Wat is een thermokoppel?

Wat is een thermokoppel?

Het is een veelgebruikt temperatuurdetectie -element in instrumenten voor temperatuurmeting. Het meet direct de temperatuur en zet het temperatuursignaal om in een thermo -elektrisch potentiaalsignaal, dat vervolgens wordt omgezet door elektrische instrumenten (secundaire instrumenten) in de temperatuur van het gemeten medium. Hoewel de vormen van verschillende thermokoppels sterk kunnen variëren, afhankelijk van hun toepassing, is hun basisstructuur grotendeels hetzelfde, meestal bestaande uit een thermo -elektrisch element, een isolerende mouwbeschermende buis en een aansluitdoos. Deze thermokoppels worden meestal gebruikt in combinatie met display -instrumenten, opname -instrumenten en elektronische regulatoren. Hoe een thermokoppel werkt, deze relatie wordt veel gebruikt bij praktische temperatuurmeting. Omdat de Cold Junction T0 constant blijft, varieert het thermo -elektrische potentiaal dat wordt gegenereerd door het thermokoppel alleen met veranderingen in de temperatuur van de hete junctie (het meetuiteinde). Dit betekent dat een specifiek thermo -elektrisch potentieel overeenkomt met een specifieke temperatuur. Door de methode te gebruiken voor het meten van het thermo -elektrische potentieel, kunnen we het doel van temperatuurmeting bereiken. Het fundamentele principe van thermokoppel temperatuurmeting is dat een gesloten circuit wordt gevormd door twee geleiders gemaakt van verschillende materialen. Wanneer er een temperatuurgradiënt is tussen de twee uiteinden, stroomt de stroom door het circuit, waardoor een elektromotorische kracht (EMF) tussen de twee uiteinden wordt gegenereerd. Dit fenomeen staat bekend als het Seebeck -effect. De twee geleiders, gemaakt van verschillende materialen, zijn de thermoelementen, waarbij het hetere uiteinde als het werkende uiteinde en het koelere uiteinde dient als het vrije uiteinde, dat meestal op een constante temperatuur wordt gehandhaafd. Op basis van de relatie tussen de EMF en de temperatuur wordt een thermokalibratietabel gemaakt. Deze tabel is gebaseerd op de toestand waar de vrije eindtemperatuur 0 graden is en verschillende thermokoppels hebben hun eigen kalibratietabellen. Wanneer een derde metaalmateriaal wordt toegevoegd aan het thermokoppelcircuit, zolang de temperaturen bij beide juncties van dit materiaal hetzelfde zijn, blijft het thermo -elektrische potentiaal dat wordt gegenereerd door het thermokoppel ongewijzigd, onaangetast door de toevoeging van het derde metaal. Daarom kan bij gebruik van een thermokoppel voor temperatuurmeting een meetinstrument worden verbonden om het thermo -elektrische potentiaal te meten, waardoor de temperatuur van het gemeten medium kan worden bepaald. Bij het meten van de temperatuur met een thermokoppel is het essentieel dat de temperatuur bij de koude junctie (het uiteinde verbonden met het meetcircuit door kabels) constant blijft, omdat dit ervoor zorgt dat het thermo -elektrische potentieel evenredig is met de gemeten temperatuur. Als de temperatuur bij de koude junctie (de omgeving) tijdens de meting verandert, kan dit de nauwkeurigheid van de meting aanzienlijk beïnvloeden. Om de impact van veranderingen in de koude junctietemperatuur te compenseren, worden maatregelen genomen bij de koude junctie, die wordt genoemd als cold junction compensatie. Speciale compenserende draden worden gebruikt om verbinding te maken met het meetinstrument.

Veel voorkomende typen en kenmerken van thermokoppels

Gemeenschappelijke thermokoppels kunnen worden gecategoriseerd in twee hoofdtypen: standaard en non - standaard. Standaard thermokoppels zijn die waarvoor de nationale standaard hun thermo -elektrische potentieel specificeert - temperatuurrelatie, toelaatbare fout en een uniforme kalibratietabel. Ze worden geleverd met bijpassende display -instrumenten voor selectie. Non {- standaard thermokoppels hebben een kleiner bereik of hoeveelheid toepassingen in vergelijking met standaard thermokoppels en missen over het algemeen een uniforme kalibratietabel, waardoor ze voornamelijk worden gebruikt voor metingen in speciale situaties. Sinds 1 januari 1988 heeft China de productie van thermokoppels en weerstandsthermometers gestandaardiseerd volgens IEC International Standards, waarbij zeven typen - S, B, E, K, R, R, J, T - worden aangemerkt als de uniforme standaard thermokoppels voor China.

Theoretisch kunnen twee verschillende geleiders (of halfgeleiders) worden gekoppeld om een ​​thermokoppel te vormen. Als praktische componenten van temperatuurmetingen moeten ze echter aan meerdere vereisten voldoen. Om betrouwbaarheid en voldoende nauwkeurigheid in technische toepassingen te waarborgen, zijn niet alle materialen geschikt voor thermokoppels. Over het algemeen zijn de basisvereisten voor de elektrodematerialen van thermokoppels:

1. Binnen het temperatuurmeetbereik zijn de thermo -elektrische eigenschappen stabiel en veranderen niet met de tijd, en er is voldoende fysische en chemische stabiliteit, wat niet gemakkelijk is om te worden geoxideerd of gecorrodeerd;

2, Kleine temperatuurweerstandscoëfficiënt, hoge geleidbaarheid, kleine specifieke warmte;

3. Het thermo -elektrische potentiaal dat wordt gegenereerd in de temperatuurmeting moet groot zijn en het thermo -elektrische potentieel is een lineaire of bijna lineaire functie -relatie met enkele waarde met de temperatuur;

4. Het materiaal heeft een goede reproduceerbaarheid,

Hoe installeer je thermokoppel?

In de productie, vanwege verschillende te testen objecten, verschillende omgevingscondities, verschillende meetvereisten en verschillende installatiemethoden van thermische weerstanden en genomen maatregelen, zijn er veel problemen waarmee rekening moet worden gehouden. In principe kan het echter worden overwogen vanuit drie aspecten: nauwkeurigheid van temperatuurmeting, veiligheid en gemak van onderhoud. Om schade aan het temperatuurdetectie -element te voorkomen, moet ervoor worden gezorgd dat het voldoende mechanische sterkte heeft. Om het element tegen slijtage te beschermen, moet een beschermend scherm of buis worden toegevoegd. Om veiligheid en betrouwbaarheid te waarborgen, moet de installatiemethode van het temperatuursensorelement worden bepaald op basis van specifieke omstandigheden, zoals de temperatuur en druk van het te gemeten medium, de lengte van het element, de installatiepositie en de vorm. De volgende zijn enkele voorbeelden om de aandacht te trekken:

Alle temperatuurdetectie -elementen die zijn geïnstalleerd om druk te weerstaan, moeten ervoor zorgen dat hun afdichting. Voor thermokoppels die bij hoge temperaturen werken, moeten ze in het algemeen verticaal worden geïnstalleerd om vervorming van de beschermende buis te voorkomen. Als horizontale installatie nodig is, moet deze niet te lang zijn en moet een beugel worden gebruikt om het thermokoppel te beschermen. Als het temperatuurdetectie -element wordt geïnstalleerd in een pijpleiding met een hoge middelgrote stroomsnelheid, moet het onder een hoek worden geïnstalleerd. Om overmatige erosie te voorkomen, is het het beste om het temperatuurdetectie -element bij de bochten van de pijpleiding te installeren. Wanneer de gemiddelde druk 10 MPa overschrijdt, moet een beschermende huls worden toegevoegd aan het meetelement. De installatielocatie van thermokoppels en thermische weerstanden moet ook rekening houden met voldoende ruimte voor demontage, onderhoud en kalibratie. Thermokoppels en thermische weerstanden met langere beschermende buizen moeten gemakkelijk te demonteren en monteren zijn

Thermokoppel temperatuurmeetmethode

De thermische responstijd is complex en verschillende experimentele omstandigheden kunnen leiden tot verschillende meetresultaten. Dit komt omdat de thermische responstijd wordt beïnvloed door de warmteoverdrachtssnelheid tussen het thermokoppel en het omliggende medium; Een hogere warmteoverdrachtssnelheid resulteert in een kortere thermische responstijd. Om ervoor te zorgen dat de thermische responstijd van thermokoppelproducten vergelijkbaar is, specificeren nationale normen dat de thermische responstijd moet worden gemeten met behulp van een gespecialiseerd waterstroomtestapparaat. Het waterstroomsnelheid moet worden gehouden op 0,4 ± 0,05 m/s, met een begintemperatuur variërend van 5-45 graden en een temperatuurstap van 40-50 graden. Tijdens de test mag de watertemperatuur niet meer dan ± 1% van de temperatuurstap veranderen. Het thermokoppel moet worden ingevoegd tot een diepte van 150 mm of de ontwerpinvoegingsdiepte (welke kleiner is) en dit moet in het testrapport worden opgemerkt.

Omdat het apparaat relatief complex is, hebben slechts enkele eenheden deze apparatuur op dit moment, dus de nationale standaard bepaalt dat de fabrikant en de gebruiker kunnen onderhandelen om andere testmethoden aan te nemen, maar de gegeven gegevens moeten de testomstandigheden aangeven.

Omdat het thermo -elektrische potentieel van type B thermokoppel zeer klein is nabij kamertemperatuur, is de thermische responstijd niet eenvoudig te meten. Daarom bepaalt de nationale standaard dat de thermo -elektrische elektrode -assemblage van dezelfde specificatie van type S -thermokoppel kan worden gebruikt om zijn eigen thermo -elektrische elektrode -assemblage te vervangen, en vervolgens kan de test worden uitgevoerd.

Registreer tijdens het experiment de tijd T0.5 wanneer de uitgang van het thermokoppel verandert in 50% van de temperatuurstapverandering. Noteer indien nodig ook de 10% thermische responstijd T0.1 en de 90% thermische responstijd T0.9. De geregistreerde thermische responstijden moeten het gemiddelde zijn van ten minste drie tests, waarbij elke meting van het gemiddelde met ± 10%afwijkt. Bovendien mag de tijd die nodig is voor de temperatuurstapverandering niet hoger is dan één - tiende van de T0.5 van het geteste thermokoppel. De responstijd van het opname -instrument of meter mag ook niet hoger zijn dan één - tiende van de T0.5 van het geteste thermokoppel.

Hoofdsoorten thermokoppels

1. Classificatie Volgens het type fixeerapparaat als het belangrijkste middel voor temperatuurmeting heeft thermokoppel een breed scala aan gebruik, dus er zijn veel vereisten voor het bevestigen van apparaten en technische prestaties. Daarom zijn de fixeerapparaten van thermokoppel verdeeld in zes typen: geen bevestigingsapparaattype, schroefdraadtype, vast flenstype, beweegbaar flenstype, beweegbare flenshoekliniaaltype, conisch bescherm buistype.

2. Classificatie Volgens assemblage en structuur volgens de prestaties en structuur van thermokoppels, kunnen ze worden verdeeld in: afneembare thermokoppels, explosie - Bewijs thermokoppels, gepantserde thermokoppels en thermokoppels met speciale doeleinden zoals drukveer vaste thermokoppels.

Op welke vereisten moeten worden aandacht besteed bij het installeren van thermokoppel?

Voor de installatie van thermokoppels en weerstandsthermometers moet aandacht worden besteed aan de nauwkeurigheid van temperatuurmeting, veiligheid en betrouwbaarheid en handig onderhoud, en geen invloed hebben op de werking van apparatuur en productieactiviteiten. Om aan de bovenstaande vereisten te voldoen, let bij het selecteren van de installatieonderdelen en invoegdiepte van thermokoppels en weerstandsthermometers op de volgende punten:

1. Om voldoende warmte -uitwisseling tussen het meetuiteinde van het thermokoppel- en weerstandsthermometer en het gemeten medium te garanderen, moet het meetpunt redelijkerwijs worden geselecteerd en moet thermokoppel of weerstandsthermometer zo ver mogelijk worden geïnstalleerd van kleppen, ellebogen en dode hoeken van pijpleidingen en apparatuur.

2. Thermokoppels en thermistors met beschermende mouwen hebben warmteoverdracht en warmtedissipatieverliezen. Om meetfouten te verminderen, moeten thermokoppels en thermistoren voldoende invoegdiepte hebben:

(1) Voor het thermokoppel dat de vloeistoftemperatuur in het midden van de pijpleiding meet, moet deze in het algemeen in het midden van de pijpleiding worden ingebracht (verticale installatie of hellende installatie). Als de diameter van de pijpleiding 200 mm is, moet de invoegdiepte van het thermokoppel of de weerstand worden geselecteerd als 100 mm;

(2) Voor temperatuurmetingen van hoge - temperatuur, hoog - druk en hoge - snelheidsvloeistoffen (zoals hoofdstoomtemperatuur), om de weerstand van de beschermende mouw tegen de vloeistof te verminderen. De diepte van de beschermende huls voor het ondiepe insertie -thermokoppel mag niet minder zijn dan 75 mm wanneer in de hoofdstoompijp wordt geplaatst; De standaardinvoegingsdiepte voor een thermische thermokoppel is 100 mm;

(3) Als het nodig is om de temperatuur van rookgas in de rookkanaal te meten, hoewel de diameter van de rookkanaal 4m is, is de insertiediepte van thermokoppel of weerstand 1 m;

(4) Wanneer de invoegdiepte van het meet origineel meer dan 1 m overschrijdt, moet deze zo ver mogelijk verticaal worden geïnstalleerd of moeten het frame en de beschermende buis worden toegevoegd.

De volgende punten moeten op aandacht worden besteed om het thermokoppel correct te gebruiken om fouten te voorkomen

Juist gebruik van thermokoppel kan niet alleen de temperatuurwaarde nauwkeurig verkrijgen, zorgen voor productkwalificatie, maar bewaar ook het materiaalverbruik van thermokoppel, bespaar beide geld en zorgen voor productkwaliteit. Onjuiste installatie, thermische geleidbaarheid en tijdlagfouten, dit zijn de belangrijkste fouten bij het gebruik van thermokoppel.

1. Fouten geïntroduceerd door onjuiste installatie Als de installatiepositie en het invoegen van de thermokoppel niet nauwkeurig de werkelijke temperatuur van de oven weerspiegelen, moet het thermokoppel bijvoorbeeld niet te dicht bij de deur of verwarmingsgebieden worden geplaatst, en de insertiediepte ten minste 8 tot 10 keer de diameter van de bescherming van de bescherming van de bescherming van de beschermende buik moet zijn. De kloof tussen de beschermende huls van het thermokoppel en de ovenwand is niet gevuld met isolatiemateriaal, waardoor warmte kan ontsnappen of koude lucht de oven binnendringt. Daarom moet de kloof tussen de beschermende huls van het thermokoppel en de ovenwand worden afgesloten met vuurvaste klei of asbesttouw om de convectie van hete en koude lucht te voorkomen, wat de nauwkeurigheid van de temperatuurmeting kan beïnvloeden. Als het koude uiteinde van het thermokoppel te dicht bij het ovenlichaam is, kan de temperatuur meer dan 100 graden overschrijden. De installatie van het thermokoppel moet zoveel mogelijk sterke magnetische velden en elektrische velden vermijden, dus het mag niet in dezelfde leiding worden geïnstalleerd als vermogenskabels om interferentie te voorkomen die fouten kunnen veroorzaken. Het thermokoppel mag niet worden geïnstalleerd in gebieden waar het gemeten medium zeer weinig stroomt. Bij het meten van de temperatuur van het gas in de pijp met een thermokoppel moet het thermokoppel worden geïnstalleerd in de richting tegenover de debiet en moet hij voldoende contact hebben met het gas.

2. Fout geïntroduceerd door isolatie verslechtering als het thermokoppel is geïsoleerd, te veel vuil of zoutresidu op de beschermende buis en trekplaat een slechte isolatie veroorzaakt tussen de thermokoppelpalen en de ovenwand, die ernstiger is bij hoge temperatuur. Dit zal niet alleen het verlies van thermo -elektrisch potentieel veroorzaken, maar ook interferentie introduceren, en de fout die hierdoor wordt veroorzaakt, kan soms honderden graden bereiken.

3. Fout geïntroduceerd door thermische traagheid De thermische traagheid van thermokoppels zorgt ervoor dat de lezing van het instrument achterblijft bij de werkelijke temperatuurveranderingen, wat met name merkbaar is tijdens snelle metingen. Daarom is het raadzaam om thermokoppels te gebruiken met fijnere thermoelementen en kleinere beschermende buisdiameters. Wanneer de meetomgeving het toelaat, kan de beschermende buis worden verwijderd. Vanwege de meetvertraging is de amplitude van temperatuurschommelingen die worden gedetecteerd door thermokoppels kleiner dan die van oventemperaturen. Hoe groter de meetvertraging, hoe kleiner de amplitude van de fluctuaties van het thermokoppel, en hoe groter het verschil met de werkelijke oventemperatuur. Bij het gebruik van thermokoppels met een grote tijdconstante voor temperatuurmeting of controle, kan het instrument minimale temperatuurschommelingen vertonen, maar de werkelijke oventemperatuur kan aanzienlijk variëren. Om een ​​nauwkeurige temperatuurmeting te garanderen, moeten thermokoppels met een kleine tijdconstante worden gekozen. De tijdconstante is omgekeerd evenredig met de warmteoverdrachtscoëfficiënt en recht evenredig met de diameter van het hete uiteinde van het thermokoppel, de dichtheid van het materiaal en de specifieke warmte ervan. Om de tijdconstante te verminderen, naast het vergroten van de warmteoverdrachtscoëfficiënt, is de meest effectieve methode om de grootte van het hot -uiteinde te minimaliseren. In de praktijk worden materialen met een goede thermische geleidbaarheid, dunne buiswanden en kleine binnendiameters meestal gebruikt voor beschermende mouwen. Voor meer precieze temperatuurmetingen worden kale draad thermokoppels zonder beschermende mouwen gebruikt, maar deze kunnen gemakkelijk worden beschadigd en vereisen tijdige kalibratie of vervanging.

4. Thermische weerstandsfout bij hoge temperatuur, als er een laag roet op de beschermende buis is en stof eraan is bevestigd, zal de thermische weerstand toenemen en de warmtegeleiding wordt gehinderd. Op dit moment is de temperatuurindicatie lager dan de werkelijke waarde van de gemeten temperatuur. Daarom moet de externe netheid van de thermokoppel beschermende buis worden gehandhaafd om de fout te verminderen.

De belangrijkste voordelen van thermokoppels

1. Hoge meetnauwkeurigheid. Omdat het rechtstreeks in contact staat met het gemeten object, wordt het niet beïnvloed door het tussenliggende medium.

2. breed meetbereik. Gemeenschappelijke thermokoppels kunnen continu worden gemeten van -50 graden-1600 graden, en sommige speciale thermokoppels kunnen worden gemeten als laag AS-269 graden (zoals gouden ijzeren nikkelchroom) en zo hoog als 2800 graden (zoals Tungsten, Rhenium).

3. Eenvoudige structuur en gemakkelijk te gebruiken. Thermokoppels zijn meestal samengesteld uit twee verschillende metalen draden en worden niet beperkt door grootte en begin. Ze hebben een beschermende mouw aan de buitenkant, waardoor ze erg handig zijn om te gebruiken.

Wat zijn de toekomstige trends en applicatievelden van thermokoppel?

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 flexible, Thin - film thermokoppels (zoals gedrukte elektronica). Supergeleidende materialen met hoge temperatuur: het verkennen van stabiele temperatuurmeetschema's in extreme omgevingen (zoals ruimtevaart- en kernreactoren). Intelligente en geïntegreerde ingebedde signaalverwerking: geïntegreerde miniatuurversterker en digitale compensatiecircuit, directe uitvoer van digitaal signaal, verminderen externe interferentie. IoT Fusion: Monitoring op afstand via draadloze transmissie (zoals Lora, NB - IoT) ter ondersteuning van Industry 4.0 en Smart City -applicaties. Zelf - aangedreven systeem: het seebeck -effect van thermokoppels gebruiken om laag - vermogensapparaten (zoals draadloze sensorknooppunten) te voeden. Optimalisatie van nauwkeurigheid en betrouwbaarheid AI -kalibratietechnologie: via machine learning om dynamisch te compenseren voor niet -lineaire fouten en veroudering, verlengt de levensduur. Multi {- sensorfusie: gecombineerd met infrarood, rtd, enz., Om de betrouwbaarheid van de meting in complexe omgeving te verbeteren. Lage kosten- en standaardisatiemems Proces: Grote - Schaalproductie van micro -elektromechanische systemen verlaagt de kosten van micro -thermokoppels en breidt consumententoepassingen uit. Internationale standaard unificatie: aanpassen aan de wereldwijde supply chain, vereenvoudigt het selectie- en onderhoudsproces.

2, Opkomende toepassingsvelden nieuwe energie- en koolstofneutraliteit fotovoltaïsche en energieopslag: temperatuur van het zonnepaneel (om het hotspot -effect te voorkomen) en thermisch beheer van energieopslagsystemen. Waterstofergie: hoge druk van de waterstofproductie en temperatuurmonitoring van brandstofcelstapels. Nucleaire fusie: extreme hoge temperatuurmetingen voor toekomstige reactoren (zoals wolfraam- en rhenium -thermokoppels). High {- Eindproductie en automatisering Semiconductor Manufacturing: Precisietemperatuurregeling van waferverwerking en etsapparatuur (millisecond respons vereist). Additieve productie: real - Tijdfeedback van de temperatuur van de smeltpool in 3D -printproces om de vormkwaliteit te optimaliseren. ROBOT: COLLABORATIEVE ROBOT JOINT BESCHRITENDE BESCHERMING. Biomedische en gezondheidsminimaal invasieve chirurgie: ultrafijne thermokoppels zijn geïntegreerd in een katheter of endoscoop om de weefseltemperatuur in realtime te controleren. Draagbare apparaten: continue monitoring van veranderingen in lichaamstemperatuur (zoals behoeften aan gezondheidsbeheer na de epidemie). Therapie lage temperatuur: precieze temperatuurregeling tijdens vloeibare stikstofcryotherapie. Aerospace en Defense Supersonic Aircraft: Aerodynamische verwarmingsmonitoring van de oppervlakte (materialen die resistent zijn tegen meer dan 2000 ° C vereist). Satelliet thermische controle: betrouwbaarheidsverbetering in de extreme temperatuuromgeving van de ruimte. Motor Health Management: Turbine Blade Temperatuurverdeling Monitoring. Smart home en consumentenelektronica smart home apparaten: precieze temperatuurregeling van ovens, koffiemachines en andere huishoudelijke apparaten. AR/VR -apparaten: voorkom dat oververhitting van processor de gebruikerservaring beïnvloedt. Milieu en landbouw Slimme landbouw: monitoring van kas en bodemtemperatuur. Geothermische verkenning: diepe puttemperatuurmeting om de ontwikkeling van energie te ondersteunen.

samenvatten

De toekomst van thermokoppels zal zich richten op drie belangrijke gebieden: hoog - prestatiematerialen, intelligentie en kruis - domeinintegratie. Ze zullen blijven doordringen op hoge - eindsectoren zoals nieuwe energie, gezondheidszorg en ruimtevaart en de consumentenmarkt betreden naarmate de kosten dalen. Hun kernvoordelen - Eenvoudige structuur, geen voedingsvereiste en hittebestendigheid - zorgen voor hun onervangbaarheid, maar ze moeten zich ook ontwikkelen met opkomende sensortechnologieën.