Princip fungování termočlánku: popis, zařízení, obvod

Princip fungování a termočlánky zařízení jsou velmi jednoduché. To vedlo k popularitě tohoto zařízení a široké aplikaci ve všech odvětvích vědy a techniky. Termočlánek je určen pro měření teplot v širokém rozsahu - od -270 do 2500 stupňů Celsia. Zařízení bylo po desetiletí nepostradatelným pomocníkem inženýrů a vědců. Pracuje spolehlivě a spolehlivě a hodnoty teploty jsou vždy pravdivé. Složitější a přesnější nástroj jednoduše neexistuje. Všechna moderní zařízení fungují na principu termočlánků. Pracujte v obtížných podmínkách.

Účel termočlánku

Toto zařízení převádí tepelnou energii na elektrický proud a umožňuje měřit teplotu. Na rozdíl od tradičních ortuťových teploměrů je schopen pracovat v extrémně nízkých a extrémně vysokých teplotách. Tato funkce vedla k rozšířenému použití termočlánků v nejrůznějších zařízeních: průmyslové metalurgické plynové kamny kotle, vakuové komory pro chemické tepelné zpracování, plynové sporáky pro domácnost. Princip fungování termočlánku zůstává vždy nezměněn a nezávisí na zařízení, v němž je namontován.

Provoz systému nouzového vypnutí zařízení v případě překročení povolených teplotních limitů závisí na spolehlivém a nepřerušovaném provozu termočlánku. Proto musí být toto zařízení spolehlivé a poskytnout přesné údaje, aby nedošlo k ohrožení života lidí.

Princip principu termočlánku

Termočlánek má tři hlavní prvky. Jedná se o dva vodiče elektřiny z různých materiálů, stejně jako ochranná trubka. Dva konce vodičů (také nazývané termoelektrody) jsou připájeny a další dva jsou připojeny k potenciometru (zařízení pro měření teploty).

Jednoduchým způsobem princip fungování termočlánku spočívá v tom, že spojení termoelektrod je umístěno na médium, jehož teplota má být měřena. Podle pravidla Seebeck se na vodičích vyskytuje potenciální rozdíl (jinak termoelektrická). Čím vyšší je teplota média, tím výraznější je rozdíl potenciálu. V důsledku toho se jehla nástroje více vychýlí.

V moderních komplexech měření digitální teplotní indikátory nahradily mechanické zařízení. Zdá se však, že nové zařízení v jeho charakteristikách nepřekračuje staré zařízení ze sovětské éry. Na technických univerzitách, a dokonce i ve výzkumných institucích, dodnes používají potenciometry 20-30 let. A projevují úžasnou přesnost a stabilitu měření.

Seebeck efekt

Princip fungování termočlánku je založen na tomto fyzickém jevu. Dole je to: pokud připojujete dva vodiče z různých materiálů (někdy se používají polovodiče), pak tento proud bude proudit tímto elektrickým obvodem.

Pokud se tedy spojení vodičů zahřeje a ochladí, potom se bude potenciometrová jehla kmitávat. Galvanometr připojený k okruhu může také umožnit detekci proudu.

V takovém případě, pokud jsou vodiče vyrobeny ze stejného materiálu, nedojde k elektromotorické síle, resp. Nebude možné měřit teplotu.

Schéma připojení termočlánku

Nejčastější způsoby připojení měřicí přístroje na termočlánky jsou takzvané jednoduché metody, stejně jako diferencované. Podstata první metody je následující: zařízení (potenciometr nebo galvanometr) je přímo spojeno se dvěma vodiči. S diferencované metody nikoli jeden, ale dva konce vodičů jsou pájeny, zatímco jedna z elektrod je "rozbitá" měřicím zařízením.

Nemluvě o takzvaném dálkovém způsobu připojení termočlánku. Princip fungování zůstává nezměněn. Jediným rozdílem je, že do okruhu jsou přidány prodlužovací vodiče. Pro tyto účely nebude běžná měděná šňůra fungovat, protože vyrovnávací vodiče musí být nutně vyrobeny ze stejných materiálů jako termočlánkové vodiče.

Vodivé materiály

Princip fungování termočlánku je založen na výskytu potenciálního rozdílu ve vodičích. Výběr elektrodových materiálů proto musí být velmi zodpovědný. Rozdíl v chemických a fyzikálních vlastnostech kovů je hlavním faktorem při provozu termočlánku, jehož zařízení a princip fungování jsou založeny na výskytu samočinně indukovaného emf (potenciálního rozdílu) v obvodu.

Technicky čisté kovy nejsou vhodné pro použití jako termočlánek (s výjimkou železa ARMKO). Různé slitiny neželezných a vzácných kovů se běžně používají. Tyto materiály mají stabilní fyzikálně-chemické vlastnosti, takže hodnoty teploty budou vždy přesné a objektivní. Stabilita a přesnost - klíčové vlastnosti při organizaci experimentu a výrobního procesu.

V současnosti jsou nejběžnější termočlánky následujících typů: E, J, K.

Termočlánek typu E

Constantan a chromel jsou používány jako materiály pro vodiče. Výrobky tohoto typu se osvědčily z hlediska spolehlivosti a přesnosti označení. Důkazem toho - mnoho pozitivní zpětné vazby od odborníků. Tato kompozice však dokládá přesnost měření pouze v pozitivním teplotním rozmezí až do 600 stupňů Celsia.

J termočlánku

Podle principu fungování se termočlánek neliší od předchozího. Nicméně, chromel udělal cestu k technicky čisté železo, který umožnil výrazně rozšířit rozsah provozní teploty při zachování stability indikací. To se pohybuje od -100 do 1200 stupňů Celsia.

K typu termočlánku

To je možná nejběžnější typ termočlánku používaného v celém rozsahu. Pár chromel - hliník pracuje dobře při teplotách od -200 do 1350 stupňů Celsia. Tento typ termočlánku je vysoce citlivý a zachytí i mírný teplotní skok. Díky tomuto souboru parametrů se termočlánek používá jak ve výrobě, tak pro vědecký výzkum. Má však také významnou nevýhodu - vliv složení pracovní atmosféry. Takže pokud tento typ termočlánku bude pracovat v prostředí CO ₂ , potom termočlánek bude chybně číst. Tato funkce omezuje použití tohoto typu zařízení. Schéma a princip fungování termočlánku zůstávají nezměněny. Jediný rozdíl je v chemickém složení elektrod.

Test termočlánku

V případě selhání termočlánku se nedaří opravit. Teoreticky ho můžete samozřejmě opravit, ale zda zařízení po tom ukáže, že přesná teplota je velkou otázkou.

Někdy selhání termočlánku není zřejmé a zřejmé. Zejména se to týká plynové sloupy. Princip fungování termočlánku je stejný. Ovšem má poněkud jinou roli a není určen k vizualizaci hodnot teploty, ale k ovládání ventilů. Aby bylo možné detekovat poruchu takového termočlánku, je proto nutné k němu připojit měřidlo (tester, galvanometr nebo potenciometr) a ohřívat spojení termočlánku. Proto není nutné ho udržovat nad otevřeným ohněm. Stačí jen držet ji v pěst a zjistit, jestli se jehla přístroje odkloní.

Důvody selhání termočlánků se mohou lišit. Pokud tedy na termočlánku, který je umístěn ve vakuové komoře jednotky s iontovým plazmovým nitridátorem, nepoužíváte speciální ochranný přístroj, pak se časem stává křehčí, dokud se jeden z vodičů nerozbije. Kromě toho není vyloučena pravděpodobnost selhání termočlánku kvůli změnám v chemickém složení elektrod. Koneckonců jsou porušeny základní principy termočlánkového provozu.

Plynové zařízení (kotle, sloupy) je také vybaveno termočlánky. Hlavním důvodem selhání elektrod jsou oxidační procesy, které vznikají při vysokých teplotách.

V případě, kdy jsou čtení přístroje zjevně nepravdivé, a během externího vyšetření nebyly detekovány slabé svorky, důvodem je pravděpodobně selhání měřidla. V takovém případě musí být vrácena k opravě. Pokud máte příslušnou kvalifikaci, můžete se pokusit problém vyřešit sami.

Každopádně, pokud potenciometr nebo digitální indikátor vykazují alespoň některé "známky života", termočlánek je neporušený. V tomto případě problém, samozřejmě, spočívá v něčem jiném. A pokud zařízení neodpovídá na zjevné změny teploty, můžete termočlánek bezpečně měnit.

Nicméně před odstraněním termočlánku a vložením nového, musíte být zcela přesvědčeni o jeho poruše. K tomu je dostačující zvonit termočlánek pomocí běžného testeru a dokonce i lepší měřit výstupní napětí. Pouze obyčejný voltmetr je nepravděpodobné, že zde pomůže. Budete potřebovat milivoltmetr nebo tester s možností výběru měřicí stupnice. Koneckonců, potenciální rozdíl je velmi malá hodnota. A standardní zařízení nebude ani cítit a nebude to opravit.

Výhody termočlánku

Proč v dlouhodobé historii provozu termočlánky nebyly nahrazeny sofistikovanějšími a modernějšími snímači měření teploty? Ano, z toho prostého důvodu, že zatím s ním nemůže soutěžit žádné jiné zařízení.

Zaprvé termočlánky jsou poměrně levné. Přestože ceny mohou kolísat v širokém rozmezí v důsledku použití určitých ochranných prvků a ploch, konektorů a konektorů.

Za druhé, termočlánky se vyznačují nenáročností a spolehlivostí, což jim umožňuje úspěšně pracovat v agresivních teplotních a chemických prostředích. Taková zařízení jsou instalována i v plynové kotle. Princip činnosti Termočlánek zůstává nezměněn, bez ohledu na provozní podmínky. Ne každý snímač jiného typu může vydržet podobný efekt.

Technologie výroby a výroby termočlánků je v praxi jednoduchá a snadno realizovatelná. Zhruba řečeno, stačí jen zkroucit nebo svařit konce drátu z různých kovových materiálů.

Další pozitivní charakteristikou je přesnost měření a slabá chyba (pouze 1 stupeň). Tato přesnost je více než dostatečná pro potřeby průmyslové výroby a pro vědecký výzkum.

Nevýhody termočlánků

Nedostatky termočlánků nejsou tolik, zvláště ve srovnání s jejich nejbližšími konkurenty (teplotní čidla jiných typů), ale stále existují a bylo by nespravedlivé mlčet o nich.

Rozdíl potenciálu je tedy měřen v milivoltách. Proto je nutné používat velmi citlivé potenciometry. A pokud se domníváte, že ne vždy mohou být měřicí přístroje umístěny v bezprostřední blízkosti místa pro sběr experimentálních dat, musíte použít některé zesilovače. To přináší řadu nepříjemností a vede k zbytečným nákladům při organizaci a přípravě výroby.