Какво е термодвойка?

Какво е термодвойка?

Това е често използван елемент на температура за измерване на температурата. Той директно измерва температурата и превръща температурния сигнал в термоелектрически потенциален сигнал, който след това се преобразува от електрически инструменти (вторични инструменти) в температурата на измерената среда. Въпреки че формите на различни термодвойки могат да варират значително в зависимост от тяхното приложение, тяхната основна структура до голяма степен е еднаква, обикновено се състои от термоелектрически елемент, защитна тръба за изолационна ръкава и кутия за съединение. Тези термодвойки обикновено се използват заедно с дисплейни инструменти, инструменти за запис и електронни регулатори. Как работи термодвойката Тази връзка се използва широко при практическо измерване на температурата. Тъй като студеният кръстовище Т0 остава постоянен, термоелектрическият потенциал, генериран от термодвойката, варира само с промени в температурата на горещия възел (измервателния край). Това означава, че специфичен термоелектрически потенциал съответства на определена температура. Използвайки метода за измерване на термоелектрическия потенциал, можем да постигнем целта на измерване на температурата Основният принцип на измерването на температурата на термодвойката е, че затворената верига се образува от два проводници, изработени от различни материали. Когато има температурен градиент между двата края, токът преминава през веригата, генерирайки електромоторна сила (EMF) между двата края. Това явление е известно като ефекта на Зеебек. Двата проводника, изработени от различни материали, са термоелементите, като по -горещият край служат като работен край и по -хладният край като свободен край, който обикновено се поддържа при постоянна температура. Въз основа на връзката между ЕМП и температурата се създава таблица за калибриране на термодвойката. Тази таблица се основава на състоянието, при което свободната крайна температура е 0 градуса, а различните термодвойки имат свои собствени таблици за калибриране. Когато към веригата на термодвойката се добави трети метален материал, стига температурите и в двата кръстовища на този материал да са еднакви, термоелектрическият потенциал, генериран от термодвойката, ще остане непроменен, незасегнат от добавянето на третия метал. Следователно, когато се използва термодвойка за измерване на температурата, може да бъде свързан измервателен инструмент за измерване на термоелектрическия потенциал, който позволява да се определи температурата на средата, която се измерва. При измерване на температурата с термодвойка е от съществено значение температурата на студения възел (краят, свързан към измервателната верига чрез проводници) да остане постоянна, тъй като това гарантира, че термоелектрическият потенциал е пропорционален на измерената температура. Ако температурата на студения възел (околната среда) се промени по време на измерването, това може значително да повлияе на точността на измерването. За да се компенсира въздействието на промените в температурата на студения възел, се предприемат мерки на студения възел, който се нарича компенсация на студения възел. Специални компенсиращи проводници се използват за свързване към измервателния инструмент.

Общи видове и характеристики на термодвойките

Общите термодвойки могат да бъдат категоризирани в два основни типа: стандартен и не - стандарт. Стандартните термодвойки са тези, за които националният стандарт указва техния термоелектрически потенциал - температурна връзка, допустима грешка и обединена таблица за калибриране. Те идват със съвпадащи инструменти за дисплей за избор. Не - стандартните термодвойки имат по -малък диапазон или количество приложения в сравнение със стандартните термодвойки и обикновено нямат единична таблица за калибриране, което ги прави предимно за измервания в специални ситуации. От 1 януари 1988 г. Китай стандартизира производството на термодвойки и термометри за съпротива според международните стандарти на IEC, определяйки седем типа - S, B, E, K, R, J, T - като унифициран стандартен термодвойки за Китай.

Теоретично всеки два различни проводници (или полупроводници) могат да бъдат сдвоени, за да образуват термодвойка. Въпреки това, като практически компоненти за измерване на температурата, те трябва да отговарят на множество изисквания. За да се гарантира надеждността и достатъчната точност в инженерните приложения, не всички материали са подходящи за термодвойки. Като цяло основните изисквания за електродни материали на термодвойките са:

1. В рамките на обхвата на измерване на температурата термоелектрическите свойства са стабилни и не се променят с времето и има достатъчно физическа и химическа стабилност, която не е лесно да се окислява или корозира;

2, малък температурен коефициент на съпротивление, висока проводимост, малка специфична топлина;

3. Термоелектрическият потенциал, генериран при измерването на температурата, трябва да бъде голям, а термоелектрическият потенциал е линейна или почти линейна връзка с една стойност с температурата;

4. Материалът има добра възпроизводимост,

Как да инсталирам термодвойка?

В производството, поради различни обекти, които се изпитват, различни условия на околната среда, различни изисквания за измерване и различни методи за инсталиране на топлинни резистори и мерки, трябва да се вземат предвид много проблеми. По принцип обаче може да се разгледа от три аспекта: точност на измерване на температурата, безопасност и удобство на поддръжката. За да се предотврати увреждането на елемента за наблюдение на температурата, трябва да се гарантира, че той има достатъчна механична якост. За да се предпази елемента от износване, трябва да се добави защитен екран или тръба. За да се гарантира безопасността и надеждността, методът на инсталиране на елемента за наблюдение на температурата трябва да се определи въз основа на специфични условия, като например температурата и налягането на средата, която трябва да се измерва, дължината на елемента, неговото положение на инсталиране и форма. По -долу са няколко примера за привличане на вниманието:

Всички елементи на температура, инсталирани да издържат на налягането, трябва да гарантират тяхното запечатване. За термодвойки, работещи при високи температури, за да се предотврати деформацията на защитната тръба, те обикновено трябва да бъдат инсталирани вертикално. Ако е необходима хоризонтална инсталация, тя не трябва да е твърде дълга и трябва да се използва скоба за защита на термодвойката. Ако елементът за наблюдение на температурата е инсталиран в тръбопровод с висока скорост на среден поток, той трябва да бъде инсталиран под ъгъл. За да се предотврати прекомерната ерозия, най -добре е да инсталирате елемента за наблюдение на температурата на завоите на тръбопровода. Когато средното налягане надвишава 10MPa, към измервателния елемент трябва да се добави защитен ръкав. Мястото на инсталацията на термодвойки и термични резистори също трябва да отчита достатъчно пространство за разглобяване, поддръжка и калибриране. Термодвойки и термични резистори с по -дълги защитни тръби трябва да бъдат лесни за разглобяване и сглобяване

Метод за измерване на температурата на термодвоите

Времето за термична реакция е сложно и различните експериментални условия могат да доведат до различни резултати от измерването. Това е така, защото времето за термична реакция се влияе от скоростта на топлопреминаване между термодвойката и заобикалящата му среда; По -високата скорост на пренос на топлина води до по -кратко време на термична реакция. За да се гарантира, че времето за термична реакция на продуктите на термодвойката е сравнимо, националните стандарти уточняват, че времето за термична реакция трябва да бъде измерено с помощта на специализирано устройство за изпитване на воден поток. Дебитът на водата трябва да се поддържа на 0,4 ± 0,05 м/сек, като първоначалната температура варира от 5-45 градуса и температурен етап от 40-50 градуса. По време на теста температурата на водата не трябва да се променя с повече от ± 1% от температурния етап. Термодвойката трябва да бъде поставена на дълбочина 150 мм или дълбочината на поставяне на дизайна (която и да е по -малка) и това трябва да се отбележи в тестовия доклад.

Тъй като устройството е сравнително сложно, в момента само няколко единици имат това оборудване, така че националният стандарт предвижда, че производителят и потребителят могат да договарят за приемане на други методи за изпитване, но предоставените данни трябва да показват условията на изпитване.

Тъй като термоелектрическият потенциал на термодвойката тип В е много малък близо до стайна температура, времето за термична реакция не е лесно да се измери. Следователно, националният стандарт предвижда, че сглобяването на термоелектрически електрод със същата спецификация на термодвойка от тип S може да се използва за замяна на собствения му термоелектричен електрод и след това тестът може да бъде извършен.

По време на експеримента запишете времето T0.5, когато изходът на термодвойката се промени на 50% от стъпката на температурата. Ако е необходимо, запишете и 10% време на термична реакция T0.1 и 90% време за термична реакция T0.9. Записаните времена на термична реакция трябва да бъдат средните най -малко три теста, като всяко измерване се отклонява от средното със ± 10%. Освен това, времето, необходимо за промяна на стъпката на температурата, не трябва да надвишава една - десета от T0.5 на тестваната термодвойка. Времето за реакция на инструмента за запис или метър също не трябва да надвишава една - десета от T0.5 на тестваната термодвойка.

Основни видове термодвойки

1. Класификация Според вида на фиксиращото устройство като основно средство за измерване на температурата, термодвойката има широк спектър от приложения, така че има много изисквания за фиксиране на устройства и технически производителност. Следователно, фиксиращите устройства на термодвойката са разделени на шест типа: Без фиксиращ тип устройство, тип резба, тип фиксиран фланец, тип подвижен фланец, подвижен тип на владетеля на фланец, конична защитна тръба.

2. Класификация Според сглобяването и структурата Според работата и структурата на термодвойките, те могат да бъдат разделени на: разглобяеми термодвойки, експлозия - Доказателни термодвойки, бронирани термодвойки и термодвойки със специална цел, като налягане на фиксирани термодвойки с фиксирани налягащи пружини.

На какви изисквания трябва да се обърне внимание при инсталирането на термодвойката?

За инсталирането на термодвойки и термометри за съпротивление трябва да се обърне внимание на точността на измерването на температурата, безопасността и надеждността и удобната поддръжка и да не влияе върху работата на оборудването и производствените операции. За да отговаряте на горните изисквания, когато избирате инсталационните части и дълбочината на вмъкване на термодвойки и термометри за съпротивление, обърнете внимание на следните точки:

1. За да се осигури достатъчен топлообмен между измервателния край на термодвойката и термометъра за съпротивление и измерената среда, точката на измерване трябва да бъде разумно подбрана, а термодвойката или термометърът за съпротивление трябва да бъде инсталиран възможно най -далеч от клапани, лакти и мъртви ъгли на тръбопроводи и оборудване.

2. Термодвойки и термистори със защитни ръкави имат топлопредаване и загуби от разсейване на топлината. За да се намалят грешките в измерването, термодвойките и термисторите трябва да имат достатъчна дълбочина на поставяне:

(1) За термодвойката, измерваща температурата на течността в центъра на тръбопровода, той обикновено трябва да бъде поставен в центъра на тръбопровода (вертикална инсталация или наклонена инсталация). Ако диаметърът на тръбопровода е 200 mm, дълбочината на поставяне на термодвойката или съпротивлението трябва да бъде избрана за 100 mm;

(2) За температурни измервания на високо - температура, високо - налягане и високо - скоростни течности (като основна температура на парата), за да се намали устойчивостта на защитния втулка към течността и да се предотврати счупването под налягане на течността, методът на плитки вмъкване може да се използва за метода на плътно поставяне. Дълбочината на защитната ръкава за плитката вложка термодвойка не трябва да бъде по -малка от 75 мм, когато се поставя в основната парна тръба; Стандартната дълбочина на поставяне на термодвойка с термичен ръкав е 100 мм;

(3) Ако е необходимо да се измери температурата на димните газове в димоотвода, въпреки че диаметърът на димът е 4 m, дълбочината на вмъкване на термодвойката или съпротивлението е 1 m;

(4) Когато дълбочината на вмъкване на оригинала за измерване надвишава 1м, тя трябва да бъде инсталирана вертикално, доколкото е възможно, или трябва да се добави рамка за поддържане и защитна тръба.

Следните точки трябва да се обърнат внимание, за да се използва правилно термодвойката, за да се избегнат грешки

Правилното използване на термодвойката може не само точно да получи температурната стойност, да гарантира квалификация на продукта, но и да спести потреблението на термодвойка на материала, както и да спести пари и да гарантира качеството на продукта. Неправилна инсталация, термична проводимост и грешки във времето, те са основните грешки при използването на термодвойка.

1. Грешки, въведени чрез неправилна инсталация, ако положението на инсталацията и дълбочината на поставяне на термодвойката не отразяват точно действителната температура на пещта, например, термодвойката не трябва да бъде поставена твърде близо до вратата или на отоплителните зони, а дълбочината на вмъкването му трябва да бъде поне 8 до 10 пъти по -голям от диаметъра на защитната тръба. Пропастта между защитния ръкав на термодвойката и стената на пещта не е пълна с изолационен материал, което може да доведе до избягване на топлината или студен въздух да нахлуе в пещта. Следователно, пролуката между защитния ръкав на термодвойката и стената на пещта трябва да бъде запечатана с огнеупорна глина или азбестово въже, за да се предотврати конвекцията на горещ и студен въздух, което може да повлияе на точността на измерването на температурата. Ако студеният край на термодвойката е твърде близо до тялото на пещта, температурата може да надвиши 100 градуса. Инсталирането на термодвойката трябва да избягва силни магнитни полета и електрически полета, доколкото е възможно, така че не трябва да се инсталира в същия тръбопровод като захранващи кабели, за да се предотврати смущения, които могат да причинят грешки. Термодвойката не трябва да се инсталира в области, където измерената среда тече много малко. При измерване на температурата на газа вътре в тръбата с термодвойка, термодвойката трябва да бъде инсталирана в посоката, противоположна на дебита и трябва да има достатъчен контакт с газа.

2. Грешка, въведена чрез влошаване на изолацията, ако термодвойката е изолирана, твърде много замърсяване или солен остатък върху защитната тръба и дърпането на плоча причинява лоша изолация между полюсите на термодвойката и стената на пещта, която е по -сериозна при висока температура. Това не само ще причини загубата на термоелектрически потенциал, но и ще въведе смущения и грешката, причинена от това, понякога може да достигне стотици градуси.

3. Грешка, въведена от термична инерция, термичната инерция на термодвойките води до четене на инструмента да изостава от действителните температурни промени, което е особено забележимо по време на бързи измервания. Ето защо е препоръчително да се използват термодвойки с по -фини термоелементи и по -малки диаметри на защитните тръби. Когато измервателната среда позволява, защитната тръба може да бъде отстранена. Поради изоставането на измерването амплитудата на температурните колебания, открити от термодвойки, е по -малка от тази на температурите на пещта. Колкото по -голямо е изоставането на измерването, толкова по -малка е амплитудата на колебанията на термодвойката и толкова по -голяма е разликата от действителната температура на пещта. Когато използвате термодвойки с голяма константа на времето за измерване или управление на температурата, инструментът може да покаже минимални температурни колебания, но действителната температура на пещта може да варира значително. За да се осигури точно измерване на температурата, трябва да се избират термодвойки с малка константа на времето. Константата на времето е обратно пропорционална на коефициента на пренос на топлина и пряко пропорционална на диаметъра на горещия край на термодвойката, плътността на материала и специфичната му топлина. За да се намали константата на времето, в допълнение към увеличаването на коефициента на пренос на топлина, най -ефективният метод е да се сведе до минимум размера на горещия край. На практика материалите с добра топлопроводимост, тънки тръбни стени и малки вътрешни диаметри обикновено се използват за защитни ръкави. За по -прецизни измервания на температурата се използват голи телени термодвойки без защитни ръкави, но те могат лесно да бъдат повредени и да изискват навременна калибриране или подмяна.

4. Грешка при термично съпротивление при висока температура, ако има слой от сажди върху защитната тръба и към нея е прикрепен прах, топлинното съпротивление ще се увеличи и топлинната проводимост ще бъде възпрепятствана. По това време температурната индикация е по -ниска от истинската стойност на измерената температура. Следователно трябва да се поддържа външната чистота на защитната тръба на термодвойката, за да се намали грешката.

Основните предимства на термодвойките

1. Висока точност на измерване. Тъй като той е в контакт с измерения обект директно, той не се влияе от междинната среда.

2. Широк обхват на измерване. Общите термодвойки могат да се измерват непрекъснато от 50 градуса-1600 градуса, а някои специални термодвойки могат да бъдат измерени като ниски AS-269 градуса (като никелий от златен железен никел) и високи 2800 градуса (като волфрам, риний).

3. Проста структура и лесна за използване. Термодвойките обикновено са съставени от два различни метални проводници и не са ограничени от размера и началото. Те имат защитен ръкав отвън, което ги прави много удобни за използване.

Какви са бъдещите тенденции и полета на приложението на термодвойката?

I. Future development trend Material innovation and performance improvement New thermoelectric materials: develop materials with higher sensitivity and wider temperature range (such as oxide thermocouples, nanocomposites) to replace traditional metal alloys (such as K-type, J-type) Flexible thermocouples: The demand for wearable devices and curved temperature measurement scenarios is driving the development of flexible, Тънки - филмови термодвойки (като отпечатана електроника). Високотемпературни свръхпроводящи материали: Проучване на стабилни схеми за измерване на температурата в екстремни среди (като аерокосмически и ядрени реактори). Интелигентна и интегрирана обработка на вграден сигнал: интегриран миниатюрен усилвател и цифрова компенсационна верига, директен изход на цифров сигнал, намаляване на външните смущения. IoT Fusion: Дистанционно наблюдение чрез безжично предаване (като Lora, NB - IoT) за поддържане на индустрията 4.0 и интелигентни градски приложения. Self - Система за захранване: Използване на ефекта на Seebeck на термодвойките до захранване ниско - захранващи устройства (като безжични сензорни възли). Оптимизиране на технологията за калибриране на точността и надеждността: Чрез машинно обучение за динамично компенсиране на нелинейни грешки и дрейф за стареене удължете експлоатационния живот. Multi - сензорно сливане: комбиниран с инфрачервен, RTD и т.н., за да се подобри надеждността на измерването в сложна среда. Процес на MEMS с ниска цена и стандартизация: Големите - Мащаб Производството на микроелектромеханични системи намалява цената на микро термодвойките и разширява потребителските приложения. Международен стандартен обединение: Адаптирайте се към глобалната верига на доставки, опростете процеса на подбор и поддръжка.

2, Възникващите приложения полета Нова фотоволтаична и енергия за съхранение на енергия и въглероден неутралитет: Монитор на температурата на слънчевия панел (за предотвратяване на ефекта на горещо място) и термично управление на системите за съхранение на енергия. Водородна енергия: Производство на водород с високо налягане и мониторинг на температурата на стекове на горивните клетки. Ядрено сливане: Изключителни измервания с висока температура за бъдещи реактори (като волфрам и термодвойките на Rhenium). Високо - Крайно производство и автоматизация Полупроводниково производство: Прецизно управление на температурата на обработка на вафли и ецване на оборудване за милисекунда). Производство на добавки: Реално - Обратна връзка за температурата на топене на басейна в процеса на 3D печат за оптимизиране на качеството на формоването. Робот: Съвместна защита за прегряване на робот. Биомедицински и здравето минимално инвазивна хирургия: Ултрафиновите термодвойки са интегрирани в катетър или ендоскоп за наблюдение на температурата на тъканите в реално време. Носими устройства: непрекъснато наблюдение на промените в телесната температура (като нуждите на управлението на здравето след епидемията). Терапия с ниска температура: Прецизен контрол на температурата по време на криотерапия с течен азот. Аерокосмически и отбранителни свръхзвукови самолети: мониторинг на повърхностно аеродинамично отопление (Материали, устойчиви на повече от 2000 С). Сателитен термичен контрол: Подобряване на надеждността в екстремната температурна среда на пространството. Управление на здравето на двигателя: Мониторинг на разпределението на температурата на турбинното острие. Smart Home and Consumer Electronics Smart Home уреди: Прецизен контрол на температурата на фурни, кафе машини и други домашни уреди. AR/VR устройства: Предотвратяване на прегряване на процесора от повлияване на потребителското изживяване. Околна среда и селско стопанство Интелигентно земеделие: Мониторинг на температурата на оранжериите и почвата. Геотермално проучване: Измерване на дълбоки температури на кладенеца за подпомагане на развитието на енергията.

обобщавайте

Бъдещето на термодвойките ще се съсредоточи върху три ключови области: високи - материали за производителност, интелигентност и кръстосана интеграция на домейна. Те ще продължат да проникват в високи - крайни сектори като нова енергия, здравеопазване и аерокосмическо пространство и ще навлязат на потребителския пазар, тъй като разходите намаляват. Техните основни предимства - проста структура, не изискване за захранване и топлинна устойчивост - гарантират тяхната непоклатимост, но те също трябва да се развият в тандем с възникващите сензорни технологии.