Măsurarea termocuplării și calibrarea termocuplului

Figura 1. Termocuplu: A, B - conductori diferiți, T și T + dT - temperaturi de joncțiune

Simplificarea aspectului TEPS în metale și aliaje poate fi explicată bazându-se pe teoria electronului P. Drude. În modelul propus de P. Drude, metalul este considerat o rețea de atomi, pe orbitele exterioare ale cărora există electroni de valență, legați slab de forțele electromagnetice cu nucleul atomului. Electronii de Valence pot fi considerați particule libere, deoarece pot transfera cu ușurință de la un atom la altul. Acești electroni din metale se numesc electroni de conducere. Sistemul de electroni liberi în absența influențelor externe este în echilibru. Viteza medie a electronilor din sistemul de echilibru este zero, deși fiecare dintre electroni are o energie finită și o viteză proporțională cu temperatura locală a metalului.

Când temperatura de-a lungul conductorului se schimbă, sistemul de electroni se abate de la starea de echilibru. Viteza medie a electronului în regiunea capătului fierbinte al conductorului devine nonzero, iar vectorul de viteză este direcționat către regiunea cu o temperatură mai mică. Deoarece electronii sunt purtători de sarcină, prezența unei astfel de viteze va conduce la generarea unui curent electric. Dar circuitul electric este deschis și, prin urmare, curentul electric există numai până când o cantitate suficientă pentru a crea un câmp electric întârziat este acumulată în regiunea mai rece. Acest câmp contracarează acumularea suplimentară a încărcării și compensează precis influența gradientului de temperatură asupra vitezei medii a electronului. Când se atinge o nouă stare de echilibru, curentul electric din circuit dispare.

Astfel, în prezența unui gradient de temperatură, un câmp electric apare în conductor, îndreptat spre gradientul de temperatură. Diferența dintre numărul de electroni de la capetele conductorului și curentul din circuit există atât timp cât există un gradient de temperatură. În consecință, gradientul potențialului câmpului electric, de fapt un emf termic, nu poate apărea fără un gradient de temperatură. Acesta este mecanismul principal pentru apariția TEDS, care se numește componenta de difuzie a TEPS. Acesta domină în metale pure la temperaturi peste temperatura Debye și este componenta principală a TEPS, care apare pe întreaga gamă de temperaturi de aplicare a aliajelor care conțin mai multe procente din elementele de aliere.

Amploarea TEPS EA (T). care apare pe o secțiune omogenă a conductorului A, este definită ca:

unde SA (T) este sensibilitatea locală a secțiunii conductorului.
Din (1) rezultă că:

Formula (2) exprimă coeficientul Seebeck absolut al sitului local - caracteristica fizică a oricărui material conductiv din punct de vedere electric, care este independent de prezența altor materiale în circuit.

Dependența puterii termoelectrice la temperatura pentru un termocuplu format din termoelectrozi izotropici este reprezentată în forma integrală:

Coeficientul Seebeck al perechii de conductori AB SAB este diferența dintre coeficienții Seebeck din materialul A și materialul B:

Coeficientul Seebeck SAB. caracterizând schimbarea EAB ca funcție de temperatură, se mai numește și coeficientul TEPS, TEPS diferențial sau sensibilitatea termocuplului. Pentru cele mai multe perechi de metale și aliaje, SAB este de ordinul 10-5-10-4 V / K.

În practică, electrozii termocupluri la porțiuni diferite ale lungimii sale au diferite coeficient Teds. Aceasta este o manifestare a eterogenității proprietăților fizice ale materialelor și aliajelor reale, datorită fluctuațiilor în compoziția și structura a fost numită inhomogeneity termoelectric (RTE). Context sârmă încălzitor termocuplu are loc în timpul fabricării acestuia, se dezvoltă în procesul de fabricație și de termocuplu este de obicei fluctuații mici Teds. La un moment dat termocupluri evacuare thermoelectrodes incalzitor este superpoziția neregularităților originale și neomogenitățile în operațiunea în curs de dezvoltare din cauza unui număr de motive: modificarea compoziției aliajului datorită oxidării selective, evaporare sau compus de legare în elementele individuale ale aliajului; absorbția elementelor din exterior atunci când interacționează cu materiale izolante și cu mediul; recristalizarea, creșterea cerealelor; transformări în stare solidă (ordonare, descompunere a soluției solide). Heterogenitatea poate apărea în orice moment în timpul utilizării unui termocuplu.

Orice termoelectroed neomogen poate fi considerat ca un lanț al mai multor secțiuni uniforme local, de lungime arbitrară și cu temperaturi date la capete. În acest caz, tensiunea la capetele termocuplului este suma puterii termoelectrice din toate secțiunile cu temperaturi diferite la capete (vezi formula 3). În zonele cu o temperatură constantă, TEPS nu este generat.

Se poate argumenta că termocuplul introdus în cuptor la o adâncime mai mare decât în ​​timpul verificării va da citiri mai apropiate de cele reale și rezultatul verificării nu poate fi luat în considerare ca modificare a indicațiilor sale. În plus, este imposibil să se aplice termocuplul utilizat anterior la o adâncime de imersiune mai mică decât cea la care sa efectuat verificarea.

Calibrarea termocuplurilor

Conform GOST 8.585 și IEC 60574, calibrările termocuplurilor au codurile de litere K, J, N, T, S, R, B în funcție de compoziția chimică a termoelectrodelor. Următorul tabel prezintă denumirile pentru calibrările termocuplilor, domeniul în care sunt normalizate NCS-urile fiecărui tip de calibrare a termocuplului și marcajul de culoare al firelor de prelungire a termocuplurilor.

Cabluri termocupluri

Principalele avantaje ale termocuplurilor de cablu.

• cu o gamă largă de temperaturi de lucru. Aceasta este temperatura cea mai ridicată a senzorilor de contact;
• un mic indicator al inerției termice, care le permite să fie utilizate pentru a înregistra procese rapide;
• universalitatea aplicării pentru diferite condiții de operare, bună prelucrabilitate, consum redus de material;
• capacitatea de a rezista presiunilor mari de funcționare;
• fabricarea pe baza lor a convertizoarelor termice în cazuri de protecție de proiectare bloc-modulară, asigurând protecție suplimentară a termoelectrodelor de influența mediului de lucru și creând posibilitatea înlocuirii operative a elementului termosensibil.

Senzorul de temperatură realizat pe baza unui cablu termocuplu este ușor de folosit, designul acestuia vă permite să îndoiți cablul, să îl montați în locuri greu accesibile, în canalele de cablu, în timp ce lungimea TP poate ajunge la câteva sute de metri. Termocuplurile pot fi sudate, lipite sau pur și simplu presate la suprafață pentru a măsura temperatura.

Sfaturi generale pentru selectarea termocuplilor din metale comune

• sub zero - tip T
• temperatura camerei - tip K, T
• până la 300 ° C - tip K
• de la 300 la 600 ° C - tip N
• peste 600 ° C - tip K sau N

Capătul de lucru al termocuplului este scufundat într-un mediu a cărui temperatură trebuie măsurată. Capetele libere sunt conectate la dispozitivul secundar. Pentru a conecta termocuplul la modulul de intrare, folosiți fire termocupluri speciale fabricate din același material ca termocuplul însuși. În acest scop, puteți utiliza fire de cupru convenționale, dar în acest caz aveți nevoie de un senzor de temperatură la distanță, care trebuie să măsoare temperatura la punctul de contact al termocuplului cu fire de cupru.

Figura 4. Diagrama conexiunii cu termocuplu

Schema de conectare a termocuplurilor la bornele capului pentru una (figura 5) și două perechi (Fig.6) ale termoelectrodelor.

Incertitudinea extinsă în măsurarea uT este determinată de formulele:

măsurată prin termocupluri cu gradare individuală

atunci când se măsoară prin termocupluri fără calibrare individuală.

Stabilitatea termocuplurilor

Numeroase studii au arătat o stabilitate mai mare a TP-urilor de cablu în comparație cu firele convenționale din sârmă. Astfel, modificarea indicațiilor termocuplurilor de cablu de tip XK cu diametrul de 4 mm (diametru electrod 0,85 mm) la 425 ± 10 ° C timp de 10000 ore nu depășește 0,5 ° C, iar pentru 25 000 ore este + 1,15 ° C, în timp ce pentru ca firul să atingă 1 ° C pentru 10.000 de ore.

Testele comparative ale termocuplurilor de tip XA au arătat că schimbarea în termo-emf. Diametrul exterior al cablului termocuplu de 3 mm (diametru thermoelectrodes 0,65 mm), la 800 ° C timp de 10.000 de ore este de aproximativ 2,5 ° C, în timp ce cu un termocuplu convențional TXA thermoelectrodes 3,2 mm se atinge 3 ° C și la un diametru electrozii de 0,7 mm depășesc 200-250 μV (5-6 ° C) în aceleași condiții.

Schimbarea în termo-emf. termocuplu cablu cu manta din aliaje de înaltă nichel la 980 ° C, este de asemenea mai mică decât jumătate din cea a unui termocuplu normal de la aceeași temperatură, timp de 5000 ore. Indicațiile de schimbare termocuplu cu sârmă electrozi TXA 3,2 mm diametru ajunge la 11 ° C timp de 1000 ore la o temperatură de 1093 ° C și la 1200 ° C. - 12,5 ° C, timp de 200 de ore de stabilitate crescută prin cablu termocuplu thermoelectrodes explică dificultatea de oxidare din cauza cantității limitate de oxigen din interiorul cablului, precum și protecție suplimentară din coajă de metal expunerea mediului de lucru thermoelectrodes și oxid de magneziu.

Schimbarea în termo-emf. Cablu termocuplu: KTMS-XA (1) și termocuplu XA în versiunea obișnuită (2) la 800 ° C. Diametrul electrozilor - 0,7 mm

Schimbarea în termo-emf. cabluri termocupluTMC-XA după încălzirea în aer la 800 ° C. Figurile din figură sunt diametrul cablurilor, mm

Precizia termocuplurilor produse de "PC" Theseus. "

Tipul senzorului de temperatură

Interval de măsurare1, ° С

Fiabilitatea termocuplurilor.

Fiabilitate - proprietatea magazinului obiect a lungul timpului în valorile stabilite ale parametrilor ce caracterizează capacitatea de a îndeplini funcțiile necesare într-un anumit mod și condițiile de aplicare, întreținere, depozitare și transport.

Notă. Fiabilitatea este o proprietate complexă, care, în funcție de obiectul și condițiile de aplicare a acesteia de destinație poate include fiabilitate, durabilitate, mentenabilitate și remanență sau o combinație a acestor proprietăți.

Termocuplurile se referă la produse care nu pot fi reparate și nu pot fi reparate.

• probabilitatea de funcționare fără defecțiuni;
• durata de viață desemnată;
• durata medie de funcționare.

Indicatorii de fiabilitate ai termocuplurilor sunt instalați în conformitate cu GOST 27883 și țin cont de condițiile de funcționare ale DT:

• temperatura de aplicare;
• temperatura și umiditatea mediului;
• vibrații și sarcini de șoc;
• Agresivitatea chimică a mediului la materialul de acoperire al senzorului.

Durata de viață atribuită este egală cu intervalul dintre verificare (IMT). Dacă termocuplul periodic este trecut cu succes, durata de viață atribuită este prelungită cu următoarea IMT. În funcție de disponibilitatea și nivelul factorilor, senzorii de temperatură sunt împărțiți în patru grupe de funcționare

Indicatori de fiabilitate și grupuri de operare pentru termocupluri de cablu

Categoria condițiilor de operare

Probabilitatea funcționării fără defecțiuni

Articole similare

• Măsurători și plată

• Măsurarea pulsului arterial pe artera radială

• Standardizarea erorilor marginale ale instrumentelor de măsurare

Trimiteți-le prietenilor: