Termoelementene De er enheter mye brukt i industrien for temperaturmåling. Takket være deres allsidighet, lave kostnader og robusthet, har termoelementer blitt et av de mest populære alternativene for nøyaktig overvåking og måling av temperatur i en rekke miljøer. Dens design og drift er basert på enkle fysiske prinsipper, men med bruksområder som spenner fra industrielle prosesser til vitenskapelig forskning.
Flere typer termoelementer, hver designet for forskjellige temperaturområder og miljøforhold. I denne artikkelen vil vi utforske i dybden de forskjellige typene termoelementer, deres applikasjoner, nøkkelfunksjoner og hvordan du velger den mest passende basert på miljøet og spesifikt målebehov.
Hva er et termoelement?
Un termoelement Det er en sensor som måler temperatur gjennom foreningen av to forskjellige metalliske ledere. Disse lederne genererer en spenning som varierer med temperaturforskjellen mellom endene av sensoren, slik at den nøyaktige temperaturen ved målepunktet kan bestemmes. Dette fenomenet kalles Seebeck-effekt, som er grunnlaget for driften av termoelementer.
Driftsprinsipp
Som vi nevnte, er termoelementet basert på Seebeck-effekt. Når to metaller settes i kontakt og utsettes for en temperaturforskjell, genererer de en spenning. Den ene enden av termoelementet er i kontakt med objektet hvis temperatur måles (den varm binding), mens den andre enden holdes ved en kjent temperatur, for eksempel romtemperatur (den kald forening).
Denne genererte spenningen konverteres til en nyttig temperaturavlesning. Det er viktig å merke seg at utgangssignalet fra termoelementer er veldig lite, vanligvis i millivolt, så en forsterkerkrets er nødvendig for å oversette det signalet til en håndterbar figur.
Typer termoelementer
Det finnes flere typer termoelementer avhengig av materialene som utgjør lederne, og hver type har unike egenskaper når det gjelder temperaturområde og nøyaktighet. Nedenfor beskriver vi de vanligste.
Type K termoelement
Termoelementet av typen K Det er det vanligste i bransjen. Den består av en kombinasjon av nikkel-krom (Chromel®) som et positivt element og nikkel-aluminium (Alumel®) som et negativt element. Den er ideell for å måle temperaturer i et bredt område fra -200°C til 1250°C.
Denne typen termoelement er spesielt nyttig i miljøer der oksiderende og høytemperaturatmosfærer forekommer. Dens lave pris og holdbarhet gjør den til et utmerket alternativ for utbredte industrielle applikasjoner.
J type termoelement
J type termoelement Den er kjent for sin bruk i miljøer der temperaturen varierer fra -210°C til 760°C. Den er sammensatt av jern som en positiv dirigent og konstantan (en kobber-nikkel-legering) som negativ leder.
Det er en av de billigere termoelementer og er egnet for miljøer som ikke overstiger 760°C, da jern oksiderer raskt ved høyere temperaturer. Derfor er den ideell for applikasjoner som krever en rimelig sensor og moderate temperaturer.
T-type termoelement
El T-type termoelement Den er utmerket for lavtemperaturmålinger, for eksempel de som varierer fra -200 °C til 350 °C. Dens drivere består av kobber på den positive siden og konstantan på den negative siden. Det er en av de beste når det gjelder stabilitet og presisjon når du arbeider i ikke-ekstremt kryogene eller atmosfæriske områder.
Termoelementer av edelt metall: type R, S og B
Disse typer termoelementer De er hovedsakelig laget av edle metaller som platina, noe som gjør dem ideelle for applikasjoner som krever måling av svært høye temperaturer, opptil 1700°C. De er veldig presise og stabile, men også dyre.
Type R termoelement bruker en kombinasjon av platina-rhodium som sjåfører. Den er egnet for temperaturer opp til 1450°C og er meget stabil, noe som gjør den egnet for laboratorier og miljøer med høy presisjon.
El type S termoelement Den ligner på type R, men dens platina-rhodium-forhold er litt annerledes, noe som gjør den egnet for applikasjoner som krever et høyt nivå av stabilitet og holdbarhet.
Type B termoelement Den skiller seg ut for sin evne til å måle ekstremt høye temperaturer, opptil 1700°C, uten behov for kompensasjon i det kalde krysset opp til 50°C. Dette gjør det nyttig i høyrisiko industrielle applikasjoner og fiendtlige miljøer.
N type termoelement
El N type termoelement Den ble utviklet som en evolusjon av type K, og kjennetegnes ved sin større motstand mot oksidasjon og stabilitet ved høye temperaturer. Den bruker legeringer av nicrosil y nisil, som lar den operere i områder på opptil 1280°C.
Denne typen termoelement er et ideelt valg for applikasjoner som krever høy motstand mot termisk nedbrytning og langvarig holdbarhet.
Termoelement feilområder og grenser
IEC 60584-1-standarden etablerer forskjellige temperaturområder og feilgrenser for hver type termoelement. Selv om de varierer avhengig av diameteren på ledningen og miljøforholdene, kan i store trekk følgende defineres:
- Type J: -210 °C til 760 °C, med en feil på ±2.2 °C eller ±0.75 %
- Type K: -200 °C til 1250 °C, med en feil på ±2.2 °C eller ±0.75 %
- T type: -200 °C til 350 °C, med en feil på ±1.0 °C eller ±0.75 %
- Type N: -200 °C til 1280 °C, med en feil på ±2.2 °C eller ±0.75 %
Hvordan velge riktig termoelement?
Velg passende termoelement Det avhenger av flere faktorer, som temperaturområdet som skal måles, miljøet som sensoren skal brukes i, og tilgjengelig budsjett. Det er viktig å vurdere aspekter som:
- Maksimal og minimum temperatur: Hver type termoelement har et spesifikt driftsområde.
- Driftsmiljø: Oksiderende, reduserende, kryogene atmosfærer osv. kan påvirke holdbarheten til sensoren.
- Kjemisk motstand: Noen materialer er mer utsatt for korrosjon, noe som vil påvirke levetiden til sensoren.
- Presisjon: Jo større presisjon, kostnadene øker generelt, så det er en faktor å balansere med funksjonalitet.
Vanlige applikasjoner
den termoelementer De brukes i millioner av applikasjoner i en rekke bransjer, på grunn av deres allsidighet og robusthet. Noen eksempler inkluderer:
- Energianlegg hvor temperaturen på turbiner og andre kritiske komponenter overvåkes.
- Forskningslaboratorier hvor det kreves stor presisjon i måling ved ekstreme temperaturer, både høye og lave.
- Industrielle prosesser som fabrikkautomatisering, hvor behovet for termisk overvåking er konstant.
Fordeler og ulemper med termoelementer
Til tross for at det er mye brukt, er ikke alle miljøer egnet for termoelementer. La oss analysere styrker og svakheter.
Advantage
- Robusthet og holdbarhet selv under ekstreme forhold.
- Lav pris sammenlignet med andre sensorer som RTDer.
- Brede temperaturområder, fra kryogene applikasjoner til høytemperaturkontrakter.
Ulemper
- Begrenset presisjon sammenlignet med mer avanserte teknologier som RTD.
- Følsomhet for elektrisk støy, spesielt ved lange kabelstrekninger.
- Trenger å implementere kompensasjon for kuldekryss for å få nøyaktige avlesninger.
Når du prøver å velge et passende termoelement for en bestemt applikasjon, er det viktig å ta alle disse faktorene i betraktning, og veie fordelene det gir, som lave kostnader og brede driftsområde, mot begrensninger i nøyaktighet og følsomhet for miljøet. . Termoelementer fortsetter å være en av de mest effektive og allsidige løsningene for måling av temperatur i svært krevende industrielle applikasjoner.