Termoelement

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 20 oktober 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Termoelement (termoelektrisk omvandlare) - en anordning i form av ett par ledare av olika material, anslutna i ena änden och utgör en del av en anordning som använder den termoelektriska effekten för mätning [1] . Det används inom industri, vetenskaplig forskning, medicin och automationssystem , främst för temperaturmätning och kontroll.

För att mäta temperaturskillnaden för zoner, varav ingen innehåller en sekundär omvandlare (termo-EMF-mätare), är det bekvämt att använda ett differentiellt termoelement: två identiska termoelement anslutna elektriskt mot varandra. Var och en av dem mäter temperaturskillnaden mellan dess arbetsövergång och den villkorliga korsningen som bildas av ändarna av termoelement anslutna till terminalerna på den sekundära omvandlaren. Vanligtvis mäter den sekundära omvandlaren deras EMF-skillnad, så med två termoelement är det möjligt att mäta temperaturskillnaden mellan deras arbetsövergångar från spänningsmätningsresultaten. Metoden är inte korrekt om linjäriseringen av termoelementens statiska karaktäristik inte tillhandahålls i den sekundära omvandlaren, eftersom alla termoelement till viss del har en icke-linjär statisk omvandlingskarakteristik [2] .

Hur det fungerar

Funktionsprincipen bygger på Seebeckeffekten eller med andra ord den termoelektriska effekten. Mellan de anslutna ledarna finns en kontaktpotentialskillnad ; om lederna till ledarna som är anslutna i en ring har samma temperatur är summan av sådana potentialskillnader noll. När skarvarna på olika ledare har olika temperaturer beror potentialskillnaden mellan dem på temperaturskillnaden. Proportionalitetskoefficienten i detta beroende kallas termo-EMF-koefficienten. För olika metaller är termo-EMF-koefficienten olika och följaktligen kommer potentialskillnaden som uppstår mellan ändarna på olika ledare att vara olika. Genom att placera en korsning av metaller med termo-EMF-koefficienter som inte är noll i ett medium med en temperatur , kommer vi att få en spänning mellan motsatta kontakter belägna vid en annan temperatur , som kommer att vara proportionell mot temperaturskillnaden:

Anslutningsmetoder

Det finns två vanligaste sätt att koppla ett termoelement till mätgivare: enkelt och differentiellt. I det första fallet är mätgivaren ansluten direkt till två termoelektroder. I det andra fallet används två ledare med olika termo-EMF-koefficienter, lödda i båda ändar, och mätgivaren ingår i gapet på en av ledarna. I alla fall används speciella termoelementkablar och ledningar för att ansluta termoelement .

Förlängnings- eller kompensationsledningar används för fjärranslutning av termoelement. Förlängningsledningar är gjorda av samma material som termoelektroder, men kan ha en annan diameter. Kompensationstrådar används främst med termoelement av ädelmetall och har en annan sammansättning än termoelektroder. Trådkrav för termoelement specificeras i IEC 60584-3.

Följande grundläggande rekommendationer förbättrar noggrannheten hos ett mätsystem som inkluderar en termoelementsensor [3] :

— Ett miniatyrtermoelement med mycket tunn tråd bör endast anslutas med förlängningskablar med större diameter;

- Undvik, om möjligt, mekanisk spänning och vibration av termoelementtråden;

- När du använder långa förlängningskablar, för att undvika störningar, anslut trådskärmen till voltmeterskärmen och vrid försiktigt ledningarna;

— Undvik om möjligt skarpa temperaturgradienter längs termoelementets längd;

- Materialet i skyddshöljet bör inte kontaminera termoelementets elektroder i hela driftstemperaturområdet och bör ge ett tillförlitligt skydd av termoelementtråden vid arbete under skadliga förhållanden;

— Använd förlängningskablar inom sitt arbetsområde och med minimala temperaturgradienter;

- För ytterligare kontroll och diagnostik av temperaturmätningar används speciella termoelement med fyra termoelektroder, som möjliggör ytterligare mätningar av kretsresistansen för att övervaka termoelementens integritet och tillförlitlighet.

Tillämpningar av termoelement

För att mäta temperaturen på olika typer av föremål och media, samt en temperatursensor i automatiserade styrsystem. Termoelement gjorda av volfram - rheniumlegering är de högsta temperatursensorerna för kontakttemperatur [4] . Sådana termoelement används inom metallurgi för att mäta temperaturen hos smälta metaller.

För flamkontroll och skydd mot gaskontamination i gaspannor och andra gasapparater (t.ex. hushållsgaskaminer). Termoelementets ström, uppvärmd av brännarens låga, håller gasventilen öppen med hjälp av en elektromagnet. Vid flammavbrott minskar termoelementströmmen, elektromagnetströmmen minskar och ventilen stänger av gastillförseln med hjälp av en fjäder.

På 1920- och 1930-talen användes termoelement för att driva enkla radiomottagare och andra svagströmsenheter. Det är fullt möjligt att använda termogeneratorer för att ladda batterierna i moderna lågströmsenheter (telefoner, kameror, etc.) med öppen eld.

Strålningsmottagare

Historiskt sett representerar termoelement en av de tidigaste termoelektriska strålningsdetektorerna [5] . Hänvisningar till denna användning av dem går tillbaka till tidigt 1830-tal [6] . De första fotodetektorerna använde enstaka trådpar (koppar - järn , vismut - antimon), den heta förbindelsen var i kontakt med en svärtad guldplatta. Senare konstruktioner började använda halvledare .

Termoelement kan kopplas på elektriskt för att bilda en termostapel . Heta korsningar är placerade antingen längs omkretsen av det mottagande området eller jämnt över dess yta. I det första fallet ligger individuella termoelement i samma plan, i det andra är de parallella med varandra [7] .

Fördelar med termoelement

Nackdelar

Typer av termoelement

Tekniska krav för termoelement bestäms av GOST 6616-94. Standardtabeller för termoelektriska termometrar - nominella statiska omvandlingsegenskaper (NCX), toleransklasser och mätområden ges i IEC 60584-1.2-standarden och i GOST R 8.585-2001.

Den exakta legeringssammansättningen av termoelektroder för basmetalltermoelement anges inte i IEC 60584-1. Nominella statiska egenskaper för chromel-copel termoelement THC och volfram-rhenium termoelement definieras endast i GOST R 8.585-2001. IEC-standarden inkluderar inte termoelementdata. Av denna anledning kan egenskaperna hos importerade termoelement från dessa metallpar skilja sig avsevärt från inhemska, till exempel är importerad typ L och inhemsk typ TXK inte utbytbara. Samtidigt är importerad utrustning som regel inte utformad för den inhemska standarden.

IEC 60584 är för närvarande under revidering. Det är planerat att införa termoelement av volfram-rhenium av typ A-1, vars nominella statiska egenskaper kommer att motsvara den ryska standarden, och typ C enligt ASTM-standarden [8] .

2008 introducerade IEC två nya typer av termoelement: guld-platina och platina-palladium. Den nya IEC 62460-standarden fastställer standardtabeller för dessa rena metalltermoelement. Det finns ingen liknande rysk standard ännu.

Jämförelse av termoelement

Tabellen nedan beskriver egenskaperna hos flera olika typer av termoelement [9] . Inom kolumner med precision representerar T temperaturen för den heta korsningen, i grader Celsius. Till exempel skulle ett termoelement med en noggrannhet på ±0,0025×T ha en noggrannhet på ±2,5°C vid 1000°C.

Sorts

termoelement

IEC (IEC)

Material

positiv

elektrod

Material

negativ

elektrod

Takt.

koefficient,

µV/°C

Takt.

intervall, °C

(lång)

Takt.

intervall,°C

(i korthet)

Noggrannhetsklass 1 (°C) Noggrannhetsklass 2 (°C) IEC (IEC)

Färgkodning

K Chromel

Cr-Ni

Alumel

Ni-Al

40…41 0 till +1100 −180 till +1300 ±1,5 från -40°C till 375°C
±0,004×T från 375°C till 1000°C 		±2,5 från -40°C till 333°C
±0,0075×T från 333°C till 1200°C 		Grön-vit
J Järn

Fe

Constantan

Cu-Ni

55,2 0 till +700 −180 till +800 ±1,5 från -40°C till 375°C
±0,004×T från 375°C till 750°C 		±2,5 från -40 °C till 333 °C
±0,T från 333 °C till 750 °C 		Svart vit
N Nichrosil

Ni-Cr-Si

Nisil

Ni-Si-Mg

26 0 till +1100 −270 till +1300 ±1,5 från -40°C till 375°C
±0,004×T från 375°C till 1000°C 		±2,5 från -40°C till 333°C
±0,0075×T från 333°C till 1200°C 		Lila-vit
R Platina Rhodium

Pt-Rh (13 % Rh)

Platina

Pt

5.3 0 till +1600 −50 till +1700 ±1,0 från 0 °C till 1100 °C
±[1 + 0,003×(T − 1100)] från 1100 °C till 1600 °C 		±1,5 från 0°C till 600°C
±0,0025×T från 600°C till 1600°C 		orange-vit
S Platina Rhodium

Pt-Rh (10 % Rh)

Platina

Pt

5.4 0 till 1600 −50 till +1750 ±1,0 från 0 °C till 1100 °C
±[1 + 0,003×(T − 1100)] från 1100 °C till 1600 °C 		±1,5 från 0°C till 600°C
±0,0025×T från 600°C till 1600°C 		orange-vit
B Platina Rhodium

Pt-Rh (30 % Rh)

Platina Rhodium

Pt-Rh (6 % Rh)

+200 till +1700 0 till +1820 ±0,0025×T från 600°C till 1700°C Saknas
T Koppar

Cu

Constantan

Cu-Ni

38 −185 till +300 −250 till +400 ±0,5 från -40°C till 125°C
±0,004×T från 125°C till 350°C 		±1,0 -40°C till 133°C
±0,0075×T 133°C till 350°C 		brun-vit
E Chromel

Cr-Ni

Constantan

Cu-Ni

68 0 till +800 −40 till +900 ±1,5 från -40°C till 375°C
±0,004×T från 375°C till 800°C 		±2,5 från -40°C till 333°C
±0,0075×T från 333°C till 900°C 		Lila-vit

Anteckningar

  1. ↑ IEC. Termoelement - Del 1: Specifikationer och toleranser för EMF avsnitt 2.2  (eng.)  : standard. - 2013. Arkiverad 15 oktober 2021.
  2. ↑ ITS-90 T/C Polynomials-T30-Z (Sida 198) . Hämtad 19 november 2019. Arkiverad från originalet 18 maj 2021.
  3. ↑ Källor till termoelementfel . Hämtad 23 december 2009. Arkiverad från originalet 23 december 2009.
  4. ↑ Erfarenhet av användning av termoelement av volfram-rhenium . Hämtad 20 mars 2013. Arkiverad från originalet 13 februari 2014.
  5. ↑ Kies, 1985 , sid. 75.
  6. ↑ Melloni, 1833 .
  7. ↑ Grunin, 2015 , sid. 65.
  8. ↑ Revidering av IEC 60584 . Hämtad 23 december 2009. Arkiverad från originalet 23 december 2009.
  9. ↑ GOST R 8,585-2001. Termoelement. Nominella statiska omvandlingsegenskaper . Hämtad 19 juni 2013. Arkiverad från originalet 30 september 2015.

Se även

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk