Termoelementerne De er enheder, der er meget udbredt i industrien til temperaturmåling. Takket være deres alsidighed, lave omkostninger og robusthed er termoelementer blevet en af de mest populære muligheder for nøjagtig overvågning og måling af temperatur i en række forskellige miljøer. Dens design og drift er baseret på simple fysiske principper, men med anvendelser lige fra industrielle processer til videnskabelig forskning.
Der er flere typer af termoelementer, hver designet til forskellige temperaturområder og miljøforhold. I denne artikel vil vi gå i dybden med de forskellige typer termoelementer, deres anvendelser, nøglefunktioner og hvordan man vælger den bedst egnede baseret på miljøet og det specifikke målebehov.
Hvad er et termoelement?
Un termoelement Det er en sensor, der måler temperatur gennem sammenkobling af to forskellige metalliske ledere. Disse ledere genererer en spænding, der varierer med temperaturforskellen mellem enderne af sensoren, hvilket gør det muligt at bestemme den nøjagtige temperatur ved målepunktet. Dette fænomen kaldes Seebeck effekt, som er grundlaget for driften af termoelementer.
Driftsprincip
Som vi nævnte, er termoelementet baseret på Seebeck effekt. Når to metaller bringes i kontakt og udsættes for en temperaturforskel, genererer de en spænding. Den ene ende af termoelementet er i kontakt med objektet, hvis temperatur måles (den varm binding), mens den anden ende holdes ved en kendt temperatur, såsom stuetemperatur (den kold forening).
Denne genererede spænding konverteres til en nyttig temperaturaflæsning. Det er vigtigt at bemærke, at udgangssignalet fra termoelementer er meget lille, normalt i millivolt, så et forstærkningskredsløb er nødvendigt for at oversætte dette signal til en håndterbar figur.
Typer af termoelementer
Der findes flere typer termoelementer afhængigt af de materialer, der udgør lederne, og hver type har unikke egenskaber med hensyn til temperaturområde og nøjagtighed. Nedenfor beskriver vi de mest almindelige.
Type K termoelement
K-type termoelement Det er det mest almindelige i branchen. Den består af en kombination af nikkel-chrom (Chromel®) som et positivt element og nikkel-aluminium (Alumel®) som et negativt element. Den er ideel til måling af temperaturer i et bredt område fra -200°C til 1250°C.
Denne type termoelement er især nyttig i miljøer, hvor der forekommer oxiderende og høje temperaturer. Dens lave pris og holdbarhed gør det til en fremragende mulighed for udbredte industrielle applikationer.
J type termoelement
J type termoelement Det er kendt for dets brug i miljøer, hvor temperaturer varierer fra -210°C til 760°C. Den er sammensat af jern som positiv dirigent og konstantan (en kobber-nikkel-legering) som en negativ leder.
Det er et af de billigere termoelementer og er velegnet til miljøer, der ikke overstiger 760°C, da jern oxiderer hurtigt ved højere temperaturer. Derfor er den ideel til applikationer, der kræver en billig sensor og moderate temperaturer.
T-type termoelement
El T-type termoelement Den er fremragende til lavtemperaturmålinger, såsom dem der spænder fra -200°C til 350°C. Dens drivere består af kobber på den positive side og konstantan på den negative side. Det er en af de bedste med hensyn til stabilitet og præcision, når du arbejder i ikke-ekstremt kryogene eller atmosfæriske områder.
Termoelementer af ædelmetal: typer R, S og B
disse typer af termoelementer De er hovedsageligt lavet af ædle metaller såsom platin, hvilket gør dem ideelle til applikationer, der kræver måling af meget høje temperaturer, op til 1700°C. De er meget præcise og stabile, men også dyre.
Type R termoelement bruger en kombination af platin-rhodium som chauffører. Den er velegnet til temperaturer op til 1450°C og er meget stabil, hvilket gør den velegnet til laboratorier og højpræcisionsmiljøer.
El type S termoelement Den ligner type R, men dens platin-rhodium-forhold er lidt anderledes, hvilket gør den velegnet til applikationer, der kræver et højt niveau af stabilitet og holdbarhed.
Type B termoelement Den udmærker sig ved sin evne til at måle ekstremt høje temperaturer, op til 1700°C, uden behov for kompensation i det kolde kryds op til 50°C. Dette gør det nyttigt i højrisiko industrielle applikationer og fjendtlige miljøer.
N type termoelement
El N type termoelement Den blev udviklet som en udvikling af type K, og er kendetegnet ved dens større modstandsdygtighed over for oxidation og stabilitet ved høje temperaturer. Det bruger legeringer af nicrosil y nisil, hvilket gør det muligt at arbejde i områder på op til 1280°C.
Denne type termoelement er et ideelt valg til applikationer, der kræver høj modstand mod termisk nedbrydning og langvarig holdbarhed.
Termoelement fejlområder og grænser
IEC 60584-1-standarden etablerer forskellige temperaturområder og fejlgrænser for hver type termoelement. Selvom de varierer afhængigt af trådens diameter og de miljømæssige forhold, kan følgende i store træk defineres:
- Type J: -210°C til 760°C, med en fejl på ±2.2°C eller ±0.75 %
- Type K: -200°C til 1250°C, med en fejl på ±2.2°C eller ±0.75 %
- T type: -200°C til 350°C, med en fejl på ±1.0°C eller ±0.75 %
- Type N: -200°C til 1280°C, med en fejl på ±2.2°C eller ±0.75 %
Hvordan vælger man det rigtige termoelement?
Vælg passende termoelement Det afhænger af flere faktorer, såsom det temperaturområde, du vil måle, det miljø, som sensoren skal bruges i, og det tilgængelige budget. Det er vigtigt at overveje aspekter som:
- Maksimum og minimum temperatur: Hver type termoelement har et specifikt driftsområde.
- Entorno de operación: Oxiderende, reducerende, kryogene atmosfærer osv. kan påvirke sensorens holdbarhed.
- Kemisk resistens: Nogle materialer er mere modtagelige for korrosion, hvilket vil påvirke sensorens levetid.
- Præcision: Jo større præcision, stiger omkostningerne generelt, så det er en faktor at balancere med funktionalitet.
Almindelige applikationer
masse termoelementer De bruges i millioner af applikationer i en række forskellige industrier på grund af deres alsidighed og robusthed. Nogle eksempler omfatter:
- kraftværker hvor temperaturerne på turbiner og andre kritiske komponenter overvåges.
- Forskningslaboratorier hvor der kræves stor præcision ved måling ved ekstreme temperaturer, både høje og lave.
- Industrielle processer såsom fabriksautomatisering, hvor behovet for termisk overvågning er konstant.
Fordele og ulemper ved termoelementer
På trods af at det er meget udbredt, er ikke alle miljøer egnede til termoelementer. Lad os analysere dens styrker og svagheder.
Advantage
- Robust og holdbar selv under ekstreme forhold.
- Lavpris sammenlignet med andre sensorer såsom RTD'er.
- Brede temperaturområder, fra kryogene applikationer til højtemperaturkontrakter.
Ulemper
- Begrænset præcision sammenlignet med mere avancerede teknologier såsom FTU'er.
- Følsomhed over for elektrisk støj, især ved lange kabeltræk.
- Skal implementeres koldkrydskompensation for at opnå nøjagtige aflæsninger.
Når man forsøger at vælge et passende termoelement til en bestemt anvendelse, er det vigtigt at tage alle disse faktorer i betragtning, idet man afvejer de fordele, det tilbyder, såsom dets lave omkostninger og brede driftsområde, mod dets begrænsninger i nøjagtighed og følsomhed over for miljøet. . Termoelementer er fortsat en af de mest effektive og alsidige løsninger til temperaturmåling i meget krævende industrielle applikationer.