Принцип на работа на термодвойката: описание, устройство, верига

Принципът на работа и термодвойките на устройството са изключително прости. Това доведе до популярността на това устройство и широкото му приложение във всички области на науката и технологиите. Термодвойката е предназначена за измерване на температури в широк диапазон - от -270 до 2500 градуса по Целзий. Устройството е незаменим помощник на инженери и учени от десетилетия. Работи надеждно и надеждно, а показанията на температурата винаги са верни. По-сложен и точен инструмент просто не съществува. Всички модерни устройства работят на принципа на термодвойките. Работа в трудни условия.

Предназначение на термодвойката

Това устройство преобразува топлинната енергия в електрически ток и ви позволява да измервате температурата. За разлика от традиционните живачни термометри, той е способен да работи в условия на изключително ниски и изключително високи температури. Тази характеристика доведе до широкото използване на термодвойки в голямо разнообразие от инсталации: промишлена металургия газови печки котли, вакуумни камери за химическа топлинна обработка, домакински газови печки. Принципът на действие на термодвойката винаги остава непроменен и не зависи от устройството, в което е монтирано.

Работата на системата за аварийно спиране на апарата при превишаване на допустимите температурни граници зависи от надеждната и непрекъсната работа на термодвойката. Следователно, това устройство трябва да е надеждно и да дава точни показания, за да не излага на риск живота на хората.

Принцип на работа на термодвойката

Термодвойката има три основни елемента. Това са два проводника на електричество от различни материали, както и защитна тръба. Двата края на проводниците (наричани още термоелектроди) са запоени, а другите два са свързани с потенциометър (устройство за измерване на температурата).

По-просто казано, принципът на действие на термодвойката е, че връзката на термоелектродите се поставя върху средата, чиято температура се измерва. В съответствие с правилото на Seebeck, на проводниците възниква потенциална разлика (в противен случай, термоелектричество). Колкото по-висока е температурата на средата, толкова по-значима е потенциалната разлика. Съответно, иглата на инструмента се отклонява повече.

В съвременните комплекси за измерване цифровите температурни индикатори са заменили механичното устройство. Но далеч не винаги е, че новото устройство надхвърля по своите характеристики старите устройства от съветската епоха. В техническите университети и дори в изследователските институции до днес те използват потенциометри на възраст 20-30 години. И те демонстрират невероятна точност на измерване и стабилност.

Ефект на Seebeck

Принципът на действие на термодвойката се основава на това физическо явление. Долната линия е следната: ако свържете два проводника от различни материали (понякога се използват полупроводници), то ток ще циркулира през тази електрическа верига.

Така, ако свързването на проводниците се нагрява и охлажда, иглата на потенциометъра ще осцилира. Свързан към верига галванометър може също да позволи откриването на ток.

В този случай, ако проводниците са направени от един и същ материал, тогава няма да възникне електрозадвижващата сила, съответно ще бъде невъзможно да се измери температурата.

Схема на свързване на термодвойките

Най-често срещаните начини за свързване измервателни уреди към термодвойките са така наречените прости методи, както и диференцирани. Същността на първия метод е следната: устройството (потенциометър или галванометър) е директно свързано с два проводника. при диференциран метод не един, а два края на проводниците са запоени, докато един от електродите е „счупен“ от измервателното устройство.

Да не говорим за така наречения дистанционен метод за свързване на термодвойка. Принципът на действие остава непроменен. Единствената разлика е, че удължителните кабели се добавят към веригата. За тази цел конвенционалният меден кабел няма да работи, тъй като компенсационните кабели трябва задължително да бъдат направени от същите материали като термодвойките.

Материали на проводниците

Принципът на работа на термодвойката се основава на появата на потенциална разлика в проводниците. Следователно, подборът на електродни материали трябва да се подхожда много отговорно. Разликата в химичните и физичните свойства на металите е основен фактор в работата на термодвойката, чието устройство и принцип на действие се основават на възникването на самоиндуцирана ЕДС (потенциална разлика) в една верига.

Технически чистите метали не са подходящи за използване като термодвойка (с изключение на ARMKO желязо). Често се използват различни сплави от цветни и благородни метали. Такива материали имат стабилни физико-химични характеристики, така че показанията на температурата винаги ще бъдат точни и обективни. Стабилност и точност - ключовите качества в организацията на експеримента и производствения процес.

В момента най-често срещаните термодвойки от следните типове: E, J, K.

Термодвойка тип Е

Константан и хромел се използват като материали за проводници. Продуктите от този тип са се доказали по отношение на надеждността и точността на показанията. Доказателство за това - много положителни отзиви от експерти. Въпреки това, този състав показва точността на измерванията само в положителния температурен диапазон до 600 градуса по Целзий включително.

Термодвойка тип J

Според принципа на действие, термодвойката не се различава от предишната. Въпреки това, хромелът отстъпи пред чисто чисто желязо, което направи възможно да се разшири значително обхвата на работната температура, като същевременно се запази стабилността на показанията. Тя варира от -100 до 1200 градуса по Целзий.

Термодвойка тип K

Това е може би най-често използваният тип термодвойка. Чифт хромел - алуминий работи добре при температури от -200 до 1350 градуса по Целзий. Този тип термодвойка е силно чувствителен и улавя дори лек температурен скок. Благодарение на този набор от параметри термодвойката се използва както в производството, така и за научни изследвания. Но той също има значителен недостатък - влиянието на състава на работната атмосфера. Така че, ако този тип термодвойка работи в среда на CO ₂ , тогава термодвойката ще даде неправилни показания. Тази функция ограничава използването на този тип устройства. Схемата и принципът на действие на термодвойката остават непроменени. Единствената разлика е в химическия състав на електродите.

Тест за термодвойки

В случай на повреда на термодвойката не може да се поправи. Теоретично, разбира се, можете да го поправите, но дали след това устройството ще покаже точната температура е голям въпрос.

Понякога неизправността на термодвойката не е очевидна и очевидна. По-специално, това засяга газови колони. Принципът на работа на термодвойката е същият. Въпреки това, той изпълнява малко по-различна роля и не е предназначен да визуализира отчитанията на температурата, а да управлява клапаните. Следователно, за да се открие неизправността на такава термодвойка, е необходимо да се свърже към него измервателен уред (тестер, галванометър или потенциометър) и да се загрее връзката на термодвойката. За това не е необходимо да го държите над открит огън. Достатъчно е само да го държите в юмрук и да видите дали иглата на устройството ще се отклони.

Причините за отказ на термодвойките могат да бъдат различни. Така че, ако не поставите специално устройство за защита върху термодвойка, поставена във вакуумна камера на устройство за йонно-плазмено азотиране, с течение на времето тя ще стане по-крехка, докато някой от проводниците не се счупи. Освен това не се изключва вероятността от неизправност на термодвойката поради промени в химическия състав на електродите. В крайна сметка, основните принципи на работа на термодвойките са нарушени.

Газовото оборудване (котли, колони) също е оборудвано с термодвойки. Основната причина за повредата на електродите са окислителните процеси, които се развиват при високи температури.

В случаите, когато показанията на устройството са очевидно неверни, а по време на външен преглед не са открити слаби скоби, причината най-вероятно е в повредата на измервателния уред. В този случай той трябва да бъде върнат за ремонт. Ако имате подходящите квалификации, можете да опитате да разрешите проблема сами.

Както и да е, ако иглата на потенциометъра или цифровия индикатор показват поне някои "признаци на живот", тогава термодвойката е непокътната. В този случай проблемът очевидно се крие в нещо друго. И съответно, ако устройството не реагира на очевидни промени в температурата, тогава можете спокойно да смените термодвойката.

Въпреки това, преди да премахнете термодвойката и да поставите нова, трябва да сте напълно убедени в нейната неизправност. За да направите това, достатъчно е да извикате термодвойката с обикновен тестер, а още по-добре да измерите изходното напрежение. Само един обикновен волтметър едва ли ще помогне тук. Ще ви е необходим миливолтметър или тестер с възможност за избор на измервателна скала. В края на краищата, потенциалната разлика е много малка. А стандартното устройство дори няма да го усети и няма да го поправи.

Ползи от термодвойките

Защо в дългата история на експлоатация термодвойките не бяха заменени от по-сложни и модерни сензори за измерване на температурата? Да, по простата причина, че досега никое друго устройство не може да се конкурира с него.

Първо, термодвойките са относително евтини. Въпреки че цените могат да варират в широк диапазон в резултат на използването на някои защитни елементи и повърхности, конектори и съединители.

Второ, термодвойките се отличават с непретенциозност и надеждност, което им позволява успешно да работят в агресивни температурни и химически среди. Такива устройства са инсталирани дори в газови котли. Принцип на действие Термодвойката винаги остава непроменена, независимо от работните условия. Не всеки сензор от друг тип може да издържи подобен ефект.

Технологията на производство и производство на термодвойки е проста и лесна за прилагане на практика. Грубо казано - достатъчно е само да се завъртат или заварят краищата на жиците от различни метални материали.

Друга положителна характеристика е точността на измерванията и слабата грешка (само 1 градус). Тази точност е повече от достатъчна за нуждите на промишленото производство и за научните изследвания.

Недостатъци на термодвойките

Недостатъците на термодвойките не са толкова много, особено ако се сравняват с най-близките им конкуренти (температурни сензори от други видове), но те все още съществуват и би било несправедливо да се мълчи за тях.

Така, потенциалната разлика се измерва в миливолти. Затова е необходимо да се използват много чувствителни потенциометри. И ако смятате, че измервателните устройства не винаги могат да бъдат поставени в непосредствена близост до мястото за събиране на експериментални данни, тогава трябва да използвате някои усилватели. Това създава редица неудобства и води до ненужни разходи при организирането и подготовката на продукцията.