Termoelement

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 20. oktober 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Termoelement (termoelektrisk konverter) - en enhed i form af et par ledere af forskellige materialer, forbundet i den ene ende og udgør en del af en enhed, der bruger den termoelektriske effekt til måling [1] . Det bruges i industri, videnskabelig forskning, medicin og automationssystemer , hovedsageligt til temperaturmåling og kontrol.

For at måle temperaturforskellen i zoner, hvoraf ingen indeholder en sekundær konverter (termo-EMF-måler), er det praktisk at bruge et differentielt termoelement: to identiske termoelementer forbundet elektrisk mod hinanden. Hver af dem måler temperaturforskellen mellem dens arbejdsforbindelse og den betingede forbindelse, der er dannet af enderne af termoelementer, der er forbundet med terminalerne på den sekundære konverter. Normalt måler den sekundære konverter deres EMF-forskel, og ved hjælp af to termoelementer er det således muligt at måle temperaturforskellen mellem deres arbejdsforbindelser ud fra spændingsmålingsresultaterne. Metoden er ikke nøjagtig, hvis lineariseringen af ​​den statiske karakteristik af termoelementer ikke er tilvejebragt i den sekundære konverter, da alle termoelementer til en vis grad har en ikke-lineær statisk konverteringskarakteristik [2] .

Sådan virker det

Funktionsprincippet er baseret på Seebeck-effekten eller med andre ord den termoelektriske effekt. Mellem de tilsluttede ledere er der en kontaktpotentialforskel ; hvis leddene af lederne forbundet i en ring har samme temperatur, er summen af ​​sådanne potentialforskelle nul. Når samlingerne af uens ledere har forskellige temperaturer, afhænger potentialforskellen mellem dem af temperaturforskellen. Proportionalitetskoefficienten i denne afhængighed kaldes termo-EMF-koefficienten. For forskellige metaller er termo-EMF-koefficienten forskellig, og følgelig vil den potentielle forskel, der opstår mellem enderne af forskellige ledere, være forskellig. Ved at placere et kryds af metaller med ikke-nul termo-EMF-koefficienter i et medium med en temperatur , vil vi få en spænding mellem modsatte kontakter placeret ved en anden temperatur , som vil være proportional med temperaturforskellen:

Tilslutningsmetoder

Der er to mest almindelige måder at forbinde et termoelement til måletransducere på: enkel og differentiel. I det første tilfælde er måletransduceren forbundet direkte til to termoelektroder. I det andet tilfælde anvendes to ledere med forskellige termo-EMF-koefficienter, loddet i begge ender, og måletransduceren er inkluderet i mellemrummet på en af ​​lederne. Under alle omstændigheder bruges specielle termoelementkabler og ledninger til at forbinde termoelementer .

Forlænger- eller kompenserende ledninger bruges til fjerntilslutning af termoelementer. Forlængerledninger er lavet af samme materiale som termoelektroder, men kan have en anden diameter. Kompensationsledninger bruges hovedsageligt sammen med termoelementer af ædelmetal og har en anden sammensætning end termoelektroder. Ledningskrav til termoelementer er specificeret i IEC 60584-3.

Følgende grundlæggende anbefalinger forbedrer nøjagtigheden af ​​et målesystem, der inkluderer en termoelementsensor [3] :

— Et miniaturetermoelement med meget tynd tråd bør kun tilsluttes med forlængerledninger med større diameter;

- Undgå, hvis det er muligt, mekanisk spænding og vibration af termoelementtråden;

- Når du bruger lange forlængerledninger, skal du for at undgå interferens forbinde ledningsskærmen til voltmeterskærmen og forsigtigt sno ledningerne;

— Undgå om muligt skarpe temperaturgradienter langs termoelementets længde;

- Materialet i beskyttelsesdækslet bør ikke forurene termoelementelektroderne i hele driftstemperaturområdet og bør give pålidelig beskyttelse af termoelementtråden, når der arbejdes under skadelige forhold;

— Brug forlængerledninger inden for deres driftsområde og med minimale temperaturgradienter;

- Til yderligere kontrol og diagnostik af temperaturmålinger anvendes specielle termoelementer med fire termoelektroder, som tillader yderligere målinger af kredsløbsmodstanden for at overvåge termoelementers integritet og pålidelighed.

Anvendelser af termoelementer

Til at måle temperaturen på forskellige typer genstande og medier, samt en temperaturføler i automatiserede styresystemer. Termoelementer lavet af wolfram - rhenium - legering er de højeste temperaturkontakttemperaturfølere [4] . Sådanne termoelementer bruges i metallurgi til at måle temperaturen på smeltede metaller.

Til flammekontrol og beskyttelse mod gasforurening i gaskedler og andre gasapparater (f.eks. husholdningsgaskomfurer). Termoelementets strøm, opvarmet af brænderens flamme, holder gasventilen åben ved hjælp af en elektromagnet. I tilfælde af flammesvigt falder termoelementstrømmen, elektromagnetstrømmen falder, og ventilen lukker for gasforsyningen ved hjælp af en fjeder.

I 1920'erne og 1930'erne blev termoelementer brugt til at drive simple radiomodtagere og andre svagstrømsenheder. Det er ganske muligt at bruge termogeneratorer til at genoplade batterierne i moderne svagstrømsenheder (telefoner, kameraer osv.) ved hjælp af åben ild.

Strålingsmodtager

Historisk set repræsenterer termoelementer en af ​​de tidligste termoelektriske strålingsdetektorer [5] . Henvisninger til denne brug af dem går tilbage til begyndelsen af ​​1830'erne [6] . De første fotodetektorer brugte enkelte trådpar (kobber - jern , vismut - antimon), den varme forbindelse var i kontakt med en sort guldplade. Senere design begyndte at bruge halvledere .

Termoelementer kan tændes elektrisk for at danne en termopil . Hot junctions er placeret enten langs omkredsen af ​​det modtagende område eller jævnt over dets overflade. I det første tilfælde ligger individuelle termoelementer i samme plan, i det andet er de parallelle med hinanden [7] .

Fordele ved termoelementer

Ulemper

Typer af termoelementer

Tekniske krav til termoelementer er bestemt af GOST 6616-94. Standardtabeller for termoelektriske termometre - nominelle statiske konverteringskarakteristika (NCX), toleranceklasser og måleområder er angivet i IEC 60584-1.2-standarden og i GOST R 8.585-2001.

Den nøjagtige legeringssammensætning af termoelektroder til termoelementer af uædle metal er ikke angivet i IEC 60584-1. Nominelle statiske egenskaber for chromel-copel termoelementer THC og wolfram-rhenium termoelementer er kun defineret i GOST R 8.585-2001. IEC-standarden inkluderer ikke termoelementdata. Af denne grund kan egenskaberne for importerede termoelementer fra disse metalpar afvige væsentligt fra indenlandske, for eksempel er importeret type L og indenlandsk type TXK ikke udskiftelige. Samtidig er importeret udstyr som regel ikke designet til den indenlandske standard.

IEC 60584 er i øjeblikket under revision. Det er planlagt at indføre wolfram-rhenium-termoelementer af type A-1, hvis nominelle statiske karakteristika vil svare til den russiske standard, og type C i henhold til ASTM-standarden [8] .

I 2008 introducerede IEC to nye typer termoelementer: guld-platin og platin-palladium. Den nye IEC 62460 standard etablerer standardtabeller for disse rene metal termoelementer. Der er endnu ingen lignende russisk standard.

Sammenligning af termoelementer

Tabellen nedenfor beskriver egenskaberne for flere forskellige typer termoelementer [9] . Inden for præcisionskolonner repræsenterer T temperaturen af ​​det varme kryds i grader Celsius. For eksempel ville et termoelement med en nøjagtighed på ±0,0025×T have en nøjagtighed på ±2,5°C ved 1000°C.

Type

termoelementer

IEC (IEC)

Materiale

positiv

elektrode

Materiale

negativ

elektrode

Tempo.

koefficient,

µV/°C

Tempo.

område, °C

(lang)

Tempo.

område,°C

(kort)

Nøjagtighedsklasse 1 (°C) Nøjagtighedsklasse 2 (°C) IEC (IEC)

Farvekodning

K Chromel

Cr-Ni

Alumel

Ni-Al

40…41 0 til +1100 -180 til +1300 ±1,5 fra -40°C til 375°C
±0,004×T fra 375°C til 1000°C 		±2,5 fra -40°C til 333°C
±0,0075×T fra 333°C til 1200°C 		Grøn-hvid
J Jern

Fe

Constantan

Cu-Ni

55,2 0 til +700 -180 til +800 ±1,5 fra -40°C til 375°C
±0,004×T fra 375°C til 750°C 		±2,5 fra -40 °C til 333 °C
±0,T fra 333 °C til 750 °C 		Sort hvid
N Nichrosil

Ni-Cr-Si

Nisil

Ni-Si-Mg

26 0 til +1100 -270 til +1300 ±1,5 fra -40°C til 375°C
±0,004×T fra 375°C til 1000°C 		±2,5 fra -40°C til 333°C
±0,0075×T fra 333°C til 1200°C 		Lilla-hvid
R Platin Rhodium

Pt-Rh (13 % Rh)

Platin

Pt

5.3 0 til +1600 -50 til +1700 ±1,0 fra 0 °C til 1100 °C
±[1 + 0,003×(T − 1100)] fra 1100 °C til 1600 °C 		±1,5 fra 0°C til 600°C
±0,0025×T fra 600°C til 1600°C 		orange-hvid
S Platin Rhodium

Pt-Rh (10 % Rh)

Platin

Pt

5.4 0 til 1600 -50 til +1750 ±1,0 fra 0 °C til 1100 °C
±[1 + 0,003×(T − 1100)] fra 1100 °C til 1600 °C 		±1,5 fra 0°C til 600°C
±0,0025×T fra 600°C til 1600°C 		orange-hvid
B Platin Rhodium

Pt-Rh (30 % Rh)

Platin Rhodium

Pt-Rh (6 % Rh)

+200 til +1700 0 til +1820 ±0,0025×T fra 600°C til 1700°C Mangler
T Kobber

Cu

Constantan

Cu-Ni

38 -185 til +300 -250 til +400 ±0,5 fra -40°C til 125°C
±0,004×T fra 125°C til 350°C 		±1,0 -40°C til 133°C
±0,0075×T 133°C til 350°C 		brun-hvid
E Chromel

Cr-Ni

Constantan

Cu-Ni

68 0 til +800 -40 til +900 ±1,5 fra -40°C til 375°C
±0,004×T fra 375°C til 800°C 		±2,5 fra -40°C til 333°C
±0,0075×T fra 333°C til 900°C 		Lilla-hvid

Noter

  1. ↑ IEC. Termoelementer - Del 1: Specifikationer og tolerancer for EMF afsnit 2.2  (eng.)  : standard. - 2013. Arkiveret 15. oktober 2021.
  2. ↑ ITS-90 T/C polynomier-T30-Z (Side 198) . Hentet 19. november 2019. Arkiveret fra originalen 18. maj 2021.
  3. ↑ Kilder til termoelementfejl . Hentet 23. december 2009. Arkiveret fra originalen 23. december 2009.
  4. ↑ Erfaring med brug af wolfram-rhenium termoelementer . Hentet 20. marts 2013. Arkiveret fra originalen 13. februar 2014.
  5. ↑ Kies, 1985 , s. 75.
  6. ↑ Melloni, 1833 .
  7. ↑ Grunin, 2015 , s. 65.
  8. ↑ IEC 60584 revision . Hentet 23. december 2009. Arkiveret fra originalen 23. december 2009.
  9. ↑ GOST R 8.585-2001. Termoelementer. Nominelle statiske konverteringskarakteristika . Hentet 19. juni 2013. Arkiveret fra originalen 30. september 2015.

Se også

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier