Що таке термопара
Термопара міряє температуру, створюючи власну напругу. Два різнорідні метали, з'єднані в одній точці, дають малу різницю потенціалів, коли цей спай має іншу температуру, ніж інший кінець проводів, а величина цієї напруги йде за опублікованою кривою для взятої пари металів. Сенсору не треба нічого подавати, щоб він працював, і саме ця властивість визначає, де термопари застосовують: на верхівці температурного діапазону, у найменших точках вимірювання і на машинах, де елемент опору не вижив би.
Літерні типи це скорочення для цих пар металів. Тип K це універсальний робочий кінь від помірного до високого діапазону, тип J обслуговує старіше обладнання, тип T покриває низькі температури й холод, тип E дає найвищу чутливість серед пар з неблагородних металів, тип N розроблено заради кращої стабільності за високих температур, а типи R, S і B використовують платину й родій для найвищих діапазонів і найвимогливіших завдань. Вибір між ними це вибір діапазону, чутливості, атмосфери й ціни, і він фіксує, на що має бути налаштований приймальний прилад.
По термопару йдуть у двох ситуаціях, які виглядають різними, але є однією проблемою. Перша це температура за межами того, що витримує елемент опору, типово вище 500 °C і неодмінно вище 850 °C. Друга це точка вимірювання, надто мала, надто швидка або надто незручна для занурюваного зонда: циліндр литтєвої машини, нагрівний пояс, корпус підшипника, вихідний газохід, скляна чи керамічна поверхня. В обох випадках вирішальним зазвичай є механіка, а не елемент.
Один вузол термопари відрізняється від іншого рідко літерою. Його відрізняють форма спаю, матеріал і діаметр чохла, те, як зонд притиснуто до процесу, і те, як оброблено холодний спай на дальньому кінці. Ці чотири рішення задають швидкодію, строк служби й фактичну похибку вимірювання, і саме їх варто з'ясувати до розмови про ціну.
Як термопара вимірює
Ефект названо за Зеебеком. Там, де два різнорідні метали зустрічаються, різниця температур між цим спаєм та іншими кінцями проводів жене малий струм, і напруга, що виникає, приблизно пропорційна різниці температур у обмеженій смузі. Вона не пропорційна в усьому діапазоні, тому кожен літерний тип має власний поліном і тому приладу треба сказати, який тип він читає. Сигнал термопари до того ж малий: десятки мікровольт на градус для поширених пар з неблагородних металів і лише кілька мікровольт на градус для платинових.
Оскільки напруга виникає між вимірювальним спаєм і клемами, де закінчуються проводи, температура цих клем є частиною вимірювання. Рішення це компенсація холодного спаю: прилад міряє температуру на власних клемах і додає відповідну напругу назад, щоб відлік відображав лише вимірювальний спай. Компенсація не є необов'язковою і не є вдосконаленням. Без неї термопара повідомляє різницю двох температур, і лише одна з них потрібна.
Той самий принцип обмежує проводку. Кожне місце, де термопарний провід зустрічає мідь, саме є термопарним спаєм, тому коло треба збирати відповідним термопарним проводом, а де його подовжують, то компенсаційним або подовжувальним кабелем того самого типу і з роз'ємами з тих самих сплавів. Мідна клемна колодка між зондом і приладом не стільки розриває вимірювання, скільки вставляє ще два спаї з невідомими температурами, і внесена ними похибка є фіксованою і легко сплутується з дрейфом сенсора.
Для самого спаю випливають два наслідки. Заземлений спай приварений до чохла, що дає швидку реакцію, бо і тепло, і струм проходять легко, але й з'єднує вимірювальне коло з усім, чого торкається чохол; на заземленому металі цей шлях може бути джерелом шуму або блукаючого струму. Незаземлений спай ізолює вимірювальну точку всередині чохла, що відокремлює коло ціною швидкодії. Відкритий спай ще швидший, і його застосовують там, де середовище не корозійне і його не треба відгороджувати.
Варіанти конфігурації
Більшу частину специфікації визначають саме ці рішення, а не клас похибки. Кожне обмежує наступне, тому їх узгоджують по порядку.
| Рішення | Варіанти на вибір | Що це насправді визначає |
| Градація | K, J, T, E, N, R, S або B та відповідний подовжувальний кабель | Придатний діапазон, чутливість у мікровольтах на градус, атмосферу, яку пара витримує, і те, на що має бути налаштований приймальний прилад. Це єдине рішення, яке робить відлік просто неправильним, якщо його ухвалити помилково. |
| Форма спаю | Заземлений, незаземлений або відкритий; спай може бути приварений або бути частиною підпружиненого контакту | Швидкодію, електричну ізоляцію між вимірювальним колом і машиною та те, наскільки спай захищений від середовища. |
| Чохол і діаметр | Нержавна сталь, інконель, кераміка або плетений мінерально-ізольований кабель, діаметром від менш ніж міліметра до кількох міліметрів | Як швидко реагує вузол і що він витримує. Масивний чохол із корозійностійкого сплаву служить довго і реагує як чохол, а не як спай усередині нього. |
| Спосіб кріплення зонда | Пружинний затискач, різьбова головка, затискне з'єднання, приварна площадка або голий наконечник об поверхню | Тиск контакту й глибину занурення, які разом визначають, чи бачить спай температуру процесу, чи температуру кронштейна, що його тримає. |
| Обробка холодного спаю | Клемна головка на зонді, перетворювач на зонді або компенсаційний кабель до приладу | Де відбувається компенсація і скільки коштує лінія. Передавання сигналу на зонді переводить малу напругу в сигнал кола раніше, ніж вона встигне зібрати завади. |
| Кількість точок вимірювання | Один зонд на канал або мультиплексована вхідна карта | Чи потрібна кожній точці власний канал приладу і власна компенсація, що на багатоточковій машині часто становить більшу частину вартості. |
Як вибрати термопара
| Чинник | Як це з'ясувати | Чому це визначає відповідь |
| Верх діапазону температур | Візьміть нормальну робочу температуру і додайте перерегулювання, яке процес справді дає, а не те, яке має давати контур. | Від неї залежать і літерний тип, і матеріал чохла. Пара з неблагородних металів, обрана заради економії, перестає бути правильною відповіддю значно нижче надрукованого для неї діапазону, щойно враховано атмосферу. |
| Атмосфера | Опишіть, у чому стоїть зонд: повітря, димові гази, розплавлений метал, вакуум, відновне чи окисне середовище або гаряча поверхня в нерухомому повітрі. | Тип K схильний до дрейфу у відновній атмосфері й до ефекту ближнього впорядкування приблизно від 250 до 550 °C; тип N розробляли частково як відповідь на це. Платинові типи є відповіддю за високих температур, але не застраховані від забруднення. |
| Потрібна швидкодія | Вирішіть, чи відлік має йти за змінним процесом, чи він завжди є усталеним значенням. | Тонкий чохол, заземлений або відкритий спай і мала маса наконечника скорочують реакцію, і кожне з цього міняє захист чи ізоляцію на швидкість. Повільний вузол на циклічному процесі показує середнє, якого ніхто не просив. |
| Електричне оточення | Скажіть, чи зонд закріплений на заземленому металі і чи поруч є перетворювачі частоти або нагрівачі. | Сигнал у мікровольтах збирає завади, від яких коло 4-20 mA лише знизує плечима. Екранований або плетений провід і незаземлений спай є звичною відповіддю, а передавання сигналу на зонді є повнішою. |
| Відстань до приладу | Виміряйте лінію, а тоді вирішіть, де має бути холодний спай. | Компенсаційний кабель дорожчий за мідний і має власний допуск, тому довгій лінії зазвичай краще дати перетворювач на зонді, ніж тягнути довгий компенсаційний провід до диспетчерської. |
| Чи має відлік бути доказовим | Спитайте, чи значення друкуватимуть, чи його перевірятимуть під час аудиту, чи його використовуватимуть для випуску партії. | Гола термопара не несе простежуваного калібрування, якщо його не надано разом із нею. Там, де число треба захищати, вузол потребує задокументованого допуску і шляху до повторної перевірки. |
Найближчі альтернативи
Це типи, якими зазвичай виявляється запит на термопара, і точка, у якій вибір справді визначається.
| Найближча альтернатива | Чим вона відрізняється від термопари |
| Термопари типу K | Окремий літерний тип, а не вся родина. Його варто брати там, де універсальна пара покриває і діапазон, і атмосферу, і варто уникати там, де процес лежить у зоні впорядкування або працює у відновним середовищі. |
| Температурні сенсори опору | Міряє опір, а не створює напругу, тому потребує струму збудження і дає повільніший, більший і узгодженіший сигнал. Там, де температура в межах діапазону платинового елемента і відлік має узгоджуватися між приладами, сенсор опору є кращим приладом, а термопара йому не рівноцінна. |
| Термоперетворювачі опору | Голий елемент опору або чутлива частина, поставлена як деталь із виводами, а не як змонтований вузол із приєднанням до процесу. Їх беруть тоді, коли корпус і приєднання покупець робить сам. |
| Перетворювачі температури | Сам нічого не міряє. Він читає термопару і перетворює малу напругу в сигнал кола до того, як вона піде далі, і саме так термопару зазвичай підключають, коли прилад стоїть далі ніж кілька метрів. |
| Інфрачервоні термометри | Читають поверхню без контакту, тому можуть міряти рухомий або недоступний об'єкт, до якого жоден зонд не дістанеться. Вони міряють поверхню, а не об'єм, і випромнювальну здатність треба знати, тому вони доповнюють термопару, а не замінюють її. |
| Регулятори температури | Приймає сигнал термопари й веде нагрівач або охолоджувач до уставки. Це той прилад, до якого зонд підключено на машині, і саме його треба налаштувати на той самий літерний тип. |
Літерний тип це те, що в запиті називають першим, і те, що вирішує найменше. Форма спаю, чохол і спосіб кріплення зонда визначають, чи працює вимірювання.
Що додати до запиту
Перша відповідь може бути пропозицією, а не набором запитань, якщо запит містить ці дані. Якщо цифра невідома, надішліть опис задачі, і ми підтвердимо, що з нього випливає.
- Потрібна градація або діапазон температур і атмосфера, якщо тип ще відкритий
- Нормальна робоча температура і найвищий вихід, якого вона сягає
- Атмосфера або середовище, яке бачить зонд, і те, чи воно корозійне чи відновне
- Спосіб кріплення зонда: пружинний затискач, різьба, затискне з'єднання або контакт із поверхнею
- Діаметр, довжина й глибина занурення зонда та місце, доступне в точці вимірювання
- Форма спаю, заземлений чи незаземлений, з причиною, якщо один із них указано
- Довжина виводів або подовження і тип кабелю, який уже використовують
- Як далеко стоїть прилад і чи потрібні перетворювач або клемна головка
- Потрібна застосуванню швидкодія
- Кількість, порт призначення та потрібна дата постачання