Pregled instrumentov za merjenje temperature s termočlenom?

V industrijski proizvodnji je veliko instrumentov za merjenje temperature, eden izmed njih pa so instrumenti za merjenje temperature s termočleni. Sestavljen je iz dveh prevodnikov ali polprevodnikov, katerih konca sta zvarjena ali zvita skupaj, da tvorita zaprt krog, ki izkorišča temperaturno razliko med obema točkama za ustvarjanje elektromotorne sile in dela. Obstaja veliko vrst termočlenov, različne metode razvrščanja pa so tudi različne. Glede na zahteve industrijske standardizacije jih lahko razdelimo na dve vrsti: standardizirane termoelemente in nestandardne termoelemente. Termočleni so ena od posebnih aplikacij teorije termoelektričnega učinka in imajo široko paleto aplikacij pri merjenju temperature. Imajo prednosti preproste strukture, stabilne zmogljivosti in enostavne konstrukcije. Termočleni, če se uporabljajo v povezavi s prikazovalnimi instrumenti, lahko dosežejo meritve na daljavo, samodejno beleženje in samodejno kontrolo temperature.
1. Vrste instrumentov za merjenje temperature in termoelementi za merjenje temperature
Obstaja veliko vrst instrumentov za merjenje temperature in z razvojem znanosti in tehnologije ter potrebami sodobne industrijske tehnologije se tehnologija merjenja temperature nenehno izboljšuje in krepi. Zaradi vse večjega obsega merjenja temperature so bili izdelani različni instrumenti za merjenje temperature v skladu z različnimi zahtevami, predvsem LCD termometri, optični pirometri, polprevodniški termometri, rotacijski termometri, tlačni termometri, termometri s stekleno cevjo, kazalni termometri, visokotemperaturni termometri, termočlenski termometri, uporovni termometri, plinski termometri in termočlenski termometri.
Glede na različne namene, načine namestitve in strukturne oblike termočlenov jih lahko razdelimo v dve kategoriji: navadne termočlene in oklepne termočlene. Običajno uporabljeni termočleni, ki temeljijo na njihovih stopenjskih številkah, vključujejo S, R, B, N, K, E, J, T itd. Med njimi S, R in B spadajo med termočlene iz plemenitih kovin, medtem ko N, K, E, J in T spadajo med termočlene iz poceni kovin.

Značilnost razreda S je močno antioksidativno delovanje in je primeren za stalno uporabo v oksidativnih in inertnih atmosferah. Temperatura za dolgotrajno uporabo je 1400 stopinj, temperatura za kratkotrajno uporabo pa 1600 stopinj. Med vsemi termočleni ima lestvica S najvišjo stopnjo natančnosti in se običajno uporablja kot standardni termočlen; V primerjavi z indeksom S ima indeks R toplotno elektromotorno silo, ki je približno 15 % večja, njegova druga zmogljivost pa je skoraj enaka; Toplotna elektromotorna sila indeksa B je izjemno majhna pri sobni temperaturi, zato med merjenjem na splošno niso potrebne kompenzacijske žice. Temperatura dolgotrajne uporabe je 1600 stopinj, temperatura kratkotrajne uporabe pa 1800 stopinj. Uporablja se lahko v oksidativnih ali nevtralnih atmosferah, kot tudi za kratkotrajno uporabo v vakuumskih pogojih. Značilnosti termočlena razreda N so močna visokotemperaturna oksidacijska odpornost pri 1300 stopinjah, dobra dolgoročna stabilnost termoelektrične sile in ponovljivost kratkotrajnih toplotnih ciklov, dobra odpornost na jedrsko sevanje in nizko temperaturo ter lahko delno nadomesti termoelement razreda S; Značilnost skale K je močno antioksidativno delovanje in je primerna za stalno uporabo v oksidativnih in inertnih atmosferah. Temperatura za dolgotrajno uporabo je 1000 stopinj, temperatura za kratkotrajno uporabo pa 1200 stopinj. Najbolj razširjen med vsemi termočleni; Značilnost E-indeksa je, da je med običajno uporabljenimi termoelementi njegova termoelektrična elektromotorna sila največja, kar pomeni, da ima največjo občutljivost. Priporočljiva je neprekinjena uporaba v oksidativni in inertni atmosferi pri temperaturi 0-800 stopinj; Značilnost razreda J je, da se lahko uporablja tako v oksidacijskih atmosferah (z zgornjo temperaturno mejo 750 stopinj ) kot v redukcijskih atmosferah (z zgornjo temperaturno mejo 950 stopinj ) in je odporen proti koroziji s plinom H2 in CO. Večinoma se uporablja v rafineriji in kemični industriji; Značilnost lestvice T je, da ima najvišjo stopnjo natančnosti med vsemi poceni kovinskimi termočleni in se običajno uporablja za merjenje temperatur pod 300 stopinj.
2. Osnovni princip merjenja temperature s termočlenom
Razlog za uporabo termočlenov za merjenje temperature je v tem, da pretvarjajo temperaturne signale v termoelektrične signale, ki se nato z električnimi instrumenti pretvorijo v temperaturo izmerjenega medija. Osnovno načelo merjenja temperature s termočlenom je, da dva homogena vodnika z različnimi sestavami tvorita zaprt krog. Ko je na obeh koncih temperaturni gradient, bo skozi tokokrog potekal tok, med obema koncema pa obstaja termoelektrična elektromotorna sila

Razlog za nastanek termoelektrične elektromotorne sile je posledica različnih elektronskih gostot različnih materialov prevodnikov. Tudi če ima isti material prevodnika različne temperature, njegova elektronska gostota ni enaka. Kadar heterogeni kovini A in B tvorita zaprt krog, je zaradi različnih temperatur kontaktov A in B gostota prostih elektronov večja v visokotemperaturnih območjih istega prevodnika, medtem ko je gostota prostih elektronov manjša v nizkotemperaturnih območjih. . Zato mora v zaprtem vezju visoka gostota prostih elektronov difundirati na območja z nizko gostoto prostih elektronov, kar povzroči "neto" tok naboja v vezju, kar pomeni, da v vezju obstaja elektromotorna sila eAB, ki je vzrok za nastanek Seebeckove elektromotorne sile. Ko je material vroče elektrode pritrjen, je toplotna elektromotorna sila povezana samo s temperaturo obeh kontaktov. V zaprtem tokokrogu, sestavljenem iz para heterogenih kovin A in B, bo temperatura obeh kontaktov A in B različna, če se spojna točka A segreje. Če je temperatura drugačna, se ustvari tok, ki povzroči odklon ampermetra, priključenega na vezje. Tok, ki nastane v tokokrogu termočlena, se imenuje termični tok. A. B se imenuje termoelektrična elektroda, kontakt a pa je med seboj povezan z varjenjem. Pri merjenju temperature je nameščen v izmerjeno temperaturno polje, znano kot merilni konec ali delovni konec. Kontakt b na splošno zahteva konstantno temperaturo, znano kot referenčni konec ali prosti konec.
Velikost termoelektričnega potenciala je povezana z razliko med t in t0. Ko so materiali obeh termoelektričnih elektrod termočlena znani, teorija porazdelitve termoelektričnega potenciala v vezju termočlena določa, da se lahko razlika termoelektričnega potenciala med obema koncema termočlena izrazi z naslednjo enačbo:
EAB (t, t{{{{0})=EAB (t) - EAB (t0)
V formuli je EAB (t, t0) termoelektrični potencial termočlena
EAB (t) - termoelektrični potencial na delovnem koncu pri temperaturi t;
EAB (t{{0}}) - Termoelektrični potencial na hladnem koncu pri temperaturi t0.
Iz zgornje enačbe je razvidno, da ko se spremeni temperatura merjenega medija na delovnem koncu, se spremeni tudi termoelektrični potencial. Torej, dokler je EAB (t, t{{0}}) izmerjen in je EAB (t0) znan, je mogoče dobiti EAB (t). Termoelektrični potencial se lahko pošlje prikazovalnemu instrumentu za indikacijo ali snemanje ali mikroračunalniku za obdelavo, da se na koncu meritve pridobi vrednost temperature t.

3. Glavne prednosti in slabosti merjenja temperature s termočlenom
Termočleni so ena najpogosteje uporabljenih komponent za zaznavanje temperature v industriji, njihove prednosti pa vključujejo:
① Visoka natančnost merjenja. Zaradi neposrednega stika med termoelementom in merjenim objektom vmesni medij nanj ne vpliva.
② Širok obseg meritev. Običajno uporabljeni termoelementi lahko neprekinjeno merijo od -50 do 1600 stopinj in nekateri posebni termoelementi
Najnižja zaznavna temperatura je -271-2800 stopinj, kot so zlato, železo, nikelj, krom in volfram renij.
③ Preprosta konstrukcija in priročna uporaba. Termoelementi so običajno sestavljeni iz dveh različnih vrst kovinskih žic in niso omejeni z velikostjo ali začetkom. Na zunanji strani imajo zaščitni tulec, zaradi česar so zelo priročni za uporabo.
Vendar imajo termočleni tudi pomanjkljivosti, kot je uporaba stalne referenčne temperature, sicer bodo rezultati meritev popačeni; Pri visoki temperaturi ali dolgotrajni uporabi pride do degradacije zaradi vpliva preskušanega medija ali atmosfere (kot je oksidacija, redukcija itd.), kar zmanjša življenjsko dobo.
4. Trenutno stanje raziskav in razvojni trend merjenja temperature s termočlenom na Kitajskem
Termočleni se uporabljajo predvsem za merjenje višjih temperatur. Kar zadeva status razvoja visokotemperaturnih termoelementov na Kitajskem, se visokotemperaturni termoelementi običajno nanašajo na tiste nad 1300 stopinj, vključno s platinastimi rodijevimi 10 platinastimi termoelementi, platinastimi rodijevimi 13 platinastimi termoelementi, platinastimi rodijevimi 30 platinastimi rodijevimi 6 termoelementi, volframovim renijem 5 volframovimi renijevimi 25 termočlenov, platina rodij 40 platina rodij 20 termočleni, iridij rodij termočleni, silicijev karbid grafit termočleni, in tako naprej. Trenutno so kontaktni termoelementi za merjenje temperature najbolj zanesljiva metoda merjenja temperature. Razen uporabe optičnih pirometrov in infrardečih termometrov v vakuumu, srednjefrekvenčnih in visokofrekvenčnih območjih, ki niso primerna za merjenje temperature s termočleni, praktično ni drugih materialov ali tehnologij, ki bi to lahko nadomestile.
Glede na trenutno situacijo je glavni razvojni trend povečati odpornost proti koroziji in odpornosti proti oksidaciji s tehnološkimi sredstvi za izboljšanje življenjske dobe.