Многократная термопара своими руками

Как сделать простую термопару (электричество из двух проволок)

Приветствую всех любителей помастерить, предлагаю к рассмотрению инструкцию по изготовлению простой термопары. Автор ее изготовил, чтобы проверить, какое напряжение и ток она сможет вырабатывать. При измерении у автора термопара выдала 50 мВ и показала ток примерно в 5 мкА.

Конечно, показания довольно скромные, но если таких термопар сделать много, можно соорудить небольшой тепловой генератор. К тому же такую термопару можно использовать в качестве датчика температуры. Собрано все просто, если самоделка вас заинтересовала, предлагаю изучить ее более детально!

Материалы и инструменты, которые использовал автор:

Список материалов:
— константан (проволока от низкоомного резистора ПЭВ-10);
— медная проволока.

Процесс изготовления самоделки:

Шаг первый. Добываем материалы
В качестве материала понадобится кусок медной проволоки, а также будет нужна проволока из резистора ПЭВ-10, подобная проволока встречается и в заграничных аналогах типа 1R00JSMT.

Проволока, которая используется в низкоомных резисторах, сделана из металла константан , именно она нам и нужна, нихром не подойдет.

Шаг второй. Скрутка и сварка
Делаем скрутку из двух проволочек, а затем концы проволок нужно сварить. Для сварки автор использует турбозажигалку. Именно в месте сварке при нагревании будет возникать разница потенциалов и по проводникам начнет течь ток. В идеале, должна получиться капелька из двух сваренных металлов.

В завершении скрутку, наверное, нужно раскрутить, иначе будет возникать короткое замыкание.

Шаг третий. Испытания
Подключаем к проводникам мультиметр и разогреваем место сварки обычной зажигалкой. У автора на мультиметре появилось напряжение в 50 мВ, это максимальное напряжение, которое выдает одна скрутка.

Что касается тока, то у автора мультиметр показал 5мкА.

Источник

Как сделать термопару своими руками: пошаговая инструкция. Изготовление термопары для мультиметра своими руками

Почему бы не вспомнить кружок «Юный техник» и не соорудить самодельный термогенератор? Как это сделать, описано в статье.

Установка (батарейка из двух проводов) использует эффект появления ЭДС в цепях, состоящих из различных металлов или полупроводников.

Возьмем два электрических проводника, которые изготовлены из разных металлов, и спаяем их концы. Теперь при нагревании одного и охлаждении другого конца в цепи проводников — термоэлементов (термопар) потечет электрический ток. Созданная ЭДС будет зависеть от разницы температур, а также от подбора материалов, составляющих термоэлемент. КПД таких преобразователей не превышает 5-6%.

Максимальная температура, до которой можно нагревать термопару, определяется точкой плавления элементов. К примеру, пару медь — константен можно нагревать до 350 градусов, сталь — константан до 315… 649 градусов — в зависимости от диаметра проволоки, а пару хромель — алюмель до 700… 1152 градусов. Для увеличения КПД, как вы понимаете, надо максимально увеличить разницу температур между холодным и горячим спаем. Но при этом при подборе пар надо учитывать теплопроводность материалов.

Лучше, если соотношение между средней теплопроводностью и средней электропроводностью будет минимальным. При подборе материалов удобно пользоваться таблицей, приведенной ниже.

Лучше выбрать те из них, что максимально удалены а столбце друг от друга. Например, сталь (наверху), константан (внизу) дадут хорошие результаты, а медь и серебро — малоактивные элементы. Пара сурьма-висмут наилучшая, но практически недоступна любителю. Хотя и дает она самое большое термоэлектрическое напряжение — около 112 мкВ/град., материалы слишком специфичны и редки.

Кроме того, каждый материал, указанный в таблице, обладает отрицательным потенциалом по отношению ко всем другим, находящимся выше. Например, в паре сталь — константен сталь будет иметь относительный потенциал плюс, а константан — минус. В термопаре хромель — алюмель хромель имеет плюс, а алюмель минус.

Для изготовления батареи потребуются два куска проволоки (стальной и константановой) диаметром 1,3 мм, длиной 18 м каждый. Концы каждого элемента зачищают и скручивают вместе, затем сваривают. Элементы крепят на асбоцементной панели (рис. 1). При проверке отдельные термопары должны давать ток около 22 мА от нагревания спичкой и около 30 мА при нагревании спиртовой горелкой. При нормальном горении спиртовки батарея даст 1,5 В при тоне 0,3 А (рис 2).

Изготовив набор таких батарей и соединив их параллельно, можно получить постоянный электрический ток мощностью, достаточной для питания транзисторного приёмника и схожих электроприборов. Надо лишь помнить о том, что при последовательном подключении растёт внутреннее сопротивление батареи.

Набор, состоящий из нескольких батарей, можно использовать с керосиновой лампой, металлической печной трубой или другими похожими источниками тепла.

Термопара представляет собой измеритель температуры, действие которого основано на способности двух разнородных металлических проводников или полупроводников, соединенных между собой, генерировать эдс, пропорциональную температуре места соединения, или, как говорят, спая. Термопары подсоединяют к милливольтметру или потенциометру, по показаниям которого и определяют температуру нагретого спая.

Термопару легко сделать своими силами (рис. 1, а, б). Для этого две проволоки 4 (например, из сплавов хромель и копель) скручивают между собой на длине 6 — 8 мм и после тщательной зачистки пропаивают чистым оловом или сваривают. При пайке применяют только бескислотные флюсы. После сварки головку 5 термопары можно проковать легкими ударами молотка для получения лопатообразной формы.

Термопары с такой головкой используют для измерения температуры сердечников машин и трансформаторов. Для установки термопары листы сердечника раздвигают и в образовавшуюся щель вставляют лопатообразную головку термопары.

Часто в электротехническое изделие закладывают несколько термопар для измерения температуры его различных частей. В этом случае концы термопар поочередно подключают к одному и тому же прибору. Конструкция переключателя должна обеспечивать отсутствие контакта между термопарами при переходе от одной термопары к другой, так как в противном случае стрелка прибора будет испытывать резкие толчки.

Для равенства сопротивления всех термопар их необходимо изготовлять с одинаковой длиной концов и из одной партии проволоки.

Помимо этого термопары после изготовления должны быть выверены между собой, для чего их погружают в закрытый сосуд с трансформаторным маслом, нагретым до температуры 70 — 80°С, и, передвигая ручку переключателя с одной термопары на другую, находят термопару с максимальными показаниями. Эту термопару принимают за контрольную и с ее показаниями сравнивают показания остальных термопар при укорачивании их длины для выравнивания сопротивлений.

Рис. 1. Изготовление термопары (а) и ее вид после сварки (б): 1 — клещи, 2 — сварочный электрод, 3, 4 — проволока, 5 — головка

Рис. 2. Встречно-последовательное включение термопар: 1 — горячий спай, 2 — холодный спай

При измерениях таким методом следует помнить, что ток, проходящий по термопаре, зависит от разности температур контролируемой точки и конца термопары, к которому подключен измерительный прибор. Поэтому для нахождения температуры контролируемой точки необходимо знать температуру в месте расположения измерительного прибора.

Это свойство термопары позволяет при необходимости измерять разность температур в двух контролируемых точках, для чего две термопары включают встречно-последовательно.

Большинство предметов для обогрева и измерения, которые мы применяем в быту, требуют использования особых элементов контроля. Такие контроллеры (термопары) предохраняют приборы от перегрева и поломок. Термопару можно использовать и для небольших домашних измерений, и для лабораторных опытов. Для этого не нужно специально искать ее в магазинах. Можно разобраться в ее устройстве и сделать термопару для мультиметра своими руками.

Описание и характеристики

Термопара — это прибор

, состоящий из двух различных проводников, которые соединяются в одной или нескольких точках компенсационными проводами. Когда на одном конце провода происходит измерение температуры, на другом создается напряжение определенного значения и силы. Это устройство используется для контроля температуры, а также для преобразования температуры в электрический ток.

Стоит термодатчик совсем недорого. Этот прибор вполне стандартный и измеряет большой диапазон температур. Единственным минусом в работе элемента является неточность, которая может составлять до 1 °C, а это немало для таких значений.

Сделать термопару в домашних условиях не составит труда. Необходимо только помнить, что эти устройства создаются из специальных сплавов, поэтому прослеживается предсказуемая и стойкая зависимость между напряжением и температурой.

Датчики бывают разных типов. Они классифицируются по типу используемых металлов для сплава

1. хромель — алюмелевые;
2. платинородий — платиновые.

От состава зависит и среда применения, ведь такие контроллеры используют как в науке и промышленности, так и в домашних условиях — для котлов, колонок, духовых шкафов.

Советы: как создать бесплатное электричество

Для того, чтобы получить электричество, нужно найти разность потенциалов и проводникЛюди всегда стремились экономить, да и в эпоху постоянно растущих коммунальных платежей – это совсем не удивительно.

На сегодня уже существуют способы, с помощью которых человек может добыть бесплатное для него свободное электричество.

Как правило, это определенные установки, сделанные своими руками, в основе которых находится электрогенератор.

Термоэлектрический генератор – это устройство, позволяющее вырабатывать электрическую энергию из тепла. Это прекрасный паровой источник электроэнергии, правда, с небольшим КПД.

В качестве устройства для прямого превращения теплоты в электрическую энергию применяют термоэлектрические генераторы, которые используют принцип работы обычных термопар

По сути, термоэлектричество – это прямое преобразование тепла в электричество в жидких или твердых проводниках, а затем обратный процесс нагревания и охлаждения контакта различных проводников с помощью электрического тока.

Устройство теплогенератора:

• Тепловой генератор имеет два полупроводника, каждый из которых состоит из определенного количества электронов;
• Они тоже объединены между собой проводником, над которым находится слой, способный проводить тепло;
• К нему присоединен еще термоэмиссионный проводник для передачи контактов;
• Далее идет охлаждающий слой, а за ним полупроводник, чьи контакты ведут к проводнику.

К сожалению, теплоэлектрогенератор не всегда бывает в состоянии работать с большими мощностями, поэтому используется в основном в быту, а не на производстве.

На сегодняшний день теплоэлектрический преобразователь почти нигде не используется. Ресурсов он «просит» много, места занимает тоже, а вот напряжение и ток, которые он может выработать и преобразовать, очень малы, что крайне невыгодно.

Солнечный тепловой генератор электричества и радиоволны

Источники электрической энергии могут быть самыми разными. Сегодня стало набирать популярность производство солнечных термоэлектрических генераторов. Такими установками могут пользоваться на маяках, в космосе, автомобилях, а также иных сферах жизни.

Солнечные тепловые генераторы – это отличный способ сэкономить энергоресурсы

РИТЭГ (расшифровывается как радионуклидный термоэлектрический генератор) работает за счет преобразования энергии изотопов в электрическую. Это весьма экономный способ, позволяющий получить практически халявное электричество и возможность освещения в условиях отсутствия электроэнергии.

Особенности РИТЭГ:

• Получить источник энергии из распадов изотопов проще, чем например, сделать то же самое нагревая горелку или керосиновую лампу;
• Получение электричества и распад частиц возможны при наличии специальных изотопов, ведь процесс их распада может длиться десятилетиями.

Используя такую установку нужно понимать, что при работе со старыми моделями оборудования есть риск получить дозу радиации, да и утилизировать такой прибор очень сложно. Если неправильно его уничтожить, он может сыграть роль радиационной бомбы.

Выбирая производителя установки, лучше остановиться на уже зарекомендовавших себя фирмах. Таких как Глобал, Алтек (Altec), ТГМ (Tgm), Криотерм, Термиона (Termiona).

Кстати, еще одним неплохим способом получить электричество на халяву, считается генератор по сбору радиоволн.

Он состоит из пар пленочных и электролитических конденсаторов, а также маломощных диодов.

В качестве антенны берется изолированный кабель около 10-20 метров и еще один заземляющий провод крепится к водопроводной или газовой трубе.

Как сделать элемент Пельтье своими руками

Обычный элемент Пельтье – это пластина, собранная из деталей различного металла, с разъемами для подключения в сеть. Такая пластинка пропускает через себя ток, нагреваясь с одной стороны (например, до 380 градусов) и работая от холода с другой.

Элемент Пельтье – это специальный термоэлектрический преобразователь, который работает по одноименному принципу подачи электрического тока

Такой термогенератор имеет обратный принцип:

• Одна сторона может греться от горящего топлива (например, огня на дровах или какого-либо другого сырья);
• Другая сторона, наоборот, охлаждается жидким или воздушным теплообменником;
• Таким образом, на проводах происходит выработка тока, который можно использовать по своим нуждам.

Правда, работоспособность у прибора не сильно большая, да и эффект не впечатляющий, но, тем не менее, такой простой самодельный модуль вполне может зарядить телефон или подключить светодиодный фонарик.

Принцип работы

Термопара — это самый популярный термодатчи

к, который был открыт в 1822 году немецким физиком Томасом Зеебеком. Именно поэтому принцип работы такого элемента часто называют эффектом Зеебека.

В книгах и учебниках этот эффект описывают так: если спаи проводников имеют неидентичные температуры, то между ними образовывается электрическая сила (термоэдс), значение которой пропорционально разности температур спаев.

Здесь нужно подчеркнуть, что принимать во внимание стоит именно разность температур, а не какой-либо показатель вообще. Кроме того, если оба спая имеют равнозначную температуру, то термоэдс в цепи не возникнет.

Перед тем как приступить к изготовлению термодатчика, нужно подготовить все материалы и инструменты

. Электроды термопары состоят из разнородных материалов, для выбора которых нужно определиться с типом изделия и сферой использования.

Типы термодатчиков обозначаются буквами латинского алфавита и имеют свои характеристики. Например, популярная модель TYPE K состоит из сплава хромель-алюмель, а диапазон ее измерений — 200−1200 °C. Произведя несложные расчеты, можно говорить о нелинейности (термоэдс -35 — 32 мкВ/°C), в то время как нелинейность характеристики должна быть наименьшей. В этом случае погрешность при измерениях будет совсем небольшой.

Термопара может располагаться на удаленном расстоянии от самого оборудования. Для этого ее подключают с помощью специального кабеля. Сам кабель делают из тех же материалов, что и термопару. Разница только в диаметре.

Распространенные проблемы газовых плит

Часто бывает, что купить такую термопару в газовую плиту, какая установлена изготовителем невозможно. Не всегда в наличии комплектующие для новых или устаревших моделей. В этом случае можно приобрести подходящий по характеристике датчик. Естественно, после консультации со специалистами.

Иногда сложно найти подходящий к модели газовой плиты прибор газконтроля. В этом случае можно заменить только неисправный датчик.

Важно! При выборе аналога обращайте внимание на креплении и переходники.

Грамотно подобранные крепления для установки термопары помогут избежать проблем при выполнении работ.

Если тухнет газ в духовке, это не всегда может быть из-за сбоя работ системы газового контроля.

Не всегда виновницей потухшего газа будет функция газконтроля. Существует много других причин, способных вызвать данную проблему.

Часто причинами могут быть:

• износ электромагнитного клапана;
• сбой термостата;
• слишком плотно прилегающая дверца;
• термопара выше огня;
• ослабли контакты системы газ-контроль;
• газ при горении коптит;
• неисправность газового крана.

Самостоятельно определить причину может быть трудно. Мастер ремонтник проведет диагностику и качественный ремонт.

Качественную диагностику газового оборудования и выяснение причин неисправности может провести только мастер.

Внимание! При работе с плитой на кухне не должно быть посторонних, уберите детей и домашних животных.

Изготовление термодатчика

Для изготовления термопары своими руками необходимо приобрести проволоку из подходящих материалов. Здесь важное значение имеет диаметр, так как от него зависит погрешность при измерении температуры. Рекомендуется брать проволоку меньшего диаметра, особенно если исследоваться будут объекты небольших размеров.

Материал зависит от диапазона температур, с которым предполагается работа. Наиболее распространенные варианты: хромель-алюмель, медь-константан. Само изготовление заключается в создании соединения, сплава двух проволок. Зачастую для этого используется какой-то источник напряжения (к примеру, автомобильный аккумулятор или трансформатор).

Дальнейшие этапы работы таковы:

1. свободные концы скрученной проволоки подключают к одному из полюсов источника напряжения;
2. вывод подсоединяется к другому из полюсов, который дополнительно соединен еще и с графитным карандашом.

При возникновении электрической дуги возникает соединение проволок термопары. При этом напряжение для соединения проводов подбирается путем эксперимента. Как правило, оптимальное значение 40−50 В, но оно может быть меньше, так как зависит от материалов и длины изделия.

Еще один главный момент — соблюдение техники безопасности. Очень важно не использовать слишком высокое напряжение и не касаться оголенных проводов. Лучше заизолировать их специальной лентой или закрыть керамической трубкой.

Это самый простой и доступный способ изготовления термопары для мультиметра своими руками. Иногда проволоки для термопар спаивают с помощью паяльника. Но тогда придется дополнительно приобрести специальный припой и придерживаться определенных температур в работе.
Термоэлектродные сплавы
Термоэлектродные сплавы – это группа сплавов, применяемых для создания термопар и других элементов термоэлектрических устройств. Работа термопары основана на возникновения термической электродвижущей силы (ТЭДС) в месте контакта двух разнородных металлов. Эта сила зависит от температуры, что дает возможность ее измерения. Кроме температуры, Термо-ЭДС зависит от типа термопары, то есть, от составляющих ее материалов.

Общие требования к материалам для термопар

Поскольку термопары являются ключевыми компонентами измерительных приборов, к материалам, из которых они изготавливаются, предъявляется множество требований.

Сплавы, из которых изготавливается термопара, должны создавать достаточно большую (ТермоЭДС), чтобы ее можно было измерить с приемлемой точностью. При этом напряжение на выводах термопары должно быть однозначной функцией температуры, не имеющей экстремумов в рабочем диапазоне, по возможности, близкой к линейной. От термоэлектродных сплавов требуется стойкость к нагреву. При любой рабочей температуре термопара должна сохранять коррозионную стойкость в тех средах, для которых она предназначена, и не достигать точки плавления. Материалы термопар должны обеспечивать воспроизводимость качеств при производстве в промышленном масштабе и сохранять неизменными характеристики термопар весь период их эксплуатации. Сплавы должны быть достаточно пластичными, чтобы из них можно было изготавливать проволоку и придавать другие формы. Цена термопары не должна быть слишком высокой, поэтому в состав сплавов нежелательно включать драгоценные металлы. Всем этим требованиям соответствуют никелевые и медно-никелевые сплавы, легированные специальными добавками. Сплавы производятся как термопарная проволока, лента или круг.

Это сплав на основе никеля, содержание которого составляет около 93,5 %. Вместе с никелем, в качестве примеси, в состав входит кобальт в количестве 0,6-1,2 %. Содержание других элементов – алюминия, углерода, железа, марганца, кремния колеблется от 0,1 до 2,4 %.

Проволока алюмель применяется в качестве элемента термопары хромель-алюмель (тип К), а также как термоэлектродные провода, входящие в конструкцию измерительных приборов.

Допустимый максимум температуры зависит от диаметра проволоки. При диаметре менее 1,2 мм верхняя граница диапазона измерений опускается до 800оС (1000), а при диаметре меньшем 0,5 мм – до 600оС (800). Здесь в скобках указаны величины для сплава с расширенным рабочим диапазоном.

Хромель по своему составу близок к алюмели. Основой также является никель с примесью кобальта. Содержание алюминия, кремния и марганца намного ниже.

Хромель имеет удачное сочетание уровня ТЕРМО ЭДС и его стабильности с повышенной термостойкостью: плавится при 1500оС, максимальные температуры измерений – такие же, как у алюмели (для версии «хромель Т»). Сплав устойчив к коррозии в агрессивных средах. При высокой температуре на поверхности изделия появляется стойкая пленка окислов зеленоватого оттенка, защищающая металл от дальнейшего разрушения.

Термо-ЭДС довольно высока, но главное – это практически линейная характеристика и стабильность во времени в широком диапазоне температур.

Лента и проволока хромель используется для производства термопар типов Е, К, L (сплавы хромель-Т и хромель-ТМ) и для изготовления компенсационных проводов (хромель-К и хромель-КМ).

Это медно-никелевый сплав. Медь в нем служит основой, ее содержание – около 55 %. Никеля вместе с примесью кобальта содержится 42,5-44 %. Из других компонентов наибольшая доля приходится на марганец – до 1 %. Остальное – это железо, углерод, кремний в количествах, измеряемых сотыми долями процента.

Копель имеет невысокий верхний предел измерений – 600 оС (до 800 оС – по спецзаказу). В паре с железом, медью и хромелем обладает высоким термо-ЭДС, что повышает точность измерений. Термопара хромель-копель при 500 оС выдает напряжение 40,3 мВ, тогда как ближайший «конкурент», железо-константан, показывает лишь 37 мВ. ТЕРМОЭДС большинства других термопар при тех же условиях не превышает 10 мВ. (Здесь приведены табличные значения из ГОСТ Р 8.585-2001).

Проволока копель применяется для изготовления термопар типов L и M. Тип М используется для измерения температур до 100оС. Купить термопары этого типа стоит для измерения низких температур. Нижняя граница их рабочего диапазона простирается до -200оС.

Этот сплав на медно-никелевой основе по составу близок к копелю. В нем немного больше меди и чуть меньше никеля. Константан обладает высоким электросопротивлением и его слабой зависимостью от температуры, за что и получил свое название.

Высокое удельное сопротивление константана находит применение при изготовлении из него резистивных и нагревательных элементов. В паре с хромелем медью и железом этот сплав дает высокие значения ТЭДС, немного отставая в этом от копеля.

Проволока из константана применяется для изготовления термопар типов Е, Т и J. Высокотемпературная область применения термопар типа Т (медь-константан) ограничена 400 оС.

В автоматизации технологических процессов очень часто приходится снимать показатели о температурных изменениях, для их загрузки в системы управления, с целью дальнейшей обработки. Для этого требуются высокоточные, малоинерционные датчики, способные выдерживать большие температурные нагрузки в определённом диапазоне измерений. В качестве термоэлектрического преобразователя широко используются термопары – дифференциальные устройства, преобразующие тепловую энергию в электрическую.

Устройства также являются простым и удобным датчиком температуры для термоэлектрического термометра, предназначенного для осуществления точных измерений в пределах довольно широких температурных диапазонов. В частности, управляющая автоматика газовых котлов и других отопительных систем срабатывает от электрического сигнала, поступающего от сенсора на базе термопары. Конструкции датчика обеспечивают необходимую точность измерений в выбранном диапазоне температур.

Как сделать терморегулятор своими руками (видео)

В нашей статье посвященной самостоятельному созданию терморегулятора были указаны все главные моменты, от необходимых деталей для конструкции до пошаговой инструкции. Не торопитесь сразу приниматься за создание, изучите литературу и советы опытных мастеров. Только с правильным подходом вы сможете получить идеальный результат с первой попытки.

При оборудовании погреба необходимо создать такой температурный режим, при котором все запасы будут сохраняться максимально долго. А чтобы его поддерживать, потребуется терморегулятор — прибор, который помогает поддерживать заданную температуру. Это устройство используется во многих бытовых приборах: утюгах, холодильниках, паяльниках. Как сделать терморегулятор для погреба своими руками?

Устройство и принцип действия

Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай. Схематически устройство изображено на рисунке 1.

Рис. 1. Схема строения термопары

Красным цветом выделено зону горячего спая, синим – холодный спай.

Электроды состоят из разных металлов (металл А и металл В), которые на схеме окрашены в разные цвета. С целью защиты термоэлектродов от агрессивной горячей среды их помещают в герметичную капсулу, заполненную инертным газом или жидкостью. Иногда на электроды надевают керамические бусы, как показано на рис. 2).

Рис. 2. Термопара с керамическими бусами

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. При замыкании цепи, например милливольтметром (см. рис. 3) в точках спаек возникает термо-ЭДС. Но если контакты электродов находятся при одинаковой температуре, то эти ЭДС компенсируют друг друга и ток не возникает. Однако, стоит нагреть место горячей спайки горелкой, то согласно эффекту Зеебека возникнет разница потенциалов, поддерживающая существование электрического тока в цепи.

Рис. 3. Измерение напряжения на проводах ТП

Примечательно, что напряжение на холодных концах электродов пропорционально зависит от температуры в области горячей спайки. Другими словами, в определённом диапазоне температур мы наблюдаем линейную термоэлектрическую характеристику, отображающую зависимость напряжения от величины разности температур между точками горячей и холодной спайки. Строго говоря, о линейности показателей можно говорить лишь в том случае, когда температура в области холодной спайки постоянна. Это следует учитывать при выполнении градуировок термопар. Если на холодных концах электродов температура будет изменяться, то погрешность измерения может оказаться довольно значительной.

В тех случаях, когда необходимо добиться высокой точности показателей, холодные спайки измерительных преобразователей помещают даже в специальные камеры, в которых температурная среда поддерживается на одном уровне специальными электронными устройствами, использующими данные (схема показана на рис. 4). При таком подходе можно добиться точности измерений с погрешностью до ± 0,01 °С. Правда, такая высокая точность нужна лишь в немногих технологических процессах. В ряде случаев требования не такие жёсткие и погрешность может быть на порядок ниже.

Рис. 4. Решение вопроса точности показаний термопар

На погрешность влияют не только перепады температуры в среде, окружающей холодную спайку. Точность показаний зависит от типа конструкции, схемы подключения проводников, и некоторых других параметров.

Терморегулятор своими руками: схема

Про конструкцию термостата можно сказать, что она не особа сложна, именно по этой причине большинство радиолюбителей начинают свое обучение именно с этого прибора, а так же именно на нем оттачивают свои навыки и мастерство. Схем прибора можно найти очень большое количество, но самой распространенной является схема с применением, так называемого компаратора.

Данный элемент имеет несколько входов и выходов:

• Один вход отвечает подачу эталонного напряжения, которое отвечает необходимой температуре;
• Второй получает напряжения от датчика температуры.

Сам компаратор принимает все поступающие показания и сравнивает их. В случае если будет генерировать сигнал на выходе, то он включит реле, которое подаст ток на обогревательный или холодильный аппарат.

Типы термопар и их характеристики

Различные сплавы, используемые для изготовления термопар, обладают разными коэффициентами термо-ЭДС. В зависимости от того, из каких металлов изготовлены термоэлектроды, различают следующие основные типы термопар:

• ТПП13 – платинородий-платиновые (тип R);
• ТПП10 – платинородий-платиновые (тип S);
• ТПР – платинородий-платинродиевые (тип B);
• ТЖК – железо-константановые (тип J);
• ТМКн – медь-константановые (тип T);
• ТНН – нихросил-нисиловые (тип N);
• ТХА – хромель-алюмелевые (тип K);
• ТХКн – хромель-константановые (тип E);
• ТХК – хромель-копелевые (тип L);
• ТМК – медь-копелевые (тип M);
• ТСС – сильх-силиновые (тип I);
• ТВР – вольфрамрениевые (типы A-1 – A-3).

Технические требования к термопарам задаются параметрами определёнными ГОСТ 6616-94, а их НСХ (номинальные статические характеристики преобразования), оптимальные диапазоны измерений, установленные классы допуска регулируются стандартами МЭК 62460, и определены . Заметим, также, что НСХ в вольфрам-рениевых термопарах отсутствовали в таблицах МЭК до 2008 г. На сегодняшний день указанными стандартами не определены характеристики термопары хромель-копель, но их параметры по прежнему регулируются ГОСТ Р 8.585-2001. Поэтому импортные термопары типа L не являются полным аналогом отечественного изделия ТХК.

Классификацию термодатчиков можно провести и по другим признакам: по типу спаев, количеству чувствительных элементов.

В зависимости от назначения термодатчика спаи термопар могут иметь различную конфигурацию. Существуют одноэлементные и двухэлементные спаи. Они могут быть как заземлёнными на корпус колбы, так и незаземленными. Понять схемы таких конструкций можно из рисунка 5.

Рис. 5. Типы спаев

• И – один спай, изолированный от корпуса;
• Н – один соединённый с корпусом спай;
• ИИ – два изолированных друг от друга и от корпуса спая;
• 2И – сдвоенный спай, изолированный от корпуса;
• ИН – два спая, один из которых заземлён;
• НН – два неизолированных спая, соединённых с корпусом.

Заземление на корпус снижает инерционность термопары, что, в свою очередь, повышает быстродействие датчика и увеличивает точность измерений в режиме реального времени.

С целью уменьшения инерционности в некоторых моделях термоэлектрических преобразователей оставляют горячий спай снаружи защитной колбы.

Многоточечные термопары

Часто требуется измерение температуры в различных точках одновременно. Многоточечные термопары решают эту проблему: они фиксируют данные о температуре вдоль оси преобразователя. Такая необходимость возникает в химических и нефтехимических отраслях, где требуется получать информацию о распределении температуры в реакторах, колоннах фракционирования и в других ёмкостях, предназначенных для переработки жидкостей химическим способом.

Многоточечные измерительные преобразователи температуры повышают экономичность, не требуют сложного обслуживания. Количество точек сбора данных может достигать до 60. При этом используется только одна колба и одна точка ввода в установку.

Таблица сравнения термопар

Выше мы рассмотрели типы термоэлектрических преобразователей. У читателя, скорее всего, резонно возник вопрос: Почему так много типов термопар существует?

Дело в том, что заявленная производителем точность измерений возможна только в определённом интервале температур. Именно в этом диапазоне производитель гарантирует линейную характеристику своего изделия. В других диапазонах зависимость напряжения от температуры может быть нелинейной, а это обязательно отобразится на точности. Следует учитывать, что материалы обладают разной степенью плавкости, поэтому для них существует предельное значение рабочих температур.

Для сравнения термопар составлены таблицы, в которых отображены основные параметры измерительных преобразователей. В качестве примера приводим один из вариантов таблицы для сравнения распространённых термопар.

Тип термопары	K	J	N	R	S	B	T	E
Материал положительного электрода	Cr-Ni	Fe	Ni-Cr-Si	Pt-Rh (13 % Rh)	Pt-Rh (10 % Rh)	Pt-Rh (30 % Rh)	Cu	Cr-Ni
Материал отрицательного электрода	Ni-Al	Cu-Ni	Ni-Si-Mg	Pt	Pt	Pt-Rh (6 % Rh	Cu-Ni	Cu-Ni
Температурный коэффициент	40…41	55.2	68
Рабочий температурный диапазон, ºC	0 до +1100	0 до +700	0 до +1100	0 до +1600	0 до 1600	+200 до +1700	−185 до +300	0 до +800
Значения предельных температур, ºС	−180; +1300	−180; +800	−270; +1300	– 50; +1600	−50; +1750	0; +1820	−250; +400	−40; +900
Класс точности 1, в соответствующем диапазоне температур, (°C)	±1,5 от −40 °C до 375 °C	±1,5 от −40 °C до 375 °C	±1,5 от −40 °C до 375 °C	±1,0 от 0 °C до 1100 °C	±1,0 от 0 °C до 1100 °C	±0,5 от −40 °C до 125 °C	±1,5 от −40 °C до 375 °C
	±0,004×T от 375 °C до 750 °C	±0,004×T от 375 °C до 1000 °C	± от 1100 °C до 1600 °C	± от 1100 °C до 1600 °	±0,004×T от 125 °C до 350 °C	±0,004×T от 375 °C до 800 °C
Класс точности 2 в соответствующем диапазоне температур, (°C)	±2,5 от −40 °C до 333 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C	±0,0025×T от 600 °C до 1700 °C	±1,0 от −40 °C до 133 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C
	±0, T от 333 °C до 750 °C	±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C	±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C	±0,0075×T от 133 °C до 350 °C	±0,0075×T от 333 °C до 900 °C
Цветовая маркировка выводов по МЭК	Зелёный – белый	Чёрный – белый	Сиреневый – белый	Оранжевый – белый	Оранжевый – белый	Отсутствует	Коричневый – белый	Фиолетовый – белый

Способы подключения

Каждая новая точка соединения проводов из разнородных металлов образует холодный спай, что может повлиять на точность показаний. Поэтому подключения термопары выполняют, по возможности, проводами из того же материала, что и электроды. Обычно производители поставляют изделия с подсоединёнными компенсационными проводами.

Некоторые измерительные приборы содержат схемы корректировки показаний на основе встроенного термистора. К таким приборам просто подключаются провода, соблюдая их полярность (см. рис. 6).

Рис. 6. Компенсационные провода

Часто используют схему подключения «на разрыв». Измерительный прибор, подключают через проводник того же типа что и клеммы (чаще всего медь). Таким образом, в местах соединения отсутствует холодный спай. Он образуется лишь в одном месте: в точке присоединения провода к электроду термопары. На рисунке 7 показана схема такого подключения.

Рис. 7. Схема подключения на разрыв

При подключении термопары следует как можно ближе размещать измерительные системы, чтобы избежать использования слишком длинных проводов. Во всяком проводе возможны помехи, которые усиливаются с увеличением длины проволоки. Если от радиопомех можно избавиться путём экранирования проводки, то бороться с токами наводки гораздо сложнее.

В некоторых схемах используют компенсирующий терморезистор между контактом измерительного прибора и точкой холодного спая. Поскольку внешняя температура одинаково влияет на резистор и на свободный спай, то данный элемент будет корректировать такие воздействия.

И напоследок: подключив термопару к измерительному прибору, необходимо, пользуясь градуировочными таблицами, выполнить процедуру калибровки.

Применение

Термопары используются везде, где требуется измерение температуры в технологической среде. Они применяются в автоматизированных системах управления в качестве . Термопары типа ТВР, у которых внушительный диаметр термоэлектрода, незаменимы там, где требуется получать данные о слишком высокой температуре, в частности в металлургии.

Газовые котлы, конвекторы, водонагревательные колонки также оборудованы термоэлектрическими преобразователями.

Преимущества

• высокая точность измерений;
• достаточно широкий температурный диапазон;
• высокая надёжность;
• простота в обслуживании;
• дешевизна.

Недостатки

Недостатками изделий являются факторы:

• влияние свободных спаев на показатели приборов;
• ограничение пределов рабочего диапазона нелинейной зависимостью ТЭДС от степени нагревания, порождающей сложности в разработке вторичных преобразователей сигналов;
• при длительной эксплуатации в условиях перепадов температур ухудшаются градуировочные характеристики;
• необходимость в индивидуальной градуировке для получения высокой точности измерений, в пределах погрешности в 0,01 ºC.

Благодаря тому, что проблемы связанные с недостатками решаемы, применение термопар более чем оправдано.

Источник