Что такое термопара?
Для чего нужны эти датчики температуры?
Какие разновидности существуют, их плюсы и минусы?
Что может предложить ОВЕН?
Ответы на эти вопросы подробно разобраны в статье + много другой полезной информации
Вид для печати
Что такое термопара?
Для чего нужны эти датчики температуры?
Какие разновидности существуют, их плюсы и минусы?
Что может предложить ОВЕН?
Ответы на эти вопросы подробно разобраны в статье + много другой полезной информации
Теперь то же самое для тех, кто не хочет скачивать статью и хочет почитать ее прямо здесь
Мир термопар. Погружение
Кажется, что термопара – самый простой датчик температуры наряду с ртутным градусником. Ну, а чего тут сложного? Скрутили-спаяли с концов две проволоки из разных металлов, погрузили «горячий» спай в печку, а «холодный» – в лед, и ловите заветные милливольты, переводите в температуру. Так? Так-то так, да не совсем. Ох, не так они просты, эти датчики, недаром существуют сотни их разновидностей. Почему так много? Попробуем разобраться.
Немного истории
Термопары, как известно, изобрел еще в 19-ом веке «товарищ Зеебек» (как назвал ученого один наш дилер:)). Но и в 21-ом веке – это самые популярные датчики для измерения температуры, применяемые в промышленности. Не будем подробно останавливаться на физике работы термопары – об этом написано полным-полно статей и учебников. Примем как факт: если держать «холодный» спай двух разнородных проволок при нулевой температуре, а «горячий» – в среде, температуру которой нужно измерить, то по стрелочке милливольтметра, включенного в цепь нашей термопары, мы увидим, что в термопаре «побежит» электрический ток и появятся милливольты термоэлектродвижущей силы (ТЭДС). Причем величина ТЭДС будет зависеть только от изменения температуры «горячего» спая.
Вложение 43576
Сейчас, конечно, нет никакого смысла держать «холодный» спай при 0 ˚C. Все измерители и контроллеры – так называемые вторичные приборы, к которым подключаются термопары, – автоматически корректируют температуру «холодного» спая. Точно так же все современные приборы автоматически переводят милливольты в градусы Цельсия, и никакими таблицами перевода пользоваться не нужно. Остается вопрос: из каких же металлов выбрать проволоку для термоэлектродов термопары?
По итогам долгих поисков ученых всего мира были приняты примерно две дюжины металлов и сплавов, наилучшим образом подходящих на роль проводников-термоэлектродов. Их попарно скомпоновали в «нерушимые» связки, называемые типами термопар: хромель – алюмель ХА (К), хромель – копель ХК (L), нихросил-нисил НН (N), железо-константан ЖК (J), платинородий-платина ПП (S, R), платинородий-платинородий (В) и др. Друг от друга они отличаются вырабатываемой ТЭДС, температурами применения, чувствительностью, особенностями эксплуатации и т.д. Рассмотрим подробнее наиболее распространенные.
Наиболее распространенные типы термопар и их особенности
Хромель-алюмель (К)
Широко применяется на производствах и в лабораторных исследованиях. Не боится деформации, имеет хорошую чувствительность. В этой «паре» со временем происходит дрейф ТЭДС, т.е. растет погрешность измерения. Это зависит от условий эксплуатации – величины измеряемых температур; состава среды, с которой контактирует термопара; конструктивного исполнения термопары и т.д.
Диапазон измеряемых температур этой термопары: -200…1200 ˚С, но мы не советуем применять ее на предельных значениях, т.к. это приводит к ускоренному дрейфу термо-ЭДС, и термопара прослужит меньше.
Именно поэтому мы ограничили диапазон применения наших хромель-алюмелевых термопар ДТПК температурами: -40…1100 ˚С.
Хромель-копель (L)
Также является широко применяемой термопарой в России и СНГ. По сравнению с ХА верхняя граница диапазона измеряемых температур у нее ниже (для термопар ОВЕН ДТПL: до +600 ˚С).
К ее достоинствам относится высокая чувствительность и высокая термо-электрическая стабильность, т.е. ничтожно малый дрейф ТЭДС термопары вовремя эксплуатации. Недостаток все же имеется – это высокая чувствительность к деформации.
В дальнем зарубежье почти не применяется, и там типу «L» соответствует совсем другая термопара – железо-медьникель. Максимально похожая по характеристикам, применяемая в Германии и других странах – тип «Е», хромель-константан.
Железо-константан (J)
Еще одна термопара для измерения не очень высоких температур (до +750˚С). Ее особенность – стабильная работа в восстановительной среде (СО и H2),чем не могут «похвастаться» остальные типы термопар. Поэтому для контроля температуры в печах безокислительного нагрева металла, да и вообще в агрегатах с восстановительной атмосферой внутри термопары типа J будут лучшим выбором.
Нихросил-нисил (N)
Эта термопара является улучшенной версией термопары ХА. Температура применения – до 1250 ˚С, дрейф термоЭДС или рост погрешности измерения гораздо слабее. Это позволяет в ряде случаев применять данную термопару в качестве замены дорогостоящим термопарам из благородных металлов, например, вместо платинородий-платиновой (S). ДТПN считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.
Платинородий-платина (S, R), платинородий-платинородий (В)
Относятся к классу термопар из благородных металлов.
Широко распространены во всем мире, альтернативы им для измерения температур в диапазоне 1250…1600 ˚С практически нет. Термопары типа S и R различаются только содержанием родия в платинородиевом термоэлектроде (10 и 13 % cоответственно). Их свойства практически идентичны. Тип «S» распространен в РФ, тип «R» – на Западе.
Термопара типа «В» развивает небольшую термо-ЭДС, при температуре ниже 600 ˚С она очень мала, поэтому для измерения низких температур не подходит. Но термопару этого типа можно применять для долговременного измерения температур вплоть до 1600 ˚С, кратковременно – до 1800 ˚С.
Термопара типа «S» отличается большей чувствительностью, диапазон измеряемых температур: 0…1400 ˚С. Кратковременно – до 1600 ˚С. Выше 1400˚С ДТПS долго применять нельзя – начинают расти зерна платины, изменяя генерируемую ТЭДС этой термопары.
Платинородий-платиновые датчики – «палочка-выручалочка» во всех отраслях промышленности, где нужно измерять высокие температуры. Эти термопреобразователи отличаются стабильностью, высокой точностью и сопротивлением коррозии в окислительных и нейтральных средах. Но данные термопары стоят недешево (как, впрочем, и любые другие драгоценности).
Вложение 43577
Конструктивные исполнения термопар
Назвать полноценным датчиком температуры просто пару проволок, соединенных между собой, нельзя. Для этого необходимо:
a) изолировать друг от друга термоэлектроды по всей длине термопары;
b) защитить их от повреждений при установке и эксплуатации;
c) защитить от агрессивных веществ, которые будут разрушать термопару;
d) сделать удобным подключение датчика к вторичному прибору и надежным монтаж (а места для установки датчика могут быть самые разные: трубопровод, свод печи, подшипник и т.д.).
Именно поэтому производители предлагают большое количество конструктивных исполнений термопар. Для защиты термоэлектродов от механических повреждений и вредных воздействий внешней среды их помещают в защитную арматуру. Для температур 300-400 ˚С и 800-900 ˚С – это трубки из латуни и нержавеющей стали соответственно; для температуры выше 1000 ˚С и до 1250 ˚С – трубы из жаростойких сталей и сплавов (15Х25Т, ХН45Ю, Nicrobell). Также на этих температурах применяются и керамические защитные чехлы. При измерении температуры расплавов металлов и солей применяют толстостенные чехлы из серого чугуна, нитрида и карбида кремния.
Небольшой инсайд: инженеры компании ОВЕН разработали собственный чехол из бетонокерамики, не имеющий аналогов по своим характеристикам. Сейчас термопары в таком чехле проходят тестирование в расплавах металлов и в других сложных агрессивных средах. Результаты воодушевляют, и скоро эти датчики поступят в продажу.
По типу коммутации со вторичными приборами термопары делятся на два больших класса:
• с кабельными выводами
Вложение 43578
• с коммутационными головками
Вложение 43579
«Горячий» спай находится в заваренном конце защитной арматуры. Благодаря резьбе на штуцере термопара надежно вкручивается в бобышку/втулку с внутренней резьбой, которая приварена на внешнюю поверхность объекта измерения.
Датчики с кабельным выводом можно сразу подключать к измерителям. Это удобно, но при заказе необходимо четко представлять длину необходимого кабеля. Такие модели советуем применять до 400 ˚С.
В датчиках с коммутационной головкой провода для линии связи «датчик –прибор» подключаются к клеммам в головке. Этот класс стоит использовать на более высоких температурах (до 800 – 900 ˚С), и когда расстояние между датчиком и прибором еще неизвестно. Термопарный провод при этом приобретается отдельно. Мы категорически не рекомендуем подключать термопары к вторичным приборам медными или алюминиевыми проводами. Это приведет к непредсказуемой ошибке измерения, что может повлечь за собой брак термообрабатываемой продукции и другие неприятные последствия.
Вложение 43580
Вложение 43581
Но есть еще и третий класс – бескорпусные (поверхностные) датчики. Конструкция такой термопары максимально проста (см. рис.). Термоэлектроды находятся внутри оплетки из кремнеземной нити, рабочий спай открытый, температура применения – вплоть до 300 °C.
Вложение 43582
Обратите на эти модели внимание – как говорится, «дешево и сердито». Например, метровая термопара ДТПК011 обойдется всего в 400 рублей. А 20-сантиметровая – в 100 рублей (!). Это позволяет в ряде процессов использовать ее буквально для нескольких измерений, после чего менять на новую.
Получается, что для каждой среды и измеряемой температуры – своя термопара! Выбирайте любую под свою задачу, а мы поможем вам не ошибиться с выбором.
Купили прецизионный измеритель температуры МИТ 8.30 (Изтех) с проводами для подключения термопар 1,5 м (это доп. опция).
Значит провод одним концом подключается к прибору МИТ8.30, далее 1,5 метра провода, а на другом конце провода зажим для подключения термопар и возле этого зажима находится термосопротивление для контроля температуры "холодных концов".
Вот у меня вопрос, а разве датчик "холодных концов" не должен находиться у разъема подключения непосредственно к прибору?
Просто у меня прибор стоит в комнате с температурой +25, а провод тянется к печке с температурой 1000 градусов и в районе крепления с термопарой (и соответственно у датчика) температура около 40 градусов...
Я не уверен что правильно измеряю температуру...
Правильно.
То, что у прибора вынесен датчик "холодного спая", это допустимо и даже хорошо - дальше можно тянуть медным проводом до прибора. Прибор знает температуру холодного спая от ТС и температуру горячего спая от ТП, и вычисляет реальную температуру. Все нормально.
Да, датчик "холодных концов" должен быть расположен на разъеме подключения непосредственно к устройству. Датчик «холодных концов» используется для измерения температуры самого провода, и эта информация используется для корректировки потерь тепла через провод. Если датчик «холодных концов» не находится на соединительном разъеме, показания температуры будут неточными.
http://www.ulytau.kz/casino/olimp-com
Так если датчик вынесен в место соединения, по нему и узнает
По своему опыту скажу, что термопару типа ТПП нельзя соединять чисто медью. Да, компенсационный провод для ТПП - это медь на "+" и медь с никелем на "-".
У меня в печи 1200, термопара внутри, жаром от печи место соединения медного провода и электродов термопары нагревается до 50-60 градусов. Отрицательный электрод при этом с чистой медью генерит неплохое термоЭДС (для моей необходимой точности +- градус).
Вот этой фразы я вообще не понимаю.
Как датчик холодных концов меня спасает от паразитного термоЭДС на спае меди и электрода термопары? :confused:
(кстати, я только сейчас осознал, что провод-то у меня идущий на прибор чисто медный, судя по обозначению на изоляции. ужас)
Это мы пока пропускаем, допустим что мой провод не медный, а специальный компенсационный... Т.е. мы удлиняем термопару тем проводом, который в месте соединения с термопарой не создает паразитного термоЭДС...
ТермоЭДС термопары зависит от разницы температуры горячего и холодного спая...
Т.е. мне хотят сказать, что даже в случае, если термопара используется с компенсационными проводами, ее холодные концы находятся в месте соединения с этими проводами, а не там, где компенсационные провода подключены к измерительному прибору.
Ну возможно...
Вы бы ещё у Папы Римского попросили обосновать существование Бога! :eek: Это Библия метрологии. Погуглите фразу "Удлиняющие провода термоэлектрических термометров". Если бы всё было так просто, то тогда зачем по вашему выпускают удлиняющие термоэлектродные провода? Для лохов что ли? :mad:
Я специально не стал сразу комментировать тупейший высер в посте №5. Думал ну есть тут, наверное, настоящие специалисты, кто размажет недоучку с манагерским образованием. Но увы...
ХА!!!
Цитата из поста №2:
Мы категорически не рекомендуем подключать термопары к вторичным приборам медными или алюминиевыми проводами. Это приведет к непредсказуемой ошибке измерения, что может повлечь за собой брак термообрабатываемой продукции и другие неприятные последствия.
:(:(:(
Пишу медленно, чтобы вам было понятней.
Для измерения нам нужно знать эдс горячего спая и температуру холодного. Далее в приборе эта температура преобразуется в единицы напряжения, затем вычитается из измеренной общей эдс.
В принципе нам неважно, на каком расстоянии от АЦП будет находиться холодный спай, в пяти сантиметрах (когда он измеряется прямо в приборе) или пяти(десяти) метрах (когда выносят датчик температуры из прибора), важна лишь его температура/эдс.
Нужно ли дополнительно объяснять, почему металл, из которого сделаны проводники, подключаемые к холодным спаям (да, их два, температуру считаем одинаковой) может быть любым?
Вы не поняли с самого начала концепцию про вынос датчика температуры из прибора к точке соединения удлинительных проводов термопары к точке, где они соединятся с алюминиевым, к примеру, кабелем (холодный спай) и идут себе дальше в прибор.
Ну это же полная отсебятина!
Допустим ХА термопару вы удлинили медным проводом. В результате у вас получилось как минимум 3 термопары, хотя фактически 5. Но две (на клеммах прибора) можно не считать, так они образуют две одинаковые пары, включенные встречно, имеющие одну и ту же температуру. Итак имеем три последовательные термопары: медь-хромель, хромель-алюмель, алюмель-медь. Пусть даже две последние пары имеют одинаковую температуру, но при этом они будут вырабатывать разные ЭДС и сумма этих двух ЭДС будет меняться в зависимости от температуры. И вот эту зависимость не может рассчитать ни один прибор, даже если он будет знать температуру этих двух термопар! Алаверды :)
Тогда зачем вообще придумали компенсационные провода для термопар?
То место, где вы делаете скрутку холодных концов термопары с другим проводом, например медным, тоже является термопарой. Ведь это соединение двух разных металлов. И если это место тоже нагревается, то эта паразитная термопара генерит дополнительное термоЭДС которое прибавляется (или отнимается в зависимости от ситуации) к термоЭДС, которое генерит основаня термопара. В результате мы имеем погрешность.
Удлинительные провода, ну ли компенсационные, сделаны из такого материала, который в случае соединения с термопарой не генерит паразитное термоЭДС.
Единственная "волшебная" термопара, которой не нужна ни компенсация температуры холодных концов, ни специальные провода, это термопара типа ПР. Ну вот такие у нее свойства.
И я так понял что еще важно понимать чем удлиняют термопару.
Если термопару удлинить таким же проводом как и термопара, то как не крути, а холодные концы у клемм измерительного прибора. Ведь мы просто сделали термопару длиннее физически.
Если термопару удлинить компенсационным проводом, который не генерит в месте соединения паразитную термоЭДС, то, как я понял, холодные концы находятся в месте соединения термопары с компенсационным проводом.
Так как же по-вашему прибор рассчитывает эту зависимость, когда эти две "последние пары" находятся на его клеммах? На самом деле все просто, их термоэдс будет точно такая же, если бы мы соединили напрямую хромель-алюмель.
При одинаковой температуре всех спаев эдс соединения хромель-алюмель равно эдс соединения хромель-медь-алюмель.
Если возражений нет, то поедем дальше.
Если известно из какого материала сделаны удлинительные провода, например медь, и мерить температуру в месте соединения, то проблем с погрешностью не будет. Холодный спай будет находится в месте соединения удлинительных проводов с компенсационными проводами.
Ок! Известно из какого сплава сделаны удлинительные провода, пусть это будет медь, и температуру в месте соединения медных проводов с проводами термопары мы измеряем с помощью датчика температуры холодного спая. Внимание! Меняем медные провода на алюминиевые, температуру в месте соединения как и прежде контролируем. Согласно вашей логике все условия для правильного измерения температуры самой термопарой соблюдены - материал проводов известен, температура "холодного спая" известна - таким образом, показания прибора не изменятся (при той же температуре самой термопары). Так?
Отвечу за IVM, - точно так!
Добавлю для Олега, - а вы поменяйте медные провода сразу на хромелевые и разрисуйте получившиеся термопары. Может хоть тогда дойдет...
Вычислитель МИТ 8.30 "знает" все про Шнур МИТШ-32.3.1 (материал проводов, температуру холодных концов, термо ЭДС, возникающие в местах соединения), что позволяет сделать необходимые корректировки значений измеряемой температуры. У автора тема именно такой шнур и волноваться ему не о чем.
Здравствуйте. А Вы же вот написали: "...находится термосопротивление для контроля температуры "холодных концов"."
Предполагаю, что это ТС подключается на отдельный вход измерительного прибора, и по нему он и узнает температуру места соединения выводов термопары и медного провода. Это по логике, я с этим прибором не работал и схемы его работы не видел.
А вообще - лучше адресовать вопросы по этому прибору компании-производителю. Мы не производим подобные приборы.
Вопрос не по прибору.
Вопрос по термопаре, что советует теме этого топика.
Вопрос: где измерять температуру холодных концов, если термопара подключена к прибору с помощью компенсационного провода?
Варианты ответов:
1. У клемм измерительного прибора.
2. В месте соединения термопары с компенсационным проводом.
Компенсационные провода изготовлены из разного материала. По этой причине в месте их соединения с клеммами прибора возникают паразитные термо-ЭДС (клеммы прибора изготовлены из сплава отличного от материала компенсационных проводов). Т.к. компенсационные провода изготовлены из разных материалов, то и термо-ЭДС в месте их подключения получаются разные по величине и по этому не компенсируют друг друга.
Компенсационные провода нужны для того, чтобы в местах их соединений с термопарой не возникали паразитные термо-ЭДС.
Паразитные термо-ЭДС, возникающие в местах соединения компенсационных проводов с клеммами прибора учитываются вычислителем прибора при расчете температуры горячего спая термопары.
Doomnik, в чем твоя проблема ?
Еще раз - никакого прибора нет (я про МИТ 8.30), забудьте про мой первый вопрос.
Я сформулировал правильный вопрос в предыдущем сообщении.
Пусть у нас термопара ТПП, термометр, таблица из ГОСТа "термоЭДС-градусы" и милливольтметр.
Измеряем температуру.
Милливольтметр показал 0,646 мВ.
Компенсационного провода нет.
Каков классический расчет температуры при учете температуры холодных концов?
п.1. Градусником измеряем температуру холодных концов, пусть это будет 25 градусов.
п.2 Далее мы что делаем? Смотрим какое термоЭДС дает термопара при 25 градусах - 0,143 мВ.
п.3 Далее мы плюсуем 0,646+0,143=0,789 мВ. И теперь смотрим по таблице что это у нас...Ну это 119 градусов (ну еще надо поправку термопары учитывать, но это опустим).
Итого: по милливольтметру 0,646 мВ, и это, с учетом температуры холодных концов, 119 градусов.
Как меняется п.2 порядка перевода мВ в градусы при наличии компенсационного провода?
Вы предлагаете на температуру реального места соединения "термопара-компенсационный провод" внимания не обращать?
Мне тяжело с тобой общаться))):D
Я просто привел пример, 0,646 мВ я взял из головы.
Еще раз.
Пусть у нас термопара ТПП, термометр, таблица из ГОСТа "термоЭДС-градусы" и милливольтметр.
Термопара в печи, мы к ней подключили милливольтметр, он, к примеру, показал 0,646 мВ (придумай свою цифру).
Какая температура в печи?
Для ответа на этот вопрос мы выполняем пункты 1,2,3 из моего предыдущего сообщения и получаем 119 градусов в печи.
И вот я спрашиваю: а что будет, если у нас к термопаре подключен компенсационный провод?
В чем здесь подвох?
Давай в моем примере, когда мы не использовали компенсационные провода, в печи была температура 1300 Цельсия, термопара короткая и у клемм прибора температура была ну пусть 60 градусов - жар от печи нагревал.
А теперь мы термопару нарастили компенсационным проводом, это нам позволило прибор отодвинуть подальше от печи и теперь у клемм прибора температура 25 градусов.
Но температура у реального конца термопар как была 60, так и осталась. И у меня вопрос, какую температуру принимать за температуру холодных концов, 20 или 60 градусов при расчетах?
Ты говоришь что надо брать температуру у клемм прибора, но разве компенсационный кабель работает как термопара?
Если ты и сейчас вопроса не поймешь, пойду застрелюсь.
IVM не тратьте своё время в пустую.
Если провода компенсационного кабеля изготовлены точно из такого материала как и провода термопары, то никакого влияния на результат измерения температуры не будет. Считай, что у тебя термопара с длинными родными концами. Сколько раз тебе про это писать ?
Ты на ровном месте заморочил голову себе и другим пытаешься заморочить.
Збс ты отвечаешь. Только на то, что нужно тебе.
Я об этом написал в сообщении этого форума № 19 на второй странице этой темы.
Вот цитата. Я это понял еще 28.06.2023.
Я зря в примере написал что термопара ТПП??? Где ты видел платиновые компенсационные провода??? Для ТПП используют какой-то сплав меди для одного электрода и медь для другого.
Ну теперь ты мне нормально ответишь где замеряется температура холодных концов или нет? :D :D :D
Пох на паразитыне термоЭДС, я спрашиваю ГДЕ ЗАМЕРЯТЬ температуру свободных концов если используется компенсационный провод не из того же материала, из которого сделана термопара.
У клемм измерительного прибора или у реального места соединения термопары и компенсационнного провода.
__________________________________________________ ____________
Попытка спросить №100
Термопара реагирует на РАЗНОСТЬ температур горячего и холодного концов. Если термопара будет однородно нагрета пусть даже до 1200 градусов - она не покажет ничего. Это надеюсь ясно.
Если в печи 1300 цельсия и холодные концы, как я писал для примера, нагреты до 60 градусов (и эта же температура у клемм прибора, компенс-ого кабеля нет) - разница температур между горячим спаем и холодными концами 1300-60= 1240 градусов. Это одно термоЭдс.
Далее ты взял и удлинил ТПП компенсационнными проводами не из платины ипоставил измерительный прибор подальше от печки, в результате чего на его клеммах стало 25 градусов.
Как ты считаешь разницу между горячим спаем и холодными концами теперь? 1300-60 или 1300-25?
как мне еще спросить??????????????
Сплавы проводов подобраны так, что термоэдс отсутствует в месте подключения к термопаре.Цитата:
Для ТПП используют какой-то сплав меди для одного электрода и медь для другого.
Есть ещё один финт, термоэдс есть в местах соединения, но равные и с разным знаком, т.е. гасят друг друга.
Как можно найти проблему на ровном месте, когда всё давным давно изучено и описано?
Вы нормальный человек? Я весь день спрашиваю где измеряется температура холодных концов, но мне отвечают на все, кроме этого!
Имеем термопару ТПП подклЮченную к прибору.
Её горячий спай нагрет пусть до 1300, а холодные концы нагрелись (из-за жара от печи) до 60 градусов - ну такая вот короткая термопара. Значит температура холодных концов (и клемм измерительного прибора соответственно) - 60 градусов.
Взяли компенсационный провод, не из платины. Удлинили термопару. Отодвинули прибор от печи (саму термопару не двигали). Теперь жар печи не греет клеммы измерительного прибора, там не 60 градусов, а 25.
Какую температуру холодных концов термопары взять для расчетов температуры? 25 или 60 градусов.
Прошу не затирать по паразитные термоЭДС и так далее. Это другая опера. Я про это не спрашиваю!!!