Přehled termočlánkových přístrojů pro měření teploty?

V průmyslové výrobě existuje mnoho přístrojů na měření teploty a jedním z nich jsou termočlánkové přístroje na měření teploty. Skládá se ze dvou vodičů nebo polovodičů s jejich dvěma konci svařenými nebo stočenými dohromady, aby vytvořily uzavřený obvod, který využívá teplotního rozdílu mezi dvěma body k vytváření elektromotorické síly a práce. Existuje mnoho typů termočlánků a různé metody klasifikace se také liší. Podle požadavků průmyslové normalizace je lze rozdělit na dva typy: normalizované termočlánky a nestandardní termočlánky. Termočlánky jsou jednou ze specifických aplikací teorie termoelektrického jevu a mají širokou škálu aplikací při měření teploty. Mají výhody jednoduché konstrukce, stabilního výkonu a snadné konstrukce. Termočlánky, pokud jsou použity ve spojení se zobrazovacími přístroji, mohou dosáhnout vzdáleného měření, automatického záznamu a automatické regulace teploty.
1. Typy teploměrů a termočlánků pro měření teploty
Existuje mnoho typů přístrojů na měření teploty a s rozvojem vědy a techniky a potřebami moderní průmyslové techniky se technologie měření teploty neustále zdokonaluje a zdokonaluje. Vzhledem k rostoucímu rozsahu měření teploty byly vyráběny různé přístroje pro měření teploty podle různých požadavků, zejména LCD teploměry, optické pyrometry, polovodičové teploměry, rotační teploměry, tlakové teploměry, teploměry se skleněnou trubicí, ručičkové teploměry, vysokoteplotní teploměry, termočlánkové teploměry, odporové teploměry, plynové teploměry a termočlánkové teploměry.
Podle různých účelů, způsobů instalace a konstrukčních forem termočlánků je lze rozdělit do dvou kategorií: běžné termočlánky a pancéřované termočlánky. Běžně používané termočlánky, na základě jejich dělicích čísel, zahrnují S, R, B, N, K, E, J, T a tak dále. Mezi nimi S, R a B patří k termočlánkům z drahých kovů, zatímco N, K, E, J a T patří k levným kovovým termočlánkům.

Charakteristickým znakem třídy S je silný antioxidační výkon a je vhodný pro nepřetržité použití v oxidačních a inertních atmosférách. Teplota pro dlouhodobé použití je 1400 stupňů a teplota pro krátkodobé použití je 1600 stupňů. Ze všech termočlánků má stupnice S nejvyšší úroveň přesnosti a obvykle se používá jako standardní termočlánek; Ve srovnání s indexem S má index R tepelnou elektromotorickou sílu asi o 15 % vyšší a jeho ostatní výkony jsou téměř totožné; Tepelná elektromotorická síla B indexu je při pokojové teplotě extrémně malá, takže kompenzační dráty nejsou obecně během měření potřeba. Jeho teplota dlouhodobého použití je 1600 stupňů a teplota krátkodobého použití je 1800 stupňů. Může být použit v oxidační nebo neutrální atmosféře, stejně jako pro krátkodobé použití ve vakuu. Vlastnosti termočlánku třídy N jsou silná odolnost proti oxidaci při vysoké teplotě při 1300 stupních, dobrá dlouhodobá stabilita termoelektrické síly a reprodukovatelnost krátkodobých tepelných cyklů, dobrá odolnost vůči jadernému záření a nízké teplotě a může částečně nahradit termočlánek třídy S; Charakteristikou stupnice K je silný antioxidační výkon a je vhodná pro nepřetržité použití v oxidačních a inertních atmosférách. Teplota pro dlouhodobé použití je 1000 stupňů a teplota pro krátkodobé použití je 1200 stupňů. Nejpoužívanější mezi všemi termočlánky; Charakteristikou E-indexu je, že mezi běžně používanými termočlánky je jeho termoelektrická elektromotorická síla nejvyšší, což znamená, že má nejvyšší citlivost. Doporučuje se používat nepřetržitě v oxidační a inertní atmosféře při teplotě 0-800 stupňů ; Charakteristikou třídy J je, že ji lze použít jak v oxidačních atmosférách (s horním teplotním limitem 750 stupňů), tak v redukčních atmosférách (s horním teplotním limitem 950 stupňů) a je odolný vůči korozi plynem H2 a CO. Nejvíce se používá v rafinérském a chemickém průmyslu; Charakteristikou T-škály je, že má nejvyšší úroveň přesnosti ze všech levných kovových termočlánků a obvykle se používá k měření teplot pod 300 stupňů.
2. Základní princip měření teploty termočlánkem
Důvodem, proč lze termočlánky měřit teplotu, je to, že převádějí teplotní signály na termoelektrické signály, které se pak pomocí elektrických přístrojů převádějí na teplotu měřeného média. Základní princip měření teploty termočlánkem spočívá v tom, že dva homogenní vodiče s různým složením tvoří uzavřený okruh. Když je na obou koncích teplotní gradient, obvodem bude procházet proud a mezi oběma konci je termoelektrická elektromotorická síla

Důvodem vzniku termoelektrické elektromotorické síly jsou různé elektronové hustoty různých materiálů vodičů. I když má stejný materiál vodiče různé teploty, jeho elektronová hustota není stejná. Když heterogenní kovy A a B tvoří uzavřený obvod, v důsledku rozdílných teplot kontaktů A a B je hustota volných elektronů vyšší v oblastech s vysokou teplotou stejného vodiče, zatímco hustota volných elektronů je nižší v oblastech s nízkou teplotou. . Proto v uzavřeném obvodu musí vysoká hustota volných elektronů difundovat do oblastí s nízkou hustotou volných elektronů, což má za následek "čistý" tok náboje v obvodu, to znamená, že v obvodu je elektromotorická síla eAB, která je důvodem vzniku Seebeckovy elektromotorické síly. Když je materiál horké elektrody pevný, tepelná elektromotorická síla souvisí pouze s teplotou dvou kontaktů. V uzavřeném okruhu složeném z dvojice heterogenních kovů A a B, pokud je spojovací bod A zahřátý, bude teplota dvou kontaktů A a B různá. Pokud je teplota jiná, bude generován proud, který způsobí vychýlení ampérmetru připojeného k obvodu. Proud generovaný v obvodu termočlánku se nazývá tepelný proud. A. B se nazývá termoelektrická elektroda a kontakt a je spojen svařováním. Při měření teploty se umístí do měřeného teplotního pole, známého jako konec měření nebo pracovní konec. Kontakt b obecně vyžaduje konstantní teplotu, známou jako referenční konec nebo volný konec.
Velikost termoelektrického potenciálu souvisí s rozdílem mezi t a t 0. Když jsou známy materiály dvou termoelektrických elektrod termočlánku, distribuční teorie termoelektrického potenciálu v obvodu termočlánku určuje, že rozdíl termoelektrického potenciálu mezi dvěma konci termočlánku lze vyjádřit následující rovnicí:
EAB (t, t {{0}})=EAB (t) – EAB (t0)
Ve vzorci EAB (t, t0) - termoelektrický potenciál termočlánku
EAB (t) - termoelektrický potenciál na pracovním konci při teplotě t;
EAB (t{0}) – Termoelektrický potenciál na studeném konci při teplotě t0.
Z výše uvedené rovnice je vidět, že při změně teploty měřeného média na pracovním konci se mění i termoelektrický potenciál. Pokud je tedy měřena EAB (t, t{0}}) a je známa EAB (t0), lze získat EAB (t). Termoelektrický potenciál může být odeslán do zobrazovacího přístroje pro indikaci nebo záznam nebo do mikropočítače pro zpracování, aby se získala hodnota teploty t na měřicím konci.

3. Hlavní výhody a nevýhody měření teploty termočlánkem
Termočlánky jsou jednou z nejčastěji používaných součástí pro detekci teploty v průmyslu a mezi jejich výhody patří:
① Vysoká přesnost měření. Vzhledem k přímému kontaktu mezi termočlánkem a měřeným objektem není ovlivněn mezilehlým médiem.
② Široký rozsah měření. Běžně používané termočlánky mohou měřit nepřetržitě od -50 do 1600 stupňů a některé speciální termočlánky
Nejnižší detekovatelná teplota je -271-2800 stupeň, například zlato, železo, nikl, chrom a wolfram rhenium.
③ Jednoduchá konstrukce a pohodlné použití. Termočlánky se obvykle skládají ze dvou různých typů kovových drátů a nejsou omezeny velikostí ani začátkem. Na vnější straně mají ochranné pouzdro, takže se velmi pohodlně používají.
Termočlánky však mají i nedostatky, jako je použití konstantní referenční teploty, jinak dojde ke zkreslení výsledků měření; Při vysoké teplotě nebo dlouhodobém používání dochází vlivem zkoušeného média nebo atmosféry k degradaci (jako je oxidace, redukce atd.), což snižuje životnost.
4. Současný stav výzkumu a vývojový trend měření teploty termočlánků v Číně
Termočlánky se používají především k měření vyšších teplot. Pokud jde o stav vývoje vysokoteplotních termočlánků v Číně, vysokoteplotní termočlánky obecně odkazují na termočlánky nad 1300 stupňů, včetně platinových termočlánků z platiny rhodium 10, platinových termočlánků z platiny rhodia, 13 platinových termočlánků z platiny rhodia, platiny rhodium 30 platinu5 rhstennhungumrhodium 25 termočlánků, platina rhodium 40 platina rhodium 20 termočlánků, termočlánky iridium rhodium, termočlánky z karbidu křemíku, grafitu a tak dále. V současné době jsou nejspolehlivější metodou měření teploty kontaktní termočlánky pro měření teploty. Kromě použití optických pyrometrů a infračervených teploměrů ve vakuu, středofrekvenčních a vysokofrekvenčních oblastech, které nejsou vhodné pro měření teploty termočlánků, v podstatě neexistují žádné jiné materiály nebo technologie, které by je mohly nahradit.
Ze současné situace je hlavním vývojovým trendem zvyšování odolnosti proti korozi a oxidaci pomocí technologických prostředků ke zvýšení životnosti.