Tipus i principis de treball dels termoparells

Tipus i principis de treball dels termoparells
Principi de treball del termopar:
Quan dos conductors diferents i semiconductors A i B formen un circuit amb els seus dos extrems connectats entre ells, sempre que la temperatura als dos nodes sigui diferent, amb un extrem amb una temperatura de T, anomenat extrem o extrem calent, i l’altre extrem amb una temperatura de TO, anomenada extrem lliure (també coneguda com a extrem de referència) o extrem fred, un corrent es genera al circuit, i a la força electromotora present a la circuit que es crida a la circuit que es crida a la circuit que es crida a la circuit. potencial. El fenomen de generar força electromotriu a causa de les diferències de temperatura s’anomena efecte Seebeck. Hi ha dos efectes relacionats amb Seebeck: en primer lloc, quan un corrent flueix a través de la connexió entre dos conductors diferents, la calor s’absorbeix o s’allibera (depenent de la direcció del corrent), que s’anomena efecte Peltier; En segon lloc, quan un corrent flueix a través d’un conductor amb un gradient de temperatura, el conductor s’absorbeix o allibera calor (depenent de la direcció del corrent respecte al gradient de temperatura), conegut com a efecte Thomson. La combinació de dos conductors o semiconductors diferents s’anomena termopar. El potencial termoelèctric EAB (T, T 0) d'un termopar està compost per potencial de contacte i potencial termoelèctric. El potencial de contacte es refereix al potencial elèctric generat al punt de contacte entre dos conductors o semiconductors diferents, que està relacionat amb les propietats dels dos conductors o semiconductors i la temperatura al punt de contacte. El potencial termoelèctric fa referència al potencial generat a dos extrems del mateix conductor o semiconductor a diferents temperatures. Aquest potencial només està relacionat amb les propietats del conductor o semiconductor i la temperatura als dos extrems, i és independent de la longitud, la mida transversal i la distribució de la temperatura al llarg de la direcció de longitud del conductor. Tant el potencial de contacte com el potencial termoelèctric es generen a causa dels diferents nombres d’electrons concentrats en els punts finals del contacte, i el potencial termoelèctric mesurat per un termopar és una combinació dels dos. Quan el circuit està desconnectat, hi ha una diferència de força electromotriu △ V entre els punts A i B desconnectats, la polaritat i la magnitud de la qual són consistents amb el potencial termoelèctric del circuit. I s’estipula que a l’extrem fred, quan el corrent flueix de A a B, A s’anomena elèctrode positiu i B és l’elèctrode negatiu. Els experiments han demostrat que quan Δ V és petit, Δ V és directament proporcional a Δ T. El potencial termoelèctric diferencial de Δ v vers Δ t es defineix com a taxa de potencial termoelèctric, també conegut com a coeficient de Seebeck. El signe i la magnitud del coeficient de Seebeck depenen de les propietats termoelèctriques dels dos conductors que formen la termopar i la diferència de temperatura a la unió. Tipus de termoparells
Els termoparells d'ús comú es poden dividir en dues categories: termoparells estàndard i termoparells no estàndard. L’anomenada termopar estàndard fa referència a un termopar que té un estàndard nacional que especifica la relació entre el seu potencial i la seva temperatura termoelèctrics, permet errors i té una escala estàndard unificada. Té un instrument de visualització que coincideix per a la selecció. Els termoparells no estandarditzats no són tan utilitzats àmpliament ni del mateix ordre de magnitud que els termoparells estandarditzats, i generalment no tenen una taula de calibració unificada. S’utilitzen principalment per a mesures en determinades ocasions especials. Des de l’1 de gener de 1988, tots els termoparells i termistors de la Xina s’han produït d’acord amb els estàndards internacionals d’IEC i set termocopis estandarditzades, a saber, S, B, E, K, R, J i T, han estat designats com a termocouples de disseny unificats a la Xina.
1. K-Thermocouple K-Thermocouple Crom (Silicon de níquel (alumini de níquel) Termopar)
El termopar de tipus K és un termopar metàl·lic de baix cost amb una forta resistència a l’oxidació, que pot mesurar la temperatura del medi des de 0 fins a 1300 graus. És adequat per a un ús continu en gasos oxidants i inerts, amb una temperatura d’ús a curt termini de 1200 graus i una temperatura d’ús a llarg termini de 1000 graus. La relació entre el seu potencial termoelèctric i la temperatura és aproximadament lineal, cosa que la converteix actualment en el termocopa més utilitzat. Tanmateix, no és adequat per a l’ús de filferro nu al buit, que conté sulfur, amb atmosferes que contenen carboni i atmosferes de reducció d’oxidació alternades; Quan la pressió parcial d’oxigen és baixa, el crom a l’elèctrode de crom de níquel s’oxidarà preferentment, provocant un canvi significatiu en el potencial termoelèctric. Tanmateix, la influència del gas metàl·lic és relativament petita, de manera que sovint s’utilitzen tubs de protecció metàl·lics.
Desavantatges del termopar del tipus K:
(1) L’estabilitat a alta temperatura del potencial termoelèctric és inferior a la dels termocouples de tipus N i als termocopis de metall preciosos, i sovint es danya a causa de l’oxidació a temperatures més elevades (com ara més de 1000 graus);
(2) L'estabilitat del ciclisme tèrmic a curt termini no és bona dins del rang de 250-500 grau, és a dir, al mateix punt de temperatura, les lectures potencials termoelèctriques són diferents durant el procés de calefacció i refrigeració i la diferència pot arribar a 2-3 graus;
(3) L'elèctrode negatiu experimenta una transformació magnètica dins del rang de temperatura de 150-200 grau, donant lloc a desviacions de la taula de calibració en el rang de temperatura de temperatura ambient fins a 230 graus. Sobretot quan s’utilitza en un camp magnètic, sovint es produeix una interferència termoelèctrica independent;
(4) L’exposició a llarg termini a l’entorn d’irradiació del sistema d’alt rendiment pot provocar canvis significatius en el potencial termoelèctric a causa de la degradació d’elements com el manganès (Mn) i el cobalt (CO) en l’elèctrode negatiu, donant lloc a una mala estabilitat.
2 Thermopar de tipus S (Rhodium Platinum 10 Platinum Thermocouple)
L’elèctrode positiu d’aquest termopar es compon d’aliatge de rodi de platí que conté un 10% de rodi i l’elèctrode negatiu és el platí pur.
Les seves característiques són:
(1) El rendiment termoelèctric estable, una forta resistència a l’oxidació, adequada per a un ús continu en una atmosfera oxidant, la temperatura d’ús a llarg termini pot arribar als 1300 graus. Fins i tot a l’aire, el fil de platí pur es recristal·litzarà, provocant grans i fractures gruixudes quan superi els 1400 graus;
(2) Alta precisió, amb el nivell de precisió més alt entre tots els termoparells, normalment utilitzats com a estàndard o per mesurar temperatures més altes;
(3) àmpliament aplicable, amb una bona uniformitat i intercanvi;
(4) Els principals desavantatges són: el potencial termoelèctric diferencial és petit, donant lloc a una baixa sensibilitat; Preu car, baixa força mecànica, no
Apte per utilitzar -lo en una atmosfera reduïda o condicions amb vapor metàl·lic.
3. Termopar de tipus E (níquel de coure de níquel [Constantan] Termopar)
El termopar de tipus E és un producte relativament nou, amb aliatge de crom de níquel com a elèctrode positiu i aliatge de níquel de coure (Constantan) com a elèctrode negatiu. La seva característica més gran és que entre els termoparells d'ús comú, té el potencial termoelèctric més alt, és a dir, la sensibilitat més alta; Tot i que el seu rang d’aplicacions no és tan ampli com el termopar de tipus K, sovint es selecciona en condicions que requereixen una alta sensibilitat, baixa conductivitat tèrmica i tolerància a l’alta resistència; Les condicions limitants durant l’ús són les mateixes que les del tipus K, però no és gaire sensible a la corrosió en ambients amb humitat més elevada.
4. Termocopi de tipus N (termopar de silici de níquel de níquel de níquel)
Les principals característiques d’aquest termopar són: forta temperatura i resistència a l’oxidació per sota de 1300 graus, bona estabilitat a llarg termini i reproductibilitat del cicle tèrmic a curt termini, bona resistència a la radiació nuclear i al baix rendiment de temperatura. A més, dins del rang de 400-1300 grau, la linealitat de les característiques termoelèctriques dels termoparells de tipus n és millor que la dels termoparells de tipus K; Tanmateix, l’error no lineal és relativament gran en l’interval de baixa temperatura (-200 ~ 400 graus), i el material és difícil i difícil de processar.
5. Thermocopa del tipus J (termopar constant de ferro)
Thermopar de tipus J: l’elèctrode positiu d’aquest termopar és ferro pur i l’elèctrode negatiu és constant (aliatge de níquel de coure). Es caracteritza pel seu preu baix i és adequat per a la reducció d’oxidació al buit o l’atmosfera inerta. El rang de temperatura és des de -200 fins a 800 graus, però la temperatura d'ús comú només està per sota dels 500 graus, perquè més enllà d'aquesta temperatura, la velocitat d'oxidació de l'elèctrode ferroelèctric s'accelera. Si s’utilitza un diàmetre de fil gruixut, encara es pot utilitzar a temperatures altes i té una vida útil més llarga; Aquest termopar és capaç de suportar la corrosió a partir dels gasos d’hidrogen (H2) i monòxid de carboni (CO), però no es pot utilitzar en atmosferes d’alta temperatura (com ara 500 graus) que contenen sofre (s).
6. Termocopi de tipus T (termopar de níquel de coure de coure)
Termopar de tipus T: l’elèctrode positiu d’aquest termopar és coure pur i l’elèctrode negatiu és aliatge de níquel de coure (també conegut com a constant). Les seves característiques principals són:
Entre els termoparells metàl·lics de baix cost, té la precisió i una bona uniformitat de l'elèctrode termoelèctric; La seva temperatura de funcionament és -200 ~ 350 graus. A causa de la fàcil oxidació i despreniment de la pel·lícula d'òxid de l'elèctrode calent de coure, generalment no hauria de superar els 300 graus quan s'utilitza en una atmosfera oxidant. Dins del rang de -200 ~ 300 graus, tenen una alta sensibilitat. Una altra característica dels termocopis constants de coure és que són barats i són els més barats entre diversos productes normalitzats.
7. termopar de tipus R (Rhodium de platí 13 Termocoula de platí)
L’elèctrode positiu d’aquest termopar és un aliatge de rodi de platí del 13% i l’elèctrode negatiu és el platí pur. En comparació amb el tipus S, la seva taxa potencial és aproximadament un 15% superior.
(1) El rendiment termoelèctric estable, una forta resistència a l’oxidació, adequada per a un ús continu en una atmosfera oxidant, la temperatura d’ús a llarg termini pot arribar als 1300 graus. Fins i tot a l’aire, el fil de platí pur es recristal·litzarà, provocant grans i fractures gruixudes quan superi els 1400 graus;
(2) Alta precisió, amb el nivell de precisió més alt entre tots els termoparells, normalment utilitzats com a estàndard o per mesurar temperatures més altes;
(3) àmpliament aplicable, amb una bona uniformitat i intercanvi;
(4) Els principals desavantatges són: el potencial termoelèctric diferencial és petit, donant lloc a una baixa sensibilitat; Preu car, baixa força mecànica, no
Apte per utilitzar -lo en una atmosfera reduïda o condicions amb vapor metàl·lic.