В процессе работы термопара происходит перераспределение тепла между термоэлектродами, которое приводит к изменению температуры в разных точках.
При использовании термопары два различных проводника (термоэлектрода) контактируют между собой по крайней мере в двух точках, где температуры t1 и t2 отличаются друг от друга. Во время эксплуатации термопары, происходит перераспределение тепла между термоэлектродами, что влияет на температуру в различных местах.
Мы будем называть идеальной термопарой ту, которая имеет термоэлектроды с одинаковой длиной.
Термопара позволяет измерить температуру объекта. В качестве датчика используется две связанные между собой проволоки. Когда при измерении температуры объекта проволоки получают различное тепловое воздействие, между двумя проволоками возникает разность потенциалов.
Все благодаря феномену контактной разности потенциалов, мы можем использовать термопару для измерения температуры объекта. Он включает две проволоки, соединенные между собой. При измерении температуры объекта две проволоки подвергаются разному тепловому воздействию, и между ними возникает разность потенциалов.
Это и называется трением. Вы можете использовать этот эффект для зарядки или разрядки электрической батареи.
При наличии трения двух различных твердых проводников или полупроводников, разделенные электрические заряды формируются в окрестности их соприкосновения. Это явление может быть использовано для зарядки или разрядки электрических батарей.
На концах данных проводников появится разница напряжений. Это приведет к появлению тока по кабелю, именно этот процесс является основной задачей электрика.
Эта разность потенциалов окажется равна разности работ выхода для каждого металла, поделенной на заряд электрона.
Следовательно, если собрать пару из двух металлов и присоединить к ней цепь, мы можем использовать разность потенциалов между ними для преобразования энергии. В этом случае термопара представляет собой маленький электрический генератор, преобразующий тепловую энергию в электрическую.
Термопара – это устройство для измерения температуры, оно состоит из двух металлических проводников различной природы, которые присоединены друг к другу.
Работа термопары основана на принципе создания термоЭДС в контуре, состоящем из двух материалов разных металлов, спаянных при разных температурах.
Он определяет потребность в дополнительной поставке энергии.
ТермоЭДС для любой пары металлов связан с температурами спайки. Он помогает определить потребность в дополнительном присоединении энергии.
Невозможно измерить контактную разность потенциалов вольтметром, однако она будет заметна при измерении вольт-амперной характеристики, таким образом можно наблюдать ее в транзисторе и диоде на p-n переходе.
Когда два металла прикасаются друг к другу, система перестает быть в равновесии, потому что химические потенциалы этих материалов не равны. Это приводит к тому, что электроны перемещаются в сторону снижения энергии, изменяя при этом заряд и электрический потенциал приведенных в контакт металлов.
В области взаимодействия двух контактов развивается электрическое поле, и вследствие этого у нас есть то, что есть. В этих спаях будет появляться разница температур. Эту разницу можно измерить с помощью термопары. Термопара – это прибор, предназначенный для измерения разницы температур в двух местах. Принцип её работы представлен на рисунке:
Когда мы замкнули два разных проводника в кольцо, появились два спая. При помощи термопары можно измерить разницу температур в этих спаях. Термопара состоит из двух блоков, каждый из которых представляет собой элемент для измерения температуры, например, резистор. При разнице температур в двух спаях напряжение на термопаре изменяется и после преобразования отображается на приборе измерения температуры.
Если применить подогрев к одному из спаев, то это приведет к изменению металлов и значительному снижению контактной разности потенциалов между ними. Это позволит соединению получить более равномерную ЭДС и более долговечную прочность.
Поэтому, подогрев одного из спаев при контактной соединительной системе может привести к улучшению ее характеристик и увеличению срока службы.
При проведении эксперимента выяснилось, что разность потенциалов между спаями будет пропорциональна разности их температур. Это делает возможным ввести коэффициент пропорциональности, известный как термо-ЭДС. При этом термо-ЭДС для разных термопар будет различаться.
Это явление принадлежит к термоэлектрическим и было пронацировано Томасом Зеебеком, именно поэтому эффект называется эффектом Зеебека.
В случае неравенства температур t1 и t2, ЭДС термопара, состоящая из термоэлектродов А и B, определяется по разности функций, которые не зависят от длины и диаметра термоэлектродов и их удельных сопротивлений, а зависят от значений t1 и t2.
Если мы измерим напряжение в разрезе данного кольца, то в пределах определенного диапазона температур оно будет практически точно пропорционально разнице температур спаев.
Принцип работы термопары прост – при изменении температуры спая, изменяется и напряжение между концами спая. Это позволяет использовать термопару для определения температуры. Для этого имеется прямая зависимость между напряжением и температурой спая. Таким образом, за счет измерения напряжения между концами спая, можно определить температуру спая.
Она представляет собой несложный преобразователь, который преобразует температуру в электрическую величину – разность потенциалов.
Рабочий конец термопары – это место касания двух термоэлектродов (т.е. спай термопары), которое помещается в среду, в которой измеряется температура.
Другой вид спаяния, когда температура поддерживается постоянной, называется Свободным Концом Термопары (Free End Thermocouple).
Для измерения термо-ЭДС, создаваемой с помощью термопары, можно подключить измерительный прибор к концам термопары или в разрыв между электродами термопары.
Он используется для передачи информации о температуре с проводника в прибор. При этом используется два дополнительных частицы, называемые термоэлементами. Они представляют собой два разных проводника, соединенных вместе. Один из них привязан к прибору, а другой привязан к термопаре. Когда температура меняется, проводимость между этими двумя проводниками также меняется. Это позволяет сигналу достичь измерительного прибора.
Электрик подключает измерительный прибор к цепи термопары, делая его третьим проводником. Он предназначен для передачи информации о температуре проводника в прибор. Для этого используются два термоэлемента – два разных проводника, соединенных вместе. Один из них прикреплен к прибору, а другой к термопаре. При изменении температуры, проводимость меж этими проводниками тоже меняется, позволяя сигналу достичь измерительного прибора.
При подключении к зажимам прибора термопары, если обеспечено равенство температур, то измерительный прибор не будет искажать значение термо-ЭДС термопары.
Для измерения термоЭДС в контур термопары необходимо включить чувствительный электроизмерительный прибор со шкалой, проградуированной в мВ, мкВ или градусах, с помощью соединительных и компенсационных проводов.
Таким образом, провода обеспечивают необходимую точность измерения температуры.
Компенсационные провода, упакованные вместе с термоэлектрическим пирометром, позволяют перемещать открепленные концы термопары в область с точно определенной или постоянной температурой. Это позволяет достигать необходимой точности измерения в процессе контроля температуры.
Электрики подключают соответствующий компенсационный провод к каждому свободному концу термопары: положительный к положительному термоэлектроду, а отрицательный к отрицательному термоэлектроду.
Электрик должен подобрать оба компенсационных провода так, чтобы составленная из них термопара в момент работы проявляла термоэлектрический дифференциал (термоЭДС) близкий к термоЭДС термопары, в схему которой введены эти компенсационные провода. Этот термоЭДС должен развиваться при температуре рабочих концов 100° С и свободных концов 0° С.
Для обеспечения электрического контакта между термоэлектродами термопары можно применять и сварку, и пайку. Это позволит более надежно и долговечно обеспечить контакт термоэлектродов.
В случае использования припоя между термоэлектродами не появляется проблема с погрешностью измерений, поскольку температуры на границах припоя и термоэлектродов близки друг к другу.
Для достижения наилучших результатов можно использовать термопары, в которых между термоэлектродами присоединен небольшой кусок легкоплавкого металла.
Такая термопара может использоваться как аварийный сигнал, когда достигается предельное значение температуры (температура плавления легкоплавкого металла). При этом цепь разрывается, отправляя импульс.
Иначе может быть неадекватное срабатывание средств защиты двигателя.
При установке термопары с легко плавкой вставкой важно обеспечить достаточно равномерное температурное поле. Иначе средства защиты двигателя могут неправильно реагировать.
Если делать измерения температуры на концах “вставки”, то необходимо проверить разность температур. В противном случае это может привести к неточностям в показателях измерения.
Существующие в практической измерительной технике термопары в полной мере соответствуют теоретическим утверждениям, приведенным в этой статье, за исключением побочных термо-ЭДС, которые могут возникать в составляющих цепи каждой термопары, из-за неоднородности ее термоэлектродов.
Промышленные термопары сегодня могут быть изготовлены с электродами из специально подобранных сплавов, которые гарантируют использование в определенном диапазоне температуры.
Термопары, изготовленные из сочетания хромеля и алюмеля, имеют коэффициент термо-ЭДС равный 40 микровольт на °C и пригодны для измерения температур в диапазоне от 0 до +1100°C.
Надёжный и простой в использовании медь-константан в качестве демонстрационного пособия позволяет измерять температуры в пределах от -185 до +300°C.
Термо-ЭДС сильно зависит от конкретной разности температур. Для оценки ее параметров удобно воспользоваться таблицей. Например, при температуре холодного спая в 0°C и разности температур в 100 градусов разность потенциалов медно-константановой пары будет приблизительно равна 4,25мВ.
Как вы знаете, термопары представляют собой электрические приборы, используемые для измерения температуры. Они просты в использовании и предоставляют точные и надежные результаты. Они полезны для измерения температурной влажности и предсказания расхода энергии.
Как электрик, я рекомендую использовать термопары для измерения температуры. Они являются надежным и простым в использовании электрическим прибором, предоставляя точные результаты. Они также могут помочь измерить температурную влажность и прогнозировать расход энергии.
Результат:
Наиболее популярными термопарами являются:
- Платина с 10% родия (длительное применение – 1300° С, кратковременное – 1600° С);
- Платинородий с 30% родия (длительное применение – 300-1600° С, кратковременное – 1800° С);
- Вольфрамрений (до 2300-2500° С в вакууме и нейтральной среде);
- Карбид титана – графит (до 2500° С в вакууме, нейтральной и восстановительной среде);
- Борид циркония – графит (до 2000° С в вакууме и нейтральной среде, для расплавленного металла – 1700° С);
- Хромель – алюмель (до 1300° С);
- Хромель – копель (до 800° С);
- Медь – копель (от -260° до 500° С);
- Железо – константан (от -200° до 800° С);
- Медь – константан (от 260° до 500° С).
- Для измерения температуры расплавленного металла до 1800° С электрики используют молибден-вольфрам, вольфрам-графит и графит-графит.
В зависимости от конструкции и назначения электрики различают термопары:
- погружные и поверхностные;
- с обычной, взрывобезопасной,
- влаго- и водозащищенной головками, а также без головки (со специальной заделкой выводных концов);
- незащищенные от воздействия измеряемого параметра и защищенные;
- негерметичные и герметичные;
- обычные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные (до 3,5 мин.),
- со средней (до 1 мин.) и малой инерционностью (до 40 сек.), а также с неустановленной инерционностью;
- однозонные и многозонные (в зависимости от числа зон, в которых производится измерение температуры) ;
- одинарные и двойные (по числу рабочих концов для измерений в одной зоне);
- стационарные и переносные.
- Термопара – это электрический датчик, который измеряет температуру по основанию на законе Джоуля-Томсона. Она состоит из двух металлических проводников разного материала, которые имеют разные коэффициенты теплопроводности и электропроводности. При изменении температуры между двумя проводниками происходит изменение электрического тока, который может быть измерен с помощью прибора или другого устройства. Эта изменчивость между температурой и изменением тока используется для контроля и измерения температуры в различных процессах.