Kaj je termoelement?

Kaj je termoelement?

Je pogosto uporabljen temperaturni zaznavni element v instrumentih za meritve temperature. Neposredno meri temperaturo in pretvori temperaturni signal v signal termoelektričnega potenciala, ki ga nato pretvori z električnimi instrumenti (sekundarni instrumenti) v temperaturo izmerjenega medija. Čeprav se oblike različnih termoelementov lahko močno razlikujejo glede na njihovo uporabo, je njihova osnovna struktura v veliki meri enaka, običajno sestavljena iz termoelektričnega elementa, izolacijske zaščitne cevi in ​​stičišča. Ti termoelementi se običajno uporabljajo skupaj z prikazovalnimi instrumenti, snemalnimi instrumenti in elektronskimi regulatorji. Kako deluje termoelement, se to razmerje pogosto uporablja pri praktičnem merjenju temperature. Ker hladno stičišče T0 ostane konstanten, se termoelektrični potencial, ki ga ustvarja termoelemen, razlikuje le s spremembami temperature vročega stičišča (merski konec). To pomeni, da poseben termoelektrični potencial ustreza določeni temperaturi. Z uporabo metode merjenja termoelektričnega potenciala lahko dosežemo namen merjenja temperature Temeljno načelo merjenja temperature termoelementov je, da zaprto vezje tvorita dva vodnika, narejena iz različnih materialov. Kadar je med obema koncima gradient temperature, tok teče skozi vezje in ustvari elektromocijsko silo (EMF) med obema koncama. Ta pojav je znan kot učinek Seebeck. Dva vodnika, narejena iz različnih materialov, sta termoelements, z vročim koncem pa je delovni konec in hladnejši konec kot prosti konec, ki se običajno vzdržuje pri konstantni temperaturi. Na podlagi razmerja med EMF in temperaturo se ustvari tabela kalibracije termoelementov. Ta tabela temelji na stanju, kjer je temperatura prostega konca 0 stopinj, različni termoelementi pa imajo svoje kalibracijske tabele. Ko v termoelementno vezje dodamo tretji kovinski material, dokler so temperature na obeh stikih tega materiala enake, bo termoelektrični potencial, ki ga ustvarja termoelemen, ostal nespremenjen, ne vpliva na dodajanje tretje kovine. Zato lahko pri uporabi termoelementa za merjenje temperature priključimo merilni instrument za merjenje termoelektričnega potenciala, ki omogoča določitev temperature medija. Pri merjenju temperature s termoelementom je nujno, da temperatura na hladnem stičišču (konec, povezan z merilnim vezjem prek vodnikov) ostane konstantna, saj to zagotavlja, da je termoelektrični potencial sorazmerni z izmerjeno temperaturo. Če se temperatura na hladnem stičišču (okolje) med merjenjem spremeni, lahko znatno vpliva na natančnost merjenja. Da bi kompenzirali vpliv sprememb temperature hladnega stika, se ukrepi sprejmejo na hladnem stičišču, ki se imenuje kompenzacija hladnega stičišča. Za povezavo z merilnim instrumentom se uporabljajo posebne kompenzacijske žice.

Skupne vrste in značilnosti termoelementov

Običajne termoelemente lahko razvrstimo v dve glavni vrsti: standardno in ne - standard. Standardni termoelementi so tisti, za katere nacionalni standard določa njihov termoelektrični potencial - temperaturno razmerje, dovoljeno napako in enotno kalibracijsko tabelo. Prihajajo z ujemajočimi se zaslonskimi instrumenti za izbiro. Non - Standardni termoelementi imajo manjši razpon ali količino aplikacij v primerjavi s standardnimi termoelementi in na splošno nimajo enotne kalibracijske tabele, zaradi česar se uporabljajo predvsem za meritve v posebnih situacijah. Kitajska je od 1. januarja 1988 v skladu z mednarodnimi standardi IEC standardizirala proizvodnjo termometrov ter termometrov odpornosti, ki označuje sedem vrst {{9} s, b, e, k, r, j, t - kot enotni standardni termokole za Kitajsko.

Teoretično lahko vsaka dva različna vodnika (ali polprevodnika) združita tako, da tvorita termoelemen. Vendar pa morajo kot praktične komponente merjenja temperature izpolnjevati več zahtev. Da bi zagotovili zanesljivost in zadostno natančnost pri inženirskih aplikacijah, niso vsi materiali primerni za termoelemente. Na splošno so osnovne zahteve za elektrodne materiale termoelementov:

1. V območju merjenja temperature so termoelektrične lastnosti stabilne in se s časom ne spreminjajo, zadostna je fizična in kemična stabilnost, ki je ni enostavno oksidirati ali korodirati;

2, majhna temperaturna koeficient upora, visoka prevodnost, majhna specifična toplota;

3. Termoelektrični potencial, ustvarjen pri merjenju temperature, mora biti velik, termoelektrični potencial pa je linearno ali skoraj linearno funkcijo posamezne vrednosti s temperaturo;

4. Material ima dobro obnovljivost,

Kako namestiti termoelemen?

V proizvodnji, zaradi različnih preskusnih predmetov, različnih okoljskih pogojev, različnih potreb po meritvah in različnih načinov namestitve toplotnih uporov in sprejetih ukrepov, je treba upoštevati veliko težav. Vendar pa je načeloma mogoče upoštevati iz treh vidikov: natančnost merjenja temperature, varnosti in udobja vzdrževanja. Da bi preprečili poškodbe temperaturnega zaznavanja elementa, je treba zagotoviti, da ima zadostno mehansko trdnost. Za zaščito elementa pred obrabo je treba dodati zaščitni zaslon ali cev. Za zagotovitev varnosti in zanesljivosti je treba določiti metodo namestitve temperaturnega zaznavanja na podlagi specifičnih pogojev, kot so temperatura in tlak medija, ki ga je treba izmeriti, dolžina elementa, njegov položaj namestitve in obliko. Sledijo nekaj primerov, ki opozarjajo:

Vsi elementi za zaznavanje temperature, nameščeni tako, da vzdržijo tlak, morajo zagotoviti njihovo tesnjenje. Za termoelemente, ki delujejo pri visokih temperaturah, za preprečevanje deformacije zaščitne cevi, jih je treba na splošno namestiti navpično. Če je potrebna horizontalna namestitev, ne bi smela biti predolga in za zaščito termoelementa je treba uporabiti nosilec. Če je element za zaznavanje temperature nameščen v cevovod z visoko hitrostjo srednjega toka, ga je treba namestiti pod kotom. Da bi preprečili prekomerno erozijo, je najbolje, da element zaznavanja temperature namestite na ovinke cevovoda. Ko srednji tlak presega 10MPA, je treba merilni element dodati zaščitni rokav. Namestitvena lokacija termoelementov in termičnih uporov bi morala upoštevati tudi dovolj prostora za demontažo, vzdrževanje in umerjanje. Termoelementi in termični upori z daljšimi zaščitnimi cevmi morajo biti enostavni za razstavljanje in sestavljanje

Metoda merjenja temperature termoelementov

Toplotni odzivni čas je zapleten, različni eksperimentalni pogoji pa lahko privedejo do različnih rezultatov merjenja. To je zato, ker na toplotni odzivni čas vpliva hitrost prenosa toplote med termoelementom in okoliškim medijem; Večja hitrost prenosa toplote povzroči krajši toplotni odziv. Da bi zagotovili, da je čas toplotnega odziva proizvodov termoelementov primerljiv, nacionalni standardi določajo, da je treba toplotni odzivni čas izmeriti s pomočjo specializirane naprave za preskušanje pretoka vode. Hitrost pretoka vode je treba vzdrževati pri 0,4 ± 0,05m/s, začetna temperatura pa se giblje od 5-45 stopinj in temperaturni korak 40-50 stopinj. Med testom se temperatura vode ne sme spreminjati za več kot 1% temperaturne korake. Termoelement je treba vstaviti v globino 150 mm ali globino vstavitve (ne glede na manjše), kar je treba zabeležiti v poročilu o preskusu.

Ker je naprava razmeroma zapletena, ima trenutno le nekaj enot to opremo, zato nacionalni standard določa, da se lahko proizvajalec in uporabnik pogajata za sprejemanje drugih preskusnih metod, vendar morajo dani podatki navesti preskusne pogoje.

Ker je termoelektrični potencial termoelementa tipa B zelo majhen v bližini sobne temperature, toplotnega odzivnega časa ni enostavno izmeriti. Zato nacionalni standard določa, da se lahko termoelektrična elektroda iste specifikacije termoelementa tipa S lahko uporabi za zamenjavo lastnega sklopa termoelektrične elektrode, nato pa je mogoče izvesti test.

Med poskusom zabeležite čas T0.5, ko se izhod termoelementa spremeni na 50% spreminjanja temperaturnega koraka. Po potrebi zabeležite tudi 10 -odstotni toplotni odzivni čas T0.1 in 90 -odstotni toplotni odzivni čas T0.9. Zabeleženi toplotni odzivni časi bi morali biti povprečje vsaj treh testov, pri čemer vsaka meritev odstopa od povprečja za ± 10%. Poleg tega čas, potreben za spremembo temperaturnega koraka, ne sme presegati enega - desetega od T0.5 preizkušenega termoelementa. Odzivni čas snemalnega instrumenta ali števca tudi ne sme presegati enega - desetine T0.5 preizkušenega termoelementa.

Glavne vrste termoelementov

1. Klasifikacija glede na vrsto pritrditvene naprave kot glavno sredstvo za merjenje temperature ima termoelement široko paleto uporabe, zato obstaja veliko zahtev za pritrditev naprav in tehnične zmogljivosti. Zato so pritrdilne naprave termoelementa razdeljene na šest vrst: ni pritrditvenega tipa, navojnega tipa, fiksne prirobnice, premičnega prirobnice, premičnega prirobničnega kota ravnila, tipa stožčaste zaščitne cevi.

2. Klasifikacija glede na sestavljanje in strukturo glede na zmogljivost in strukturo termoelementov jih je mogoče razdeliti na: snemljive termoelemente, eksplozijo - prodorni termoelementi, oklepni termoelementi, kot so tlačna vzmet fiksirane termokomle.

Na katere zahteve je treba biti pozoren pri namestitvi termoelementa?

Za namestitev termoelementov in termometrov odpornosti je treba pozornost nameniti natančnosti merjenja temperature, varnosti in zanesljivosti ter priročnega vzdrževanja ter ne vplivati ​​na delovanje opreme in proizvodnih operacij. Če želite izpolniti zgornje zahteve, pri izbiri namestitvenih delov in globine vstavitve termometrov ter termometrov odpornosti pozorni na naslednje točke:

1. Da bi zagotovili zadostno izmenjavo toplote med merilnim koncem termometra ter termometra za odpornost ter izmerjenim medijem, je treba mersko točko razumno izbrati in termoelemen ali uporni termometer namestiti čim bolj daleč iz ventilov, komolcev in mrtvih cevovodov in opreme.

2. Termoelementi in termistorji z zaščitnimi rokavi imajo izgube prenosa toplote in odvajanja toplote. Da bi zmanjšali napake v meritvah, bi morali imeti termoelemente in termistorji dovolj globine vstavitve:

(1) Za termoelement, ki meri temperaturo tekočine na sredini cevovoda, ga je treba na splošno vstaviti v sredino cevovoda (navpična namestitev ali nagnjena namestitev). Če je premer cevovoda 200 mm, je treba izbrati globino vstavitve termoelementa ali odpornosti na 100 mm;

(2) Za meritve temperature visoke - temperature, visokega - tlaka in visokih - hitrostnih tekočin (na primer glavna temperatura pare), da se zmanjša upor zaščitnega tulca na tekočino in prepreči, da bi se lahko lomil pod tlakom tekočine, lahko uporabimo metodo za zaščito ali themokolo. Globina zaščitnega rokava za termoelement plitke vstavitve ne sme biti manjša od 75 mm, če jo vstavite v glavno parno cev; Standardna globina vstavitve za termični termoelemen je 100 mm;

(3) Če je potrebno meriti temperaturo dimnega plina v dimni, čeprav je premer dimnosti 4m, je globina vstavitve termoelementa ali upornosti 1 m;

(4) Ko globina vstavitve merilnega izvirnika presega 1 m, ga je treba namestiti navpično, kolikor je mogoče, ali pa je treba dodati podpornik in zaščitno cev.

Naslednje točke je treba biti pozoren, da se pravilno uporabi termoelement, da se izognete napakam

Pravilna uporaba termoelementa ne more le natančno pridobiti temperaturne vrednosti, zagotoviti kvalifikacijo izdelka, ampak tudi prihraniti porabo materiala termoelementa, tako prihrani denar in zagotovi kakovost izdelka. Nepravilne napake vgradnje, toplotna prevodnost in časovno zamikanje so glavne napake pri uporabi termoelementa.

1. Napake, ki jih uvede nepravilna namestitev, če položaj namestitve in globina vstavitve termoelementa ne odražata natančno dejanske temperature peči, na primer, termoelementa ne sme biti nameščen preblizu vrat ali ogrevalnih površin, njegova globina vstavitve pa naj bi bila vsaj 8 do 10 -krat večja od premera zaščitne cevi. Vrzel med zaščitnim rokavom termoelementov in steno peči ni napolnjen z izolacijskim materialom, kar lahko povzroči, da toplota pobegne ali hladen zrak vdre v peč. Zato je treba vrzel med zaščitnim tulcem termoelementom in steno peči zatesniti z ognjevzdržno glino ali azbestno vrvi, da se prepreči konvekcija vročega in hladnega zraka, kar bi lahko vplivalo na natančnost merjenja temperature. Če je hladen konec termoelementa preblizu telesa peči, lahko temperatura presega 100 stopinj. Namestitev termoelementa bi se morala čim bolj izogibati močnim magnetnim in električnim poljem, da ga ne bi smeli namestiti v isti vodnik kot napajalni kabli, da bi preprečili motnje, ki bi lahko povzročile napake. Termoelementa ne sme biti nameščen na območjih, kjer izmerjeni medij teče zelo malo. Pri merjenju temperature plina znotraj cevi s termoelementom mora biti termoelement nameščen v smeri nasproti hitrosti pretoka in mora imeti dovolj stika s plinom.

2. Napaka, uvedena z izolacijo, če je termoelement izoliran, preveč umazanije ali soli na zaščitni cevi in ​​vlečna plošča povzroči slabo izolacijo med termoelesnimi drogovi in ​​steno peči, ki je pri visoki temperaturi resnejša. To ne bo le povzročilo izgubo termoelektričnega potenciala, ampak tudi uvedlo motnje, in napaka, ki jo povzroča to, lahko včasih doseže sto stopinj.

3. Napaka, ki jo uvaja toplotna inercija, toplotna inercija termoelementov povzroči, da odčitavanje instrumenta zaostaja za dejanskimi temperaturnimi spremembami, kar je še posebej opazno med hitrimi meritvami. Zato je priporočljivo uporabiti termoelemente z lepšimi termoelementi in manjšimi premerom zaščitne cevi. Ko merilno okolje dopušča, lahko zaščitno cev odstranite. Zaradi merilnega zaostajanja je amplituda temperaturnih nihanj, ki jih zaznajo termoelementi, manjša od tistih pri temperaturi peči. Večja kot je zaostanek za merjenje, manjša je amplituda nihanja termoelementa in večja je razlika od dejanske temperature peči. Pri uporabi termoelementov z veliko časovno konstanto za merjenje ali nadzor temperature lahko instrument pokaže minimalna temperaturna nihanja, vendar se lahko dejanska temperatura peči znatno razlikuje. Za zagotovitev natančnega merjenja temperature je treba izbrati termoelemente z majhno časovno konstanto. Časovna konstanta je obratno sorazmerna s koeficientom prenosa toplote in neposredno sorazmerna s premerom vročega konca termoelementa, gostoto materiala in njegovo specifično vročino. Da bi zmanjšali časovno konstanto, je poleg povečanja koeficienta prenosa toplote najučinkovitejša metoda čim bolj zmanjšati velikost vročega konca. V praksi se za zaščitne rokave običajno uporabljajo materiali z dobro toplotno prevodnostjo, tanke stene cevi in ​​majhni notranji premeri. Za natančnejše meritve temperature se uporabljajo goli žični termoelementi brez zaščitnih rokavov, vendar jih je mogoče enostavno poškodovati in zahtevati pravočasno umerjanje ali zamenjavo.

4. Napaka toplotne odpornosti pri visoki temperaturi, če je na zaščitni cevi plast saje in je nanjo pritrjen prah, se bo toplotna odpornost povečala in toplotna prevodnost bo ovirala. Trenutno je indikacija temperature nižja od resnične vrednosti izmerjene temperature. Zato je treba ohraniti zunanjo čistost zaščitne cevi termoelementov, da se zmanjša napaka.

Glavne prednosti termoelementov

1. Visoka natančnost merjenja. Ker je neposredno v stiku z izmerjenim objektom, nanj ne vpliva vmesni medij.

2. Širok merilni razpon. Običajne termoelemente je mogoče neprekinjeno meriti od-50 stopinj--1600 stopinj, nekatere posebne termoelemente pa lahko izmerimo kot 269 stopinj (kot je krom z zlatim železnim nikljenjem) in do 2800 stopinj (kot so volfrak, renij).

3. Preprosta struktura in enostavna za uporabo. Termoelementi so običajno sestavljeni iz dveh različnih kovinskih žic in niso omejeni z velikostjo in začetkom. Na zunanji strani imajo zaščitni rokav, zaradi česar so zelo priročni za uporabo.

Kakšni so prihodnji trendi in polja termoelementov?

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 Prilagodljivi, tanki - filmski termoelektivi (na primer tiskana elektronika). Visoko temperaturno superprevodni materiali: raziskovanje stabilnih shem merjenja temperature v ekstremnih okoljih (kot sta vesoljski in jedrski reaktor). Inteligentna in integrirana vgrajena obdelava signalov: integrirani miniaturni ojačevalnik in digitalno kompenzacijsko vezje, neposreden izhod digitalnega signala, zmanjšuje zunanje motnje. IoT Fusion: Oddaljeno spremljanje z brezžičnim prenosom (na primer Lora, NB - IoT) za podporo aplikacijam Industrije 4.0 in Smart City. Self - Povratni sistem: Uporaba učinka Seebeck termoelementov za napajanje nizkih - napajalnih naprav (kot so brezžična senzorska vozlišča). Optimizacija tehnologije za kalibracijo AI in zanesljivosti AI: s strojnim učenjem dinamično kompenzacijo nelinearnih napak in staranja, da podaljša življenjsko dobo storitve. Multi - Fusion Fusion: v kombinaciji z infrardečim, RTD itd. Za izboljšanje zanesljivosti merjenja v zapletenem okolju. Nizkoceni in standardizacijski MEMS postopek: velika - Proizvodnja mikroelektromehanskih sistemov zmanjšuje stroške mikro termoelementov in širi potrošniške aplikacije. Mednarodna standardna združitev: Prilagodite se globalni dobavni verigi, poenostavite postopek izbire in vzdrževanja.

2, nastajajoča aplikacija polja Nova energija in nevtralnost ogljika Fotovoltaična in shranjevanje energije: spremljajte temperaturo sončne plošče (za preprečevanje učinka vroče točke) in toplotno upravljanje sistemov za shranjevanje energije. Energija vodika: Visoka tlačna proizvodnja vodika in spremljanje temperature nastavitve gorivnih celic. Jedrska fuzija: ekstremne visoke temperaturne meritve za prihodnje reaktorje (kot sta volframo in termoelemente renijevega renije). Visoka - Končna proizvodnja in avtomatizacija polprevodniških proizvodnje: natančno temperaturno krmiljenje opreme za obdelavo in opreme za jedkanje rezin (potreben je milisekundni odziv). Dodatna proizvodnja: resnična - Časovne povratne informacije temperature taline v postopku 3D tiskanja za optimizacijo kakovosti oblikovanja. Robot: Zaščita za pregrevanje robota. Biomedicinska in zdravstvena minimalno invazivna kirurgija: ultrafini termoelementi so integrirani v kateter ali endoskop za spremljanje temperature tkiva v realnem času. Nosljive naprave: neprekinjeno spremljanje sprememb telesne temperature (kot so potrebe po zdravstvenem upravljanju po epidemiji). Nizko temperaturna terapija: natančen nadzor temperature med tekočinsko krioterapijo z dušikom. Aerospace in obrambno nadzvočno zrakoplov: površinsko aerodinamično spremljanje ogrevanja (materiali, odporni na več kot 2000 C). Satelitski termični nadzor: Izboljšanje zanesljivosti v ekstremnem temperaturnem okolju prostora. Upravljanje zdravja motorja: spremljanje porazdelitve temperature turbine. Pametni dom in potrošniška elektronika Smart Home Appliances: natančen nadzor temperature pečic, kavnih strojev in drugih domačih aparatov. AR/VR naprave: preprečite, da bi pregrevanje procesorja vplivalo na uporabniško izkušnjo. Okolje in kmetijstvo pametno kmetijstvo: spremljanje temperature toplogrednih in tal. Geotermalno raziskovanje: Merjenje temperature globoke vrtine za pomoč pri razvoju energije.

povzeti

Prihodnost termoelementov se bo osredotočila na tri ključna področja: visoka - gradiva za uspešnost, inteligenco in navzkrižno integracijo domene -. Še naprej bodo prodrli v visok - končne sektorje, kot so nova energija, zdravstveno varstvo in vesolje, in vpisali na potrošniški trg, ko se stroški zmanjšujejo. Njihove osnovne prednosti - preprosta struktura, brez potrebe po napajanju in toplotni upor - zagotavljajo njihovo nenadomestljivost, vendar se morajo razvijati tudi v tandemu s tehnologijami nastajajočih senzorjev.