Как выбрать правильную термопару для конкретной задачи? Виды, принцип работы, причины замены

23.08.2023

Термопара - это устройство для измерения температуры. Оно сделано из двух разнородных металлических проводов, которые имеют общий конец. Место соединения двух проводов называется горячим или измерительным спаем (точкой спая). При подаче на него тепла формируется напряжение, пропорциональное разности температур между горячим и холодным участками, в которых соединяются провода.

Преимущества монтажа

Термопары применяют в индустриальных процессах для точного контроля и управления температурой. Среди основных причин важности термопар можно назвать следующие:

• диапазон замера довольно широк: -200…+2000°C. Устройства незаменимы в процессах нагрева, плавления, кристаллизации, охлаждения литья, химических преобразований веществ;
• стабильность работы. В этом деле важны качество изготовления и грамотная установка. Термопары выдерживают скачки температур, вибрацию, тепловой удар;
• быстрый замер. Это помогает оперативно реагировать на колебания термических показателей и регулировать их в нужном формате;
• вариативность размеров. Удаётся изготавливать небольшие устройства, чтобы устанавливать их в ограниченном пространстве или на маленькой площади замера;
• доступная цена. Термопары являются недорогими промышленными термометрами, если сравнивать с другими датчиками. Длительный период эксплуатации оправдывает даже небольшие затраты на приобретение устройств.

С течением времени термопары приходится обновлять. Рассмотрим, что надо учесть при этом, какие типы предлагаются и как производят термопары на замену.

Как возникает потенциал и на основе какого закона физики делаются замеры

В момент повышения температуры в точке измерения появляется разность напряжений между проводниками. Она напрямую зависит от разницы между термическими показателями точки измерения и места соединения проводников.

Замер температур основан на эффекте Зеебека. Он формулируется так: между двумя контактами разных проводников, температура которых отличается, возникает ЭДС. Когда точка замера меняет температуру, оба проводника в термопаре получают отдельные значения термоэлектрического напряжения. Они измеряются термопарным милливольтметром. Путём сравнения фактических значений со справочными определяют точную температуру в месте замера.

Где могут пригодиться термопары

• В автомобильной промышленности - для контроля температуры двигателя или тормозных систем.
• В пищевой промышленности - для контроля параметров приготовления пищи, измерения температуры хранения продуктов.
• В электронике - для контроля температуры процессоров или других компонентов компьютеров и мобильных устройств.
• В металлургии – для создания необходимых условий при получении расплавов.
• В научных исследованиях - для измерения температуры в экстремальных условиях (высоком давлении или низких температурах).
• В строительстве - для контроля температуры бетонных и растворных смесей во время строительства объектов.

Виды термопар, их рабочих характеристики и особенности

Термопары производят из разных металлов и из сплавов, что обеспечивает получение нужных свойств.

1. Тип К. В одном устройстве объединены NiCr и NiAl. Диапазон термостойкости -200…+1000℃.
2. Тип J. В термопаре объединены проводники из Fe и NiCu. Подходит для функционирования в условиях -50…+700℃.
3. Тип L. В замеряющем температуру изделии соединены проводники из хромеля и копеля. Они подходят для процессов, происходящих при -50…+800℃.

Термопары бывают с изолированным и открытым рабочим спаем. При подборе изделий для работы в зоне высоких температур нужно обращать внимание на то, чтобы спай был закрытым (неизолированный выгорит и его придётся снова обновлять). Изоляцией выбирают окись магния, которую сжимают под давлением для получения сплошного, герметичного слоя. Защищают термопару металлическим чехлом или жаропрочным сплавом на основе никеля.

Термопара К-типа

Наиболее распространённый вид устройств. Способен применяться в сухой и полувлажной среде, в воздухе с концентрацией кислорода до 3%, в водороде и короткое время в вакууме. 

Чтобы исключить коррозию хрома, термопару помещают в оболочку из огнеупорных окислов, асбеста, кварца, стекловолокна, фарфора. Разрушает термозамеряющий прибор нагрев в среде, богатой сернистыми соединениями, высокая концентрация водяного пара и значительная кислотность.

Термопара J-типа

Обеспечивает стойкость в окислительной, восстановительной, инертной среде, вакууме. Слабое место – чистое железо, которое обладает повышенной степенью корродирования и после +760℃ частично теряет точность при замере показателей в результате намагничивания. 

Если такую термопару использовать в воздухе с добавлением серы, её надо поместить в специальный газоплотный чехол. В ходе эксплуатации электроды деформируются. Популярна за счёт низкой цены и замера невысоких значений температур.

Термопара L-типа

Обладает среди трёх типов самой высокой чувствительностью к изменениям значений температур. Применяется для инертно-газовой и окислительной сред. При достижении t = +600℃ сберегает термоэлектрическую стабильность. В воздушной среде с добавлением хлора или фтора эксплуатируется только до +200℃. В сернистой среде применяется после упаковки в защитный чехол. 

С течением времени наблюдается деформация электродов. Используется тогда, когда важна низкая электромагнитная мощность в сочетании со значительным диапазоном температур.

Почему осуществляют замену термопар

Высокие и низкие температуры, агрессивные среды, дополнительные параметры, связанные с вибрацией и механическими воздействиями, приводят к «старению» проводников, необратимым реакциям и физическому износу термопар. В этом случае показания снимаются с большими погрешностями или устройство полностью теряет свой начальный функционал.

Также существуют ещё 2 причины, которые приводят к обновлению термопар. Первая – это техническое устаревание моделей по причине появления улучшенных аналогов. Вторая – несоответствие ранее выпускаемых изделий новых требованиям сертификации и спецификациям. Замена способствует повышению точности замеров и улучшению ведения промышленных процессов.

Что требуется, чтобы производить термопары на замену

Существует 5 шагов, которые помогут выполнить изготовление термопары на замену.

1. Анализ условий для применения термозамеряющего устройства

Производится оценка условий для применения (в какой среде, в каком температурном диапазоне, насколько точными должны быть будущие замеры).

2. Подбор необходимого устройства из 3-х выпускаемых модификаций

Выбирается K-, L- или J-термопара в зависимости от вида использованных металлов и сплавов, а также их возможности функционирования в конкретных условиях производства.

3. Поиск исходников

Осуществляется подготовка составляющих, из которых будет сделана термопара (проводники, кабели изоляция).

4. Изготовление устройства

Выполняется сборка согласно технологической карты изготовления. Компонуются определённые проводники, создаются прочные точки соединения, используется защита.

5. Тестирование изделия

Сотрудники отдела технического контроля проверяют качество термопары. Делается калибровка, чтобы фактические значения выходного сигнала соответствовали эталонным. При необходимости выполняется перенастройка.

Только правильно изготовленная термопара обеспечит точное соблюдение температурных условий на производстве и в обслуживающих сетях.

Как осуществляется замена термопар

Сюда входит этап подготовки, сверки, монтажа и активации.

1. До начала замены. Чтобы обезопасить место установки, необходимо отключить сетевую подачу тока и надеть средства индивидуальной защиты.
2. Отождествление проводников. При замене термопары важно точно определить, какие проводники относятся к старой термопаре, и убедиться в правильности идентификации соответствующих контактов или цветовой маркировки. Это поможет избежать ошибок при подключении новой термопары и обеспечит правильную работу системы.
3. Удаление отработавшего устройства. Аккуратно снимается отработавшая срок термопара путём отсоединения её от контроллера или другого измерительного механизма.
4. Оценка состояния. Надо осмотреть термопару и определить причину её выхода из строя.
5. Монтаж нового аналога. Согласно приложенной инструкции выполняется установка целого, неповреждённого изделия. Важно точно понять, как подключать проводники, чтобы не оказалось перекрёстных соединений и предпосылок для короткого замыкания.
6. Проверка качества работы. Подключенную термопару проверяют на эффективность замеров в реальных условиях эксплуатации. Она должна уметь правильно замерять температуру и подавать сигнал при превышении граничных показателей.
7. Наличие неточностей замеров. В этом случае выполняется калибровка и дальнейшее испытание функционала термопары.

Соблюдая вышеперечисленную последовательность действий, удаётся правильно переустановить термопару и обеспечить условия для её качественной работы.

На предприятиях, где используются термопары, работники проходят инструктаж по технике безопасности, чтобы исключить поражение током и появление ожогов.

Каким будет итог замены термопары

После того как будет обновлено замеряющее устройство, вы получите такие результаты:

• Оптимизация параметров производственных процессов. Использование технически усовершенствованных термопар позволяет улучшить показатели замеров, повысить скорость передачи сигнала.
• Новые устройства работают дольше, имеют расширенный диапазон температур. Это уменьшает объём производственного брака и требует более рекой замены устройств, а значит – способствует получению дополнительной денежной выгоды.

Замена устаревших термопар на более современные модели является важным шагом для обеспечения точности и надежности контроля температуры и производственных процессов в целом.

Термопары от «Электронагрев»

Заказывать термопары у производителя – это важный шаг для обеспечения точности и надежности контроля температуры на предприятии. Вот несколько преимуществ, которые вы получите, если выберете этот путь.

1. Высокое качество. Производитель термопар обладает опытом и знаниями, необходимыми для создания высококачественных продуктов. Они используют только лучшие материалы и технологии, чтобы гарантировать долговечность и надежность своих изделий.
2. Поддержка. Заказывая термопары у производителя, вы получаете информационную и техническую помощь.
3. Надежность. Производитель термопар заботится о своей репутации и делает все возможное, чтобы обеспечить отменное качество своим изделиям. Вы получаете термопары, которые будут работать долго и без сбоев.
4. Гарантия. Она даёт вам дополнительную защиту и уверенность в том, что вы получите продукт высокого качества.
5. Адаптация к требованиям производства. Производитель «Электронагрев» работает с заказчиками в индивидуальном порядке, учитывая конкретные параметры технологических линий.

Те, кто не первый раз заказывает термопары в Еlectronagrev, называют марку изделия для его следующего получения. Если вы только познакомились с компанией-производителем, уточните в разговоре с менеджером необходимые производственные параметры. Для ответов на вопросы х технического характера мы подключим специалиста с инженерным образованием.

Термопары в будущем

Знаете ли вы, что термопары используют не только на Земле, но и в космосе? Они помогают делать термические замеры в кораблях и спутниках, где классические термометры не могут функционировать по причине отсутствия атмосферы. Также температурные устройства помогают делать замеры на поверхности Луны, других планет, что даёт новую информацию для наших учёных вопросах изучения космических объектов.

В будущем термопары могут быть использованы в различных областях, таких как медицина, промышленность, энергетика и даже в бытовых приборах. Например, термопары могут быть применены для контроля температуры внутри человеческого тела или для измерения температуры в процессе производства стали. Они будут использованы для контроля температуры в солнечных панелях, для определения температуры воды в бойлерах. Возможности использования термопар в будущем не ограничены, и их применение может привести к новым открытиям и достижениям.