Termopaari temperatuuri mõõtmise instrumentide ülevaade?

Tööstuslikus tootmises on palju temperatuurimõõteseadmeid ja termopaari temperatuurimõõteriistad on üks neist. See koosneb kahest juhist või pooljuhist, mille kaks otsa on kokku keevitatud või keeratud, et moodustada suletud vooluring, mis kasutab kahe punkti temperatuuride erinevust elektromotoorjõu ja töö tekitamiseks. Termopaare on mitut tüüpi ja erinevad klassifitseerimismeetodid on samuti erinevad. Tööstusliku standardimise nõuete kohaselt võib need jagada kahte tüüpi: standardiseeritud termopaarid ja mittestandardsed termopaarid. Termopaarid on termoelektrilise efekti teooria üks spetsiifilisi rakendusi ja neil on temperatuuri mõõtmisel lai valik rakendusi. Nende eelisteks on lihtne struktuur, stabiilne jõudlus ja lihtne ehitus. Termopaarid, kui neid kasutatakse koos kuvariistadega, võimaldavad kaugmõõtmist, automaatset salvestamist ja automaatset temperatuuri reguleerimist.
1. Temperatuuri mõõtmise instrumentide ja termopaaride tüübid temperatuuri mõõtmiseks
Temperatuurimõõteseadmeid on palju ning teaduse ja tehnoloogia arenguga ning kaasaegse tööstustehnoloogia vajadustega täiustatakse ja täiustatakse pidevalt temperatuuri mõõtmise tehnoloogiat. Temperatuuri mõõtmise ulatuse suurenemise tõttu on vastavalt erinevatele nõuetele toodetud erinevaid temperatuurimõõtevahendeid, sealhulgas LCD-termomeetrid, optilised püromeetrid, pooljuhttermomeetrid, pöörlevad termomeetrid, rõhutermomeetrid, klaastoru termomeetrid, osutitermomeetrid, kõrgtemperatuurilised termomeetrid, termopaartermomeetrid, takistustermomeetrid, gaasitermomeetrid ja termopaartermomeetrid.
Vastavalt termopaaride erinevatele eesmärkidele, paigaldusmeetoditele ja konstruktsioonivormidele võib need jagada kahte kategooriasse: tavalised termopaarid ja soomustatud termopaarid. Tavaliselt kasutatavad termopaarid on nende astmenumbrite põhjal S, R, B, N, K, E, J, T jne. Nende hulgas kuuluvad S, R ja B väärismetallist termopaaride hulka, N, K, E, J ja T aga odavate metallist termopaaride hulka.

S-klassi tunnuseks on tugev antioksüdantne toime ja see sobib pidevaks kasutamiseks oksüdeerivas ja inertses atmosfääris. Pikaajaline kasutustemperatuur on 1400 kraadi ja lühiajaline kasutustemperatuur 1600 kraadi. Kõigist termopaaridest on S-skaalal kõrgeim täpsusaste ja seda kasutatakse tavaliselt standardse termopaarina; Võrreldes S-indeksiga on R-indeksi termiline elektromotoorjõud umbes 15% kõrgem ja selle muu jõudlus on peaaegu identne; B-indeksi termiline elektromotoorjõud on toatemperatuuril äärmiselt väike, seega pole mõõtmise ajal kompensatsioonitraate üldjuhul vaja. Selle pikaajaline kasutustemperatuur on 1600 kraadi ja lühiajaline kasutustemperatuur 1800 kraadi. Seda saab kasutada oksüdeerivas või neutraalses atmosfääris, samuti lühiajaliseks kasutamiseks vaakumtingimustes. N-klassi termopaari omadused on tugev kõrge temperatuuriga oksüdatsioonikindlus 1300 kraadi juures, hea termoelektrilise jõu pikaajaline stabiilsus ja lühiajaliste termiliste tsüklite reprodutseeritavus, hea vastupidavus tuumakiirgusele ja madalale temperatuurile ning võib osaliselt asendada S-klassi termopaar; K-skaala tunnuseks on tugev antioksüdantne toime ja see sobib pidevaks kasutamiseks oksüdeerivas ja inertses atmosfääris. Pikaajaline kasutustemperatuur on 1000 kraadi ja lühiajaline kasutustemperatuur 1200 kraadi. Kõige laialdasemalt kasutatav kõigi termopaaride seas; E-indeksi tunnuseks on see, et tavaliselt kasutatavate termopaaride seas on selle termoelektriline elektromotoorjõud suurim, mis tähendab, et sellel on kõrgeim tundlikkus. Soovitatav on kasutada pidevalt oksüdeerivas ja inertses atmosfääris temperatuuril 0-800 kraadi; J-klassi omadus on see, et seda saab kasutada nii oksüdeerivas keskkonnas (ülemine temperatuuripiirang 750 kraadi) kui ka redutseerivas atmosfääris (ülemine temperatuuripiir 950 kraadi) ning on vastupidav H2 ja CO gaasi korrosioonile. Seda kasutatakse enamasti rafineerimis- ja keemiatööstuses; T-skaala omadus on see, et sellel on kõigi odavate metalltermopaaride seas kõrgeim täpsusaste ja seda kasutatakse tavaliselt temperatuuride mõõtmiseks alla 300 kraadi.
2. Termopaari temperatuuri mõõtmise põhiprintsiip
Põhjus, miks termopaare saab kasutada temperatuuri mõõtmiseks, on see, et need muudavad temperatuurisignaalid termoelektrilisteks signaalideks, mis seejärel muudetakse elektriliste instrumentide abil mõõdetava keskkonna temperatuuriks. Termopaari temperatuuri mõõtmise põhiprintsiip on see, et kaks erineva koostisega homogeenset juhti moodustavad suletud ahela. Kui mõlemas otsas on temperatuurigradient, läbib vooluahelat vool ja nende kahe otsa vahel on termoelektriline elektromotoorjõud.

Termoelektrilise elektromotoorjõu tekkimise põhjuseks on erinevate juhtmaterjalide erinev elektrontihedus. Isegi kui samal juhimaterjalil on erinevad temperatuurid, ei ole selle elektrontihedus sama. Kui heterogeensed metallid A ja B moodustavad suletud ahela, on kontaktide A ja B erinevate temperatuuride tõttu vabade elektronide tihedus sama juhi kõrge temperatuuriga aladel kõrgem, samas kui madala temperatuuriga aladel on vabade elektronide tihedus väiksem. . Seetõttu peab suletud ahelas suur vabade elektronide tihedus difundeeruma madala vabade elektronide tihedusega piirkondadesse, mille tulemuseks on "neto" laenguvoog ahelas, see tähendab, et ahelas on elektromotoorjõud eAB, mis on Seebecki elektromotoorjõu tekkimise põhjus. Kui kuuma elektroodi materjal on fikseeritud, on termiline elektromotoorjõud seotud ainult kahe kontakti temperatuuriga. Heterogeensete metallide A ja B paarist koosnevas suletud ahelas on ühenduspunkti A kuumutamisel kahe kontakti A ja B temperatuur erinev. Kui temperatuur on erinev, tekib vool, mis põhjustab ahelaga ühendatud ampermeetri kõrvalekalde. Termopaari ahelas tekkivat voolu nimetatakse soojusvooluks. A. B nimetatakse termoelektriliseks elektroodiks ja kontakt a ühendatakse kokku keevitamise teel. Temperatuuri mõõtmisel asetatakse see mõõdetud temperatuuriväljale, mida nimetatakse mõõtmisotsaks või tööotsaks. Kontakt b nõuab üldiselt püsivat temperatuuri, mida nimetatakse võrdlusotsaks või vabaks otsaks.
Termoelektrilise potentsiaali suurus on seotud t ja t 0 erinevusega. Kui termopaari kahe termoelektroodi materjalid on teada, määrab termoelektrilise potentsiaali jaotusteooria termopaari ahelas, et termoelektrilise potentsiaali erinevust termopaari kahe otsa vahel saab väljendada järgmise võrrandiga:
EAB (t, t{{0}})=EAB (t) – EAB (t0)
Valemis EAB (t, t0) - termopaari termoelektriline potentsiaal
EAB (t) - termoelektriline potentsiaal tööotsas temperatuuril t;
EAB (t{{0}}) – termoelektriline potentsiaal külmas otsas temperatuuril t0.
Ülaltoodud võrrandist on näha, et kui mõõdetava keskkonna temperatuur tööotsas muutub, muutub ka termoelektriline potentsiaal. Seega, kuni EAB (t, t{0}}) on mõõdetud ja EAB (t0) on teada, on EAB (t) võimalik saada. Temperatuuri t väärtuse saamiseks mõõteotsas saab termoelektrilise potentsiaali saata näidikule näitamiseks või salvestamiseks või mikroarvutisse töötlemiseks.

3. Termopaari temperatuuri mõõtmise peamised eelised ja puudused
Termopaarid on tööstuses üks kõige sagedamini kasutatavaid temperatuuri tuvastamise komponente ja nende eelised hõlmavad järgmist:
① Kõrge mõõtmistäpsus. Termopaari ja mõõdetava objekti vahelise otsese kontakti tõttu ei mõjuta vahekeskkond seda.
② Lai mõõtmisulatus. Tavaliselt kasutatavad termopaarid suudavad mõõta pidevalt vahemikus -50 kuni 1600 kraadi ja mõned spetsiaalsed termopaarid
Madalaim tuvastatav temperatuur on -271-2800 kraadi, nagu kuld, raud, nikkel, kroom ja volframreenium.
③ Lihtne ehitus ja mugav kasutamine. Termopaarid koosnevad tavaliselt kahte erinevat tüüpi metalltraadist ja need ei ole piiratud suuruse ega algusega. Nende välisküljel on kaitseümbris, mis teeb nende kasutamise väga mugavaks.
Samas on termopaaridel ka puudusi, näiteks konstantse võrdlustemperatuuri kasutamine, muidu moonutatakse mõõtmistulemusi; Kõrgel temperatuuril või pikaajalisel kasutamisel toimub lagunemine testitava keskkonna või atmosfääri mõjul (nagu oksüdatsioon, redutseerimine jne), mis vähendab kasutusiga.
4. Hiinas termopaari temperatuuri mõõtmise praegune uurimistöö ja arengusuund
Termopaari kasutatakse peamiselt kõrgemate temperatuuride mõõtmiseks. Seoses kõrge temperatuuriga termopaaride arengustaadiumiga Hiinas viitavad kõrge temperatuuriga termopaarid üldiselt üle 1300 kraadisetele termopaaridele, sealhulgas plaatina roodium 10 plaatina termopaarid, plaatina roodium 13 plaatina termopaarid, plaatina roodium 30 plaatina roodium 6 termopaarid, 5 termopaarid 25 termopaari, plaatina roodium 40 plaatina roodium 20 termopaari, iriidiumi roodium termopaare, ränikarbiidist grafiidist termopaare jne. Praegu on kontakttüüpi temperatuuri mõõtmise termopaarid kõige usaldusväärsem temperatuuri mõõtmise meetod. Peale optiliste püromeetrite ja infrapunatermomeetrite kasutamise vaakumis, keskmise sagedusega ja kõrgsageduslikes piirkondades, mis ei sobi termopaari temperatuuri mõõtmiseks, ei ole põhimõtteliselt muid materjale või tehnoloogiaid, mis seda asendaksid.
Praegusest olukorrast on peamine arengusuund korrosioonikindluse ja oksüdatsioonikindluse suurendamine tehnoloogiliste vahendite abil, et parandada kasutusiga.