюрный датчик температуры. Недостаток термометров и чувствительных элементов сопротивления – необходимость использования для точных измерений трех- или четырех- проводной схемы включения, т.к. при подключении датчика с помощью двух проводов, их сопротивление включается измеренное сопротивление термометра. Важнейшей технологической проблемой для ТС проволочного типа является герметизация корпуса ЧЭ специальной глазурью, состав глазури должен быть подобран так, чтобы при колебаниях температуры в пределах рабочего диапазона не происходило разрушение герметизирующего слоя.

Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает допуск не лучше 0,1 °С (класс АА при 0 °С). Однако высокая стабильность некоторых термометров позволяет делать их индивидуальную градуировку и определять характерную именно для них зависимость сопротивление-температура. Такая градуировка может повысить точность до нескольких сотых градуса.

[G.E.]

Рекомендации по выбору типа термопары

Термопары из неблагородных металлов

Тип J (железо-константановая термопара)

• Не рекомендуется использовать ниже 0 °С, т.к. конденсация влаги на железном выводе приводит к образованию ржавчины;
• Наиболее подходящий тип для разряженной атмосферы;
• Максимальная температура применения – 500 °С, т.к выше этой температуры происходит быстрое окисление выводов. Оба вывода быстро разрушаются в атмосфере серы.
• Показания повышаются после термического старения.
• Преимуществом является также невысокая стоимость.

Тип Е (хромель-константановая термопара)

• Преимуществом является высокая чувствительность.
• Термоэлектрическая однородность материалов электродов.
• Подходит для использования при низких температурах.

s Тип Т (медь-константановая термопара)

• Может использоваться ниже 0 °С;
• Может использоваться в атмосфере с небольшим избытком или недостатком кислорода;
• Не рекомендуется использование при температурах выше 400 °С;
• Не чувствительна к повышенной влажности;
• Оба вывода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.

Тип К (хромель-алюмелевая термопара)

• Широко используются в различных областях от – 100 °С до +1000 °С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектрода);
• В диапазоне от 200 до 500 °С возникает эффект гистерезиса, т.е показания при нагреве и охлаждении могут различаться. Иногда разница достигает 5 °С;
• Используется в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода;
• После термического старения показания снижаются;
• Не рекомендуется использовать в разряженной атмосфере, т.к. хром может выделяться из Ni-Cr вывода (так называемая миграция), термопара при этом изменяет ТЭДС и показывает заниженную температуру;
• Атмосфера серы вредна для термопары, т.к. воздействует на оба электрода.

Тип N (нихросил-нисиловая термопара)

• Это относительно новый тип термопары, разработанный на основе термопары типа К. Термопара типа К может легко загрязняться примесями при высоких температурах. Сплавляя оба электрода с кремнием, можно тем самым загрязнить термопару заранее, и таким образом снизить риск дальнейшего загрязнения во время работы.
• Рекомендуемая рабочая температура до 1200 °С (зависит от диаметра проволоки).
• Кратковременная работа возможна при 1250 °С;
• Высокая стабильность при температурах от 200 до 500 °С (значительно меньший гистерезис, чем для термопары типа К);
• Считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.

Общие советы по выбору термопар из неблагородных металлов

ниже нуля – тип Е, Т
комнатные температуры – тип К, Е, Т
до 300 °С – тип К
от 300 до 600°С – тип N
выше 600 °С – тип К или N

Термопары из благородных металлов

Тип S (платнородий-платиновая термопара)

• Рекомендуемая максимальная рабочая температура 1350 °С;
• Кратковременное применение возможно при 1600 °С;
• Загрязняется при температурах выше 900 °С водородом, углеродом, металлическими примесями из меди и железа. При содержании железа в платиновом электроде на уровне 0,1%, ТЭДС изменяется более, чем на 1 мВ (100°С) при 1200 °С и 1,5 мВ (160 °С) при 1600 °С. Такая же картина наблюдается при загрязнении медью. Таким образом, термопары нельзя армировать стальной трубкой, или следует изолировать электроды от трубки газонепроницаемой керамикой.
• Может применяться в окислительной атмосфере.
• При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.
• Не рекомендуется применять ниже 400 °С, т.к ТЭДС в этой области мала и крайне не линейна.

Тип R (платнородий-платиновая термопара)

• Свойства те же, что и у термопар типа S.

Тип В (платнородий-платинородиевая термопара)

• Рекомендуемая максимальная температура рабочего диапазона 1500 °С (зависит от диаметра проволоки);
• Кратковременное применение возможно до 1750 °С;
• Может загрязняться при температурах выше 900 °С водородом, кремнием, парами меди и железа, но эффект меньше, чем для термопар типа S и R;
• При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.
• Может использоваться в окислительной среде;
• Не рекомендуется применение при температуре ниже 600 °С, где ТЭДС очень мала и не линейна.

[G.E.]

Особенности конструкции платиновых чувствительных элементов (ЧЭ)

1.Самая распространенная конструкция – так называемая «свободная от напряжения спираль» (Strain-free). Эта конструкция выпускается многими российскими предприятиями и считается самой надежной. Вариации основного дизайна заключаются в размерах деталей и материалах, используемых для герметизации корпуса чувствительног элемента (ЧЭ). Для различных диапазонов температур используются разные виды глазури. Эта конструкция ЧЭ также очень распространена за рубежом. Приводим примерную схему данного типа ЧЭ.



ЧЭ представляет собой платиновую спираль, четыре отрезка которой укладываются в каналы трубки из оксида алюминия и засыпаются мелкодисперсным порошком из оксида алюминия высокой чистоты. Таким образом, обеспечивается изоляция витков спирали друг от друга, амортизация спирали при термическом расширении и вибропрочность. Герметизация концов ЧЭ проводится с помощью цемента, приготовленного на основе оксида алюминия, или специальной глазури.

2. Вторая конструкция – это новая разработка, которая используется в ЧЭ значительно реже из-за высокой стоимости. Так называемая полая конструкция «hollow annulus». Эта конструкция применяется на особо важных объектах, в атомной промышленности, т.к. обладает повышенной надежностью и стабильностью метрологических параметров.



Чувствительный элемент наматывается на поверхность полого металлического цилиндра, изолированную слоем оксида алюминия, образованным способом горячего распыления. Для изготовления цилиндра используется специальный металл, температурный коэффициент расширения которого очень близок к температурному коэффициенту платины. После специальных процедур отжига и обработки поверхности платины изолирующим слоем оксида алюминия ЧЭ вставляется в тонкую металлическую трубку, которая герметизируется с обоих концов. Коэффициент тепловой инерции такого элемента составляет около 350 мс, для погружаемого ЧЭ, до 11 с для ЧЭ, монтированного в корпус термометра. Недостатком данной конструкции, препятствующим ее широкому распространению в промышленности, является высокая стоимость ЧЭ.

3. Пленочные чувствительные элементы типа “thin-film”



Пленочный ЧЭ изготавливается нанесением тонкого слоя платины на керамическую подложку. Обычно слой имеет толщину порядка 10-8 см. Слой платины сверху покрывается эпоксидным или стеклянным изоляционным слоем. Технология изготовления освоена многими зарубежными фирмами, в настоящее время пленочный платиновый ЧЭ – это самый дешевый и самый широко продаваемый сенсор. Большим преимуществом является малый размер и масса ЧЭ, это позволяет устанавливать такие ЧЭ в миниатюрные корпуса и получать быструю скорость реагирования на изменение температуры объекта. Благодаря малым размерам, пленочные ЧЭ могут изготавливаться с повышенным номинальным сопротивлением. Уже разработаны и производятся ЧЭ с сопротивлением 1000 Ом. Это позволяет значительно снизить влияние сопротивления выводов при подключении по 2-х проводной схеме. По стабильности пленочные ЧЭ все еще уступают проволочным, но их технология постоянно совершенствуется, и в последнее время отчетливо наблюдается прогресс в повышении стабильности сопротивления ЧЭ и расширении температурного диапазона.

4. Платиновая спираль в стеклянной изоляции.

Некоторые фирмы выпускают ЧЭ из платиновой проволоки, покрытой стеклом. Это обычно довольно дорогие термометры сопротивления. Преимуществом является полная герметизация чувствительного элемента, стойкость к условиям повышенной влажности, недостатком – ограниченный диапазон рабочих температур.

Прикреплённые изображения:

• 

[G.E.]

Приблизительно 50 –60% всех измерений температуры в промышленности выполняются термопарами, 30 –40%— РДТ, а остальные измерения — другими датчиками, например, термисторами или оптическими пирометрами. В большинстве приложений лучшим выбором оказывается РДТ, поэтому их доля на рынке постоянно увеличивается.

В последние годы появилось множество других температурных датчиков, включая интеллектуальные датчики, например, волоконно-оптические. Интеллектуальные датчики, несомненно, займут свое место на рынке, но термопары и РДТ, как ожидается, не сдадут своих лидирующих позиций в промышленных процессах и останутся таковыми в обозримом будущем.


За последние три десятилетия произошёл большой прогресс в разработке и оснащении новой аппаратурой технологических процессов. Это касается появления интеллектуальных температурных датчиков, цифровой обработки аналоговых сигналов датчиков, обеспечения цифрового отображения показаний и компьютерного управления. Несмотря на все это, первичными элементами для измерения температур, как в самых обычных, так и в интеллектуальных температурных датчиках, по большей части, все еще остаются термопары или РДТ. Эти датчики используются более столетия, но за это время практически не изменились и все еще остаются лучшими инструментальными средствами для проведения температурных измерений в промышленности.

В принципе, можно использовать РДТ для измерений высоких температур (примерно до 1000 °C), но практически оказывается трудно обеспечить точность измерения, если температура превышает 400 °C. Точно так же термопары могут использоваться для измерения температур вплоть до 3000 °C, но получить достоверные данные при температурах выше 1000 °C крайне трудно. К счастью, в наиболее распространенных промышленных процессах температура редко превышает 200 или 400 °C, а здесь РДТ и термопары работают достаточно хорошо. Проблема измерения высоких температур заключается в ограниченных свойствах материалов, использующихся при производстве датчиков. Большинство материалов ухудшает свои свойства или даже изменяет их при воздействии высокой температуры. Например, изоляция датчиков обычно не может выдерживать температуры близкие к 1000 °C в течение любого существенного промежутка времени.

[G.E.]

Как известно, РДТ — активный датчик. Чтобы измерить его сопротивление, необходимо пропустить через него маленький электрический ток (обычно не более 1 мА). Ток заставляет платиновый элемент РДТ нагреваться выше температуры среды, в которую он помещен. Величина нагрева пропорциональна квадрату протекающего тока (P=I2R) и коэффициенту теплопередачи между чувствительным элементом РДТ и средой. Если РДТ находится в среде с плохой теплопередачей, например, в воздухе, он нагреется больше, чем если бы он находился в жидкости.
На рис.1 приведены уровни выходных сигналов типичного РДТ и термопары в зависимости от температуры. Как видно, термопары работают в большем температурном диапазоне, чем РДТ, а РДТ имеют больший относительный уровень выходного сигнала по сравнению с термопарами. Кроме того, РДТ более линеен, чем термопара.

Прикреплённые изображения:

• 

[G.E.]

Сравнение выходного сигнала РДТ с прямой линией в температурном диапазоне 0 –400 °C показано на рис.2. Этот график дополняется рис.3, на котором отображена разность между прямой линией и характеристической кривой РДТ. Наблюдается разница почти в 6 °C в центре температурного диапазона. Для сравнения на рис.4 показано типовое различие между характеристическими кривыми трех типов термопар и прямой в температурном диапазоне 0 –1000 °C.

Прикреплённые изображения:

• 
• 
• 

[G.E.]

Как видно, термопары K-типа наиболее линейны из всех трех типов в данном температурном диапазоне. Это обстоятельство является одной из причин, по которой они используются в промышленности более широко, чем термопары типов J и E. На рис.5 показан уровень выходного сигнала термопар K-, J-и E-типов как функция температуры.

Прикреплённые изображения:

• 

[G.E.]

Является общепризнанным, что термоэлектричество берет свое начало от открытия Зеебеком в 1821 году термоэлектродвижущих сил. Поэтому в настоящее время этот эффект носит его имя. Также стало общепринятым считать, что с именем Зеебека связано и начало открытия термоэлектричества. Однако в действительности, немецкий ученый, уроженец г. Ревеля (ныне Таллин), Томас Йохан Зеебек (1770-1831) занимался изучением магнитного поля Земли. Опыты Зеебека сводились к следующему. Он использовал два разнородных материала в виде проволоки или стержней из висмута или сурьмы и меди, приводил их в контакт и нагревал с одной стороны



В результате Зеебек наблюдал воникновение магнитного поля, которое фиксировалось по отклонению магнитной стрелки. Из этого опыта Зеебек сделал вывод, что «разность температур в местах соприкосновения металлической цепи является источником освобождающегося магнетизма, причиной магнитных действий» /1/. При этом величина и направление действия на магнитную стрелку зависели от степени нагрева и от материала, из которого был сделан исследуемый контур. Зеебек назвал этот эффект термомагнетизмом. Он считал, что это явление как нельзя лучше объясняет возникновение земного магнетизма: магнитные свойства земли он связывал с действием разницы температур между полюсами и экватором в разных участках земной коры. Отчет об исследованиях Зеебека был опубликован только в 1825 году в трудах Берлинской академии наук /1/.

Но физики многих стран были ознакомлены с новым эффектом еще в 1823 году из краткого сообщения /2/ Ханса Кристиан Кристиана Эрстеда (1777-1851), датского физика, бессменного секретаря Датского королевского общества с 1815 года. Кроме того, в этом же году Эрстед на заседании Французской академии наук сделал доклад /3/, начиная его словами «Я имею честь продемонстрировать ассамблее замечательные опыты, благодаря которым Зеебек доказал, что можно получить электрический ток в цепи, сформированной исключительно из твердых проводников, нарушая только равновесие температуры». Эрстед еще в 1820 году обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку и положил начало новому разделу физики – электромагнетизму. Поэтому он сразу же показал, что явление, обнаруженное Зеебеком, имеет не магнитную, а электрическую природу, и заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре из неоднородных проводящих материалов, когда места контактов имеют разные температуры. Отсюда следовало предложенное Эрстедом другое, более точное название эффекта – термоэлектричество, которое и закрепилось в физике.

Эрстед создал первый термоэлемент и изобрел первую термоэлектрическую батарею (генератор) на основе пары металлов свинец-висмут, всего 6 термопар, «горячие» спаи которых нагревались, а «холодные» спаи охлаждались в стаканах водой


Таким образом, открытие термоэлектричества на основе опытов Зеебека скорее можно присвоить не самому Зеебеку, а Эрстеду, давшему правильное объяснение этим опытам. Интересно отметить, что Зеебек до конца жизни был противником термоэлектричества, хотя Эрстед никогда не оспаривал первенство открытия эффекта, признава
я его за Зеебеком.