Θερμοστοιχείο, ένας από τους αισθητήρες θερμοκρασίας

Οι αισθητήρες θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται ευρέως και διατίθενται σε πολλούς τύπους, αλλά οι κύριοι κοινοί τύποι είναι: θερμοστοιχεία (PT100/PT1000), θερμοπήλες, θερμίστορ, ανιχνευτές θερμοκρασίας αντίστασης, και αισθητήρες θερμοκρασίας IC. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας IC περιλαμβάνουν δύο τύπους: αναλογικούς αισθητήρες εξόδου και ψηφιακούς αισθητήρες εξόδου. Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά υλικού και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων του αισθητήρα θερμοκρασίας, χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: θερμικές αντιστάσεις και θερμοστοιχεία. Τα θερμοστοιχεία έχουν γίνει η τυπική μέθοδος της βιομηχανίας για οικονομικά αποδοτική μέτρηση ενός ευρέος φάσματος θερμοκρασιών με λογική ακρίβεια. Χρησιμοποιούνται σε ποικίλες εφαρμογές έως περίπου +2500°C σε λέβητες, θερμοσίφωνες, φούρνους, και κινητήρες αεροσκαφών—για να αναφέρουμε μόνο μερικά.

Τύπος θερμοστοιχείο πλατίνα-ρόδιο Ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες 1600 μοίρες κορούνδιο σωλήνα

Θερμοστοιχείο αισθητήρα βελόνας αισθητήρα θερμοκρασίας PT100

3-σύρμα PT100 θερμοστοιχείο αντίστασης πλατίνας με θωρακισμένο καλώδιο

(1) Βασικός ορισμός των θερμοστοιχείων
Τα θερμοστοιχεία είναι ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα στοιχεία ανίχνευσης θερμοκρασίας στη βιομηχανία. Η αρχή λειτουργίας των θερμοστοιχείων βασίζεται στο φαινόμενο Seebeck, που είναι ένα φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο δύο αγωγοί διαφορετικών εξαρτημάτων συνδέονται στα δύο άκρα για να σχηματίσουν έναν βρόχο. Εάν οι θερμοκρασίες των δύο συνδετικών άκρων είναι διαφορετικές, δημιουργείται ένα θερμικό ρεύμα στον βρόχο.

Ως ένας από τους πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους αισθητήρες θερμοκρασίας στη βιομηχανική μέτρηση θερμοκρασίας, θερμοστοιχεία, μαζί με θερμικές αντιστάσεις πλατίνας, λογαριασμό για περίπου 60% του συνολικού αριθμού αισθητήρων θερμοκρασίας. Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνδυασμό με όργανα οθόνης για την άμεση μέτρηση της επιφανειακής θερμοκρασίας των υγρών, αναθυμίαση, αέρια μέσα και στερεά στην περιοχή των -40 έως 1800°C σε διάφορες παραγωγικές διαδικασίες. Τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν υψηλή ακρίβεια μέτρησης, ευρύ φάσμα μετρήσεων, απλή δομή και εύκολη χρήση.

(2) Βασική αρχή μέτρησης θερμοκρασίας θερμοστοιχείου
Το θερμοστοιχείο είναι ένα στοιχείο ανίχνευσης θερμοκρασίας που μπορεί να μετρήσει άμεσα τη θερμοκρασία και να τη μετατρέψει σε σήμα θερμοηλεκτρικού δυναμικού. Το σήμα μετατρέπεται στη θερμοκρασία του μετρούμενου μέσου μέσω ενός ηλεκτρικού οργάνου. Η αρχή λειτουργίας του θερμοστοιχείου είναι ότι δύο αγωγοί διαφορετικών εξαρτημάτων σχηματίζουν έναν κλειστό βρόχο. Όταν υπάρχει μια διαβάθμιση θερμοκρασίας, ρεύμα θα περάσει μέσα από τον βρόχο και θα δημιουργήσει ένα θερμοηλεκτρικό δυναμικό, που είναι το φαινόμενο Seebeck. Οι δύο αγωγοί του θερμοστοιχείου ονομάζονται θερμοστοιχεία, το ένα άκρο του οποίου είναι το άκρο εργασίας (υψηλότερη θερμοκρασία) και το άλλο άκρο είναι το ελεύθερο άκρο (συνήθως σε σταθερή θερμοκρασία). Σύμφωνα με τη σχέση μεταξύ θερμοηλεκτρικού δυναμικού και θερμοκρασίας, κατασκευάζεται μια ζυγαριά θερμοστοιχείου. Διαφορετικά θερμοστοιχεία έχουν διαφορετικές κλίμακες.

Όταν ένα τρίτο μεταλλικό υλικό συνδέεται στον βρόχο θερμοστοιχείου, αρκεί η θερμοκρασία των δύο επαφών του υλικού να είναι ίδια, το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που δημιουργείται από το θερμοστοιχείο θα παραμείνει αμετάβλητο και δεν θα επηρεαστεί από το τρίτο μέταλλο. Επομένως, κατά τη μέτρηση της θερμοκρασίας του θερμοστοιχείου, μπορεί να συνδεθεί ένα όργανο μέτρησης για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας του μετρούμενου μέσου μετρώντας το θερμοηλεκτρικό δυναμικό. Τα θερμοστοιχεία συγκολλούν αγωγούς ή ημιαγωγούς Α και Β σε κλειστό βρόχο.

Τα θερμοστοιχεία συγκολλούν δύο αγωγούς ή ημιαγωγούς Α και Β διαφορετικών υλικών μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν κλειστό βρόχο, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο σημείων προσάρτησης 1 και 2 των αγωγών Α και Β, μια ηλεκτροκινητική δύναμη δημιουργείται μεταξύ των δύο, σχηματίζοντας έτσι ένα ρεύμα συγκεκριμένου μεγέθους στον βρόχο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμοηλεκτρικό φαινόμενο. Τα θερμοστοιχεία λειτουργούν χρησιμοποιώντας αυτό το εφέ.

Δύο αγωγοί διαφορετικών εξαρτημάτων (που ονομάζονται καλώδια θερμοστοιχείου ή θερμά ηλεκτρόδια) συνδέονται και στα δύο άκρα για να σχηματίσουν έναν βρόχο. Όταν οι θερμοκρασίες των κόμβων είναι διαφορετικές, μια ηλεκτροκινητική δύναμη δημιουργείται στον βρόχο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμοηλεκτρικό φαινόμενο, και αυτή η ηλεκτροκινητική δύναμη ονομάζεται θερμοηλεκτρικό δυναμικό. Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούν αυτήν την αρχή για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Μεταξύ αυτών, το άκρο που χρησιμοποιείται απευθείας για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του μέσου ονομάζεται άκρο εργασίας (ονομάζεται επίσης άκρο μέτρησης), και το άλλο άκρο ονομάζεται ψυχρό άκρο (ονομάζεται επίσης τέλος της αποζημίωσης); το ψυχρό άκρο συνδέεται με το όργανο οθόνης ή το αντίστοιχο όργανο, και το όργανο οθόνης θα υποδεικνύει το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που δημιουργείται από το θερμοστοιχείο.

Τα θερμοστοιχεία είναι μετατροπείς ενέργειας που μετατρέπουν τη θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και μετρούν τη θερμοκρασία μετρώντας το παραγόμενο θερμοηλεκτρικό δυναμικό. Κατά τη μελέτη του θερμοηλεκτρικού δυναμικού των θερμοζευγών, πρέπει να σημειωθούν τα ακόλουθα ζητήματα:
1) Το θερμοηλεκτρικό δυναμικό ενός θερμοστοιχείου είναι συνάρτηση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των δύο άκρων του θερμοστοιχείου, όχι τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο άκρων του θερμοστοιχείου.
2) Το μέγεθος του θερμοηλεκτρικού δυναμικού που δημιουργείται από ένα θερμοστοιχείο δεν έχει καμία σχέση με το μήκος και τη διάμετρο του θερμοστοιχείου, αλλά μόνο με τη σύνθεση του υλικού του θερμοστοιχείου και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο άκρων, με την προϋπόθεση ότι το υλικό του θερμοστοιχείου είναι ομοιόμορφο.
3) Μετά τον προσδιορισμό της υλικής σύστασης των δύο συρμάτων θερμοστοιχείου του θερμοστοιχείου, το μέγεθος του θερμοηλεκτρικού δυναμικού του θερμοστοιχείου σχετίζεται μόνο με τη διαφορά θερμοκρασίας του θερμοστοιχείου. Εάν η θερμοκρασία του ψυχρού άκρου του θερμοστοιχείου παραμείνει σταθερή, το θερμοηλεκτρικό δυναμικό του θερμοστοιχείου είναι μόνο μια συνάρτηση μίας τιμής της τελικής θερμοκρασίας εργασίας.
Τα υλικά θερμοστοιχείου που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι:
(3) Τύποι και δομές θερμοστοιχείων
Πληκτρολογώ
Τα θερμοστοιχεία μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: τυπικά θερμοστοιχεία και μη τυποποιημένα θερμοστοιχεία. Το λεγόμενο τυπικό θερμοστοιχείο αναφέρεται σε ένα θερμοστοιχείο του οποίου το εθνικό πρότυπο ορίζει τη σχέση μεταξύ του θερμοηλεκτρικού του δυναμικού και της θερμοκρασίας, το επιτρεπόμενο σφάλμα, και έχει μια ενιαία τυπική κλίμακα. Διαθέτει αντίστοιχο όργανο οθόνης για επιλογή. Τα μη τυποποιημένα θερμοστοιχεία είναι κατώτερα από τα τυποποιημένα θερμοστοιχεία όσον αφορά το εύρος χρήσης ή την τάξη μεγέθους, και γενικά δεν έχουν ενιαία κλίμακα. Χρησιμοποιούνται κυρίως για μετρήσεις σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις.

Βασική δομή θερμοστοιχείων:
Η βασική δομή των θερμοστοιχείων που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της βιομηχανικής θερμοκρασίας περιλαμβάνει το καλώδιο θερμοστοιχείου, μονωτικό σωλήνα, προστατευτικός σωλήνας και κουτί διακλάδωσης, και τα λοιπά.

Συχνά χρησιμοποιούμενα καλώδια θερμοστοιχείου και οι ιδιότητές τους:
ΕΝΑ. Θερμοστοιχείο Platinum-rhodium 10-platinum (με αριθμό πτυχίου Σ, γνωστό και ως μονό θερμοστοιχείο πλατίνας-ρόδιου). Το θετικό ηλεκτρόδιο αυτού του θερμοστοιχείου είναι ένα κράμα πλατίνας-ρόδιου που περιέχει 10% ρόδιο, και το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι καθαρή πλατίνα;

Χαρακτηριστικά:
(1) Σταθερή θερμοηλεκτρική απόδοση, ισχυρή αντίσταση στην οξείδωση, κατάλληλο για συνεχή χρήση σε οξειδωτική ατμόσφαιρα, Η θερμοκρασία μακροχρόνιας χρήσης μπορεί να φτάσει τους 1300℃, όταν ξεπεράσει τους 1400℃, ακόμα και στον αέρα, το καθαρό σύρμα πλατίνας θα ανακρυσταλλωθεί, κάνοντας τους κόκκους χονδρούς και σπασμένους;
(2) Υψηλή ακρίβεια. Είναι ο υψηλότερος βαθμός ακρίβειας μεταξύ όλων των θερμοστοιχείων και χρησιμοποιείται συνήθως ως πρότυπο ή για τη μέτρηση υψηλότερων θερμοκρασιών;
(3) Μεγάλη γκάμα χρήσης, καλή ομοιομορφία και εναλλαξιμότητα;
(4) Τα κύρια μειονεκτήματα είναι: μικρό διαφορικό θερμοηλεκτρικό δυναμικό, τόσο χαμηλή ευαισθησία; ακριβή τιμή, χαμηλή μηχανική αντοχή, δεν είναι κατάλληλο για χρήση σε αναγωγική ατμόσφαιρα ή υπό συνθήκες μεταλλικών ατμών.

σι. Θερμοστοιχείο Platinum-rhodium 13-platinum (με αριθμό πτυχίου R, γνωστό και ως μονό θερμοστοιχείο πλατίνας-ρόδιου) Το θετικό ηλεκτρόδιο αυτού του θερμοστοιχείου είναι ένα κράμα πλατίνας-ρόδιου που περιέχει 13%, και το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι καθαρή πλατίνα. Σε σύγκριση με τον τύπο S, το δυνητικό ποσοστό του είναι περίπου 15% υψηλότερα. Άλλα ακίνητα είναι σχεδόν τα ίδια. Αυτός ο τύπος θερμοστοιχείου χρησιμοποιείται περισσότερο ως θερμοστοιχείο υψηλής θερμοκρασίας στην ιαπωνική βιομηχανία, αλλά χρησιμοποιείται λιγότερο στην Κίνα;

ντο. Platinum-rhodium 30-platinum-rhodium 6 θερμοστοιχείο (αριθμός διαίρεσης Β, επίσης γνωστό ως διπλό θερμοστοιχείο πλατίνας-ρόδιου) Το θετικό ηλεκτρόδιο αυτού του θερμοστοιχείου είναι ένα κράμα πλατίνας-ρόδιου που περιέχει 30% ρόδιο, και το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι ένα κράμα πλατίνας-ροδίου που περιέχει 6% ρόδιο. Σε θερμοκρασία δωματίου, το θερμοηλεκτρικό του δυναμικό είναι πολύ μικρό, έτσι τα καλώδια αντιστάθμισης γενικά δεν χρησιμοποιούνται κατά τη μέτρηση, και η επίδραση των αλλαγών της θερμοκρασίας του ψυχρού άκρου μπορεί να αγνοηθεί. Η θερμοκρασία μακροχρόνιας χρήσης είναι 1600℃, και η θερμοκρασία βραχυπρόθεσμης χρήσης είναι 1800℃. Επειδή το θερμοηλεκτρικό δυναμικό είναι μικρό, απαιτείται ένα όργανο απεικόνισης με υψηλότερη ευαισθησία.

Τα θερμοστοιχεία τύπου Β είναι κατάλληλα για χρήση σε οξειδωτικές ή ουδέτερες ατμόσφαιρες, και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για βραχυπρόθεσμη χρήση σε ατμόσφαιρες κενού. Ακόμη και σε μειωμένη ατμόσφαιρα, η ζωή του είναι 10 να 20 φορές αυτή του τύπου Β. φορές. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόδιά του είναι κατασκευασμένα από κράμα πλατίνας-ρόδιου, δεν έχει όλα τα μειονεκτήματα του αρνητικού ηλεκτροδίου του θερμοστοιχείου πλατίνας-ρόδιου-πλατίνας. Υπάρχει μικρή τάση μεγάλης κρυστάλλωσης σε υψηλή θερμοκρασία, και έχει μεγαλύτερη μηχανική αντοχή. Συγχρόνως, δεδομένου ότι έχει μικρότερη επίδραση στην απορρόφηση των ακαθαρσιών ή στη μετανάστευση του ροδίου, Το θερμοηλεκτρικό του δυναμικό δεν αλλάζει σοβαρά μετά από μακροχρόνια χρήση. Το μειονέκτημα είναι ότι είναι ακριβό (σε σχέση με το απλό λευκόχρυσο-ρόδιο).

ρε. Νικελίου-χρωμίου-νικελίου-πυριτίου (νικέλιο-αλουμίνιο) θερμοστοιχείο (Ο αριθμός βαθμολογίας είναι Κ) Το θετικό ηλεκτρόδιο αυτού του θερμοστοιχείου είναι ένα κράμα νικελίου-χρωμίου που περιέχει 10% χρώμιο, και το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι ένα κράμα νικελίου-πυριτίου που περιέχει 3% πυρίτιο (το αρνητικό ηλεκτρόδιο των προϊόντων σε ορισμένες χώρες είναι καθαρό νικέλιο). Μπορεί να μετρήσει τη μέση θερμοκρασία 0-1300℃ και είναι κατάλληλο για συνεχή χρήση σε οξειδωτικά και αδρανή αέρια. Η θερμοκρασία βραχυπρόθεσμης χρήσης είναι 1200℃, και η θερμοκρασία μακροχρόνιας χρήσης είναι 1000℃. Το θερμοηλεκτρικό του δυναμικό είναι Η σχέση θερμοκρασίας είναι περίπου γραμμική, η τιμή είναι φθηνή, και είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο θερμοστοιχείο αυτή τη στιγμή.

Το θερμοστοιχείο τύπου Κ είναι ένα θερμοστοιχείο βασικού μετάλλου με ισχυρή αντοχή στην οξείδωση. Δεν είναι κατάλληλο για χρήση γυμνού σύρματος σε κενό, που περιέχει θείο, ατμόσφαιρα που περιέχει άνθρακα, και εναλλασσόμενη ατμόσφαιρα οξειδοαναγωγής. Όταν η μερική πίεση οξυγόνου είναι χαμηλή, το χρώμιο στο ηλεκτρόδιο νικελίου-χρωμίου θα οξειδωθεί κατά προτίμηση, προκαλώντας μεγάλη αλλαγή στο θερμοηλεκτρικό δυναμικό, αλλά το μεταλλικό αέριο έχει μικρή επίδραση σε αυτό. Επομένως, Συχνά χρησιμοποιούνται μεταλλικοί προστατευτικοί σωλήνες.

Με κίτρινο αρσενικό βύσμα θερμοστοιχείο τύπου Κ με ελατήριο

Αισθητήρας θερμοκρασίας τύπου Κ με αισθητήρα από ανοξείδωτο χάλυβα

Αισθητήρας θερμοκρασίας θερμοστοιχείου από ανοξείδωτο ατσάλι τύπου K της σειράς WRN-K

Μειονεκτήματα των θερμοστοιχείων τύπου Κ:
(1) Η σταθερότητα του θερμοηλεκτρικού δυναμικού σε υψηλή θερμοκρασία είναι χειρότερη από αυτή των θερμοζευγών τύπου Ν και των θερμοστοιχείων πολύτιμων μετάλλων. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες (για παράδειγμα, πάνω από 1000°C), συχνά καταστρέφεται από την οξείδωση.
(2) Η βραχυπρόθεσμη σταθερότητα του θερμικού κύκλου είναι κακή στην περιοχή 250-500°C, ήτοι, στο ίδιο σημείο θερμοκρασίας, οι μετρήσεις του θερμοηλεκτρικού δυναμικού είναι διαφορετικές κατά τη διαδικασία θέρμανσης και ψύξης, και η διαφορά μπορεί να φτάσει τους 2-3°C.
(3) Το αρνητικό ηλεκτρόδιο υφίσταται μαγνητικό μετασχηματισμό στην περιοχή 150-200°C, με αποτέλεσμα η τιμή βαθμολόγησης στο εύρος της θερμοκρασίας δωματίου έως 230°C να αποκλίνει από τον πίνακα βαθμολόγησης. Προπαντός, όταν χρησιμοποιείται σε μαγνητικό πεδίο, Συχνά συμβαίνει παρεμβολή θερμοηλεκτρικού δυναμικού που είναι ανεξάρτητη από το χρόνο.
(4) Όταν εκτίθεται σε ακτινοβολία μεσαίου συστήματος υψηλής ροής για μεγάλο χρονικό διάστημα, στοιχεία όπως το μαγγάνιο (Mn) και το κοβάλτιο (Co) στο αρνητικό ηλεκτρόδιο υφίστανται μετασχηματισμό, καθιστώντας τη σταθερότητά του φτωχή, με αποτέλεσμα μια μεγάλη αλλαγή στο θερμοηλεκτρικό δυναμικό.

μι. Θερμοστοιχείο νικελίου-χρωμίου-πυριτίου-νικελίου-πυριτίου (Ν) Τα κύρια χαρακτηριστικά αυτού του θερμοστοιχείου είναι: ισχυρός έλεγχος θερμοκρασίας και αντίσταση στην οξείδωση κάτω από 1300℃, καλή μακροπρόθεσμη σταθερότητα και βραχυπρόθεσμη αναπαραγωγιμότητα θερμικού κύκλου, καλή αντοχή στην πυρηνική ακτινοβολία και τη χαμηλή θερμοκρασία. Εξάλλου, στην περιοχή 400-1300℃, η γραμμικότητα των θερμοηλεκτρικών χαρακτηριστικών του θερμοζεύγους τύπου Ν είναι καλύτερη από αυτή του τύπου Κ. Ωστόσο, το μη γραμμικό σφάλμα είναι μεγάλο στο εύρος χαμηλής θερμοκρασίας (-200-400℃), και το υλικό είναι σκληρό και δύσκολο στην επεξεργασία.

μι. Θερμοστοιχείο χαλκού-χαλκού-νικελίου (Τ) Θερμοστοιχείο τύπου Τ, το θετικό ηλεκτρόδιο αυτού του θερμοστοιχείου είναι καθαρός χαλκός, και το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι κράμα χαλκού-νικελίου (γνωστό και ως κονστάνταν). Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι: μεταξύ των θερμοστοιχείων βασικού μετάλλου, έχει την υψηλότερη ακρίβεια και καλή ομοιομορφία του θερμοηλεκτροδίου. Η θερμοκρασία λειτουργίας του είναι -200~350℃. Επειδή το θερμοστοιχείο χαλκού οξειδώνεται εύκολα και το φιλμ οξειδίου είναι εύκολο να πέσει, γενικά δεν επιτρέπεται να υπερβαίνει τους 300℃ όταν χρησιμοποιείται σε οξειδωτική ατμόσφαιρα, και είναι εντός της περιοχής των -200~300℃. Είναι σχετικά ευαίσθητα. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των θερμοστοιχείων χαλκού-σταθερού είναι ότι είναι φθηνά, και είναι τα φθηνότερα από πολλά τυποποιημένα προϊόντα που χρησιμοποιούνται συνήθως.

φά. Θερμοστοιχείο σιδήρου-constantan (Ο αριθμός βαθμολογίας είναι J)
Θερμοστοιχείο τύπου J, το θετικό ηλεκτρόδιο αυτού του θερμοστοιχείου είναι καθαρός σίδηρος, και το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι σταθερτάνη (κράμα χαλκού-νικελίου), που χαρακτηρίζεται από τη φθηνή τιμή του. Είναι κατάλληλο για μείωση ή αδρανή ατμόσφαιρα οξείδωσης υπό κενό, και το εύρος θερμοκρασίας είναι από -200~800℃. Ωστόσο, η συνήθως χρησιμοποιούμενη θερμοκρασία είναι μόνο κάτω από 500℃, γιατί μετά την υπέρβαση αυτής της θερμοκρασίας, ο ρυθμός οξείδωσης του σιδήρου θερμοστοιχείου επιταχύνεται. Εάν χρησιμοποιείται παχιά διάμετρος σύρματος, μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί σε υψηλή θερμοκρασία και έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Αυτό το θερμοστοιχείο είναι ανθεκτικό στη διάβρωση από το υδρογόνο (Η2) και μονοξείδιο του άνθρακα (CO) αέρια, αλλά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υψηλές θερμοκρασίες (π.χ. 500℃) θείο (μικρό) ατμόσφαιρες.

σολ. Νικέλιο-χρώμιο-χαλκό-νικέλιο (Κωνσταντάν) θερμοστοιχείο (κωδικός διαίρεσης Ε)
Το θερμοστοιχείο τύπου Ε είναι ένα σχετικά νέο προϊόν, με ένα θετικό ηλεκτρόδιο από κράμα νικελίου-χρωμίου και ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο από κράμα χαλκού-νικελίου (Κωνσταντάν). Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του είναι ότι μεταξύ των συνήθως χρησιμοποιούμενων θερμοστοιχείων, το θερμοηλεκτρικό του δυναμικό είναι το μεγαλύτερο, ήτοι, η ευαισθησία του είναι η υψηλότερη. Αν και το εύρος εφαρμογής του δεν είναι τόσο ευρύ όσο αυτό του Τύπου Κ, επιλέγεται συχνά υπό συνθήκες που απαιτούν υψηλή ευαισθησία, χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, και επιτρεπόμενη μεγάλη αντίσταση. Οι περιορισμοί στη χρήση είναι οι ίδιοι με αυτούς του Τύπου Κ, αλλά δεν είναι πολύ ευαίσθητο στη διάβρωση σε ατμόσφαιρες που περιέχουν υψηλή υγρασία.

Εκτός από τα παραπάνω 8 θερμοστοιχεία που χρησιμοποιούνται συνήθως, υπάρχουν επίσης θερμοστοιχεία βολφραμίου-ρηνίου, θερμοστοιχεία πλατίνας-ρόδιου, θερμοζευγών ιριδίου-γερμανίου, θερμοστοιχεία πλατίνας-μολυβδαινίου, και θερμοστοιχεία από μη μεταλλικό υλικό ως μη τυποποιημένα θερμοστοιχεία. Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει τη σχέση μεταξύ των προδιαγραφών υλικού και της διαμέτρου του καλωδίου των θερμοστοιχείων που χρησιμοποιούνται συνήθως και της θερμοκρασίας χρήσης:

Διάμετρος καλωδίου αριθμού διαβάθμισης θερμοστοιχείου (mm) Μακροπρόθεσμος Βραχυπρόθεσμος
SΦ0.513001600
RΦ0.513001600
BΦ0.516001800
KΦ1.28001000

(4) Αντιστάθμιση θερμοκρασίας του ψυχρού άκρου του θερμοστοιχείου
Προκειμένου να εξοικονομηθεί το κόστος των υλικών θερμοστοιχείου, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται πολύτιμα μέταλλα, ένα καλώδιο αντιστάθμισης χρησιμοποιείται συνήθως για την επέκταση του ψυχρού άκρου (ελεύθερο τέλος) του θερμοστοιχείου στο δωμάτιο ελέγχου όπου η θερμοκρασία είναι σχετικά σταθερή και συνδέστε το στον ακροδέκτη του οργάνου. Θα πρέπει να είναι σαφές ότι ο ρόλος του καλωδίου αντιστάθμισης θερμοστοιχείου περιορίζεται στην επέκταση του θερμοστοιχείου και στη μετακίνηση του ψυχρού άκρου του θερμοστοιχείου στον ακροδέκτη οργάνων στο δωμάτιο ελέγχου. Δεν μπορεί να εξαλείψει την επίδραση της αλλαγής της θερμοκρασίας του ψυχρού άκρου στη μέτρηση της θερμοκρασίας και δεν μπορεί να παίξει ρόλο αντιστάθμισης.

Μονωτικό σωλήνα

Τα άκρα εργασίας του θερμοστοιχείου είναι σταθερά συγκολλημένα μεταξύ τους, και τα θερμοστοιχεία πρέπει να προστατεύονται με μονωτικούς σωλήνες. Υπάρχουν πολλά διαθέσιμα υλικά για τη μόνωση των σωλήνων, που χωρίζονται κυρίως σε οργανικές και ανόργανες μονωτικές. Για το τέλος υψηλής θερμοκρασίας, Τα ανόργανα υλικά πρέπει να επιλέγονται ως μονωτικοί σωλήνες. Γενικά, Οι μονωτικοί σωλήνες αργίλου μπορούν να επιλεγούν κάτω από 1000℃, Οι σωλήνες υψηλής αλουμινίου μπορούν να επιλεγούν κάτω από 1300℃, και οι σωλήνες κορούνδιου μπορούν να επιλεγούν κάτω από 1600℃.

Προστατευτικός σωλήνας

Η λειτουργία του προστατευτικού σωλήνα είναι να εμποδίζει το ηλεκτρόδιο του θερμοστοιχείου από την άμεση επαφή με το μετρούμενο μέσο. Η λειτουργία του όχι μόνο παρατείνει τη διάρκεια ζωής του θερμοστοιχείου, αλλά παρέχει επίσης τη λειτουργία στήριξης και στερέωσης του θερμοηλεκτροδίου και ενίσχυσης της αντοχής του. Επομένως, η σωστή επιλογή σωλήνων προστασίας θερμοστοιχείου και μονωτικών υλικών είναι ζωτικής σημασίας για τη διάρκεια ζωής και την ακρίβεια μέτρησης του θερμοστοιχείου. Τα υλικά του προστατευτικού σωλήνα χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: μεταλλικά και μη.

Περίληψη:
Τα θερμοστοιχεία είναι συνήθως αισθητήρες που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανική μέτρηση θερμοκρασίας, που χαρακτηρίζονται από υψηλή ακρίβεια, οικονομία και δυνατότητα εφαρμογής σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών. Μετράει μετρώντας τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμού και του ψυχρού άκρου.

Προκειμένου να ληφθεί η θερμοκρασία του σημείου αίσθησης θερμού άκρου, είναι απαραίτητο να μετρήσετε τη θερμοκρασία του ψυχρού άκρου και να ρυθμίσετε ανάλογα την έξοδο του θερμοστοιχείου. Τυπικά, η ψυχρή διασταύρωση διατηρείται στην ίδια θερμοκρασία με την είσοδο της μονάδας επεξεργασίας σήματος θερμοστοιχείου μέσω ενός φύλλου υλικού με υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Ο χαλκός είναι ένα υλικό με ιδανική θερμική αγωγιμότητα (381W/mK). Η σύνδεση εισόδου πρέπει να είναι ηλεκτρικά απομονωμένη για να αποτραπεί η παρεμβολή του σήματος του θερμοστοιχείου στην αγωγιμότητα της θερμότητας στο τσιπ. Ολόκληρη η μονάδα επεξεργασίας σήματος βρίσκεται κατά προτίμηση σε αυτό το ισοθερμικό περιβάλλον.

Το εύρος σήματος του θερμοστοιχείου είναι συνήθως στο επίπεδο microvolt/℃. Η μονάδα επεξεργασίας σήματος θερμοστοιχείου είναι πολύ ευαίσθητη στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI), και η γραμμή θερμοστοιχείου συχνά παρεμβάλλεται από το EMI. Το EMI αυξάνει την αβεβαιότητα του λαμβανόμενου σήματος και βλάπτει την ακρίβεια των συλλεγόμενων δεδομένων θερμοκρασίας. Εξάλλου, Το ειδικό καλώδιο θερμοστοιχείου που απαιτείται για τη σύνδεση είναι επίσης ακριβό, και εάν δεν αντικατασταθούν προσεκτικά άλλοι τύποι καλωδίων, μπορεί να προκαλέσει δυσκολίες στην ανάλυση.

Δεδομένου ότι το EMI είναι ανάλογο με το μήκος της γραμμής, Οι συνήθεις επιλογές για την ελαχιστοποίηση των παρεμβολών είναι η τοποθέτηση του κυκλώματος ελέγχου κοντά στο σημείο ανίχνευσης, προσθέστε μια απομακρυσμένη πλακέτα κοντά στο σημείο ανίχνευσης, ή χρησιμοποιήστε πολύπλοκο φιλτράρισμα σήματος και θωράκιση καλωδίων. Μια πιο κομψή λύση είναι η ψηφιοποίηση της εξόδου του θερμοστοιχείου κοντά στο σημείο αίσθησης.

(5) Ροή παραγωγής διαδικασίας θερμοστοιχείου
Ο έλεγχος της διαδικασίας παραγωγής θερμοστοιχείων περιλαμβάνει τα ακόλουθα:
1) Επιθεώρηση καλωδίων: ελέγξτε τις γεωμετρικές διαστάσεις και το θερμοηλεκτρικό δυναμικό.
2) Επιθεώρηση καλωδίων αντιστάθμισης: ελέγξτε τις γεωμετρικές διαστάσεις και το θερμοηλεκτρικό δυναμικό.
3) Προετοιμάστε και επιθεωρήστε εξαρτήματα όπως πλαστικές υποδοχές, καπάκια αλουμινίου, πυρίμαχες βάσεις, χάρτινοι σωλήνες και μικροί χάρτινοι σωλήνες.
4) Συγκόλληση εν θερμώ: επαληθεύστε την ειδική ταχύτητα των αρμών συγκόλλησης και την ειδική ταχύτητα μήκους μέσω του διαγράμματος ελέγχου P.
5) Ανόπτηση σύρματος: συμπεριλαμβανομένης της πρωτογενούς ανόπτησης (ανόπτηση μετά από πλύση με αλκάλια και πλύση με οξύ) και δευτερογενής ανόπτηση (ανόπτηση αφού περάσετε από το σωλήνα σχήματος U), έλεγχος της θερμοκρασίας και του χρόνου ανόπτησης.
6) Επιθεώρηση διαδικασίας: συμπεριλαμβανομένης της κρίσης πολικότητας, αντοχή βρόχου και ποιότητα εμφάνισης καθώς και έλεγχος γεωμετρικών διαστάσεων.
7) Συγκόλληση ψυχρού άκρου: έλεγχος της τάσης συγκόλλησης, ελέγξτε το σχήμα της ένωσης συγκόλλησης και το σφαιρικό μέγεθος.
8) Συναρμολόγηση και έκχυση: συναρμολογήστε όπως απαιτείται, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου της θέσης hot end και της απόστασης του καλωδίου αντιστάθμισης. Οι απαιτήσεις έκχυσης περιλαμβάνουν προετοιμασία τσιμέντου, θερμοκρασία και χρόνος ψησίματος, και μέτρηση αντίστασης μόνωσης.
9) Τελική επιθεώρηση: Ελέγξτε τη γεωμετρία, αντίσταση βρόχου, θετική και αρνητική πολικότητα και αντίσταση μόνωσης.

(6) Εφαρμογή αισθητήρων θερμοστοιχείου
Τα θερμοστοιχεία σχηματίζονται συνδέοντας δύο διαφορετικούς αγωγούς μεταξύ τους. Όταν οι διασταυρώσεις μέτρησης και αναφοράς βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, η λεγόμενη θερμοηλεκτρομαγνητική δύναμη (EMF) δημιουργείται. Σκοπός σύνδεσης Η διασταύρωση μέτρησης είναι το τμήμα της διασταύρωσης θερμοστοιχείου που βρίσκεται στη μετρούμενη θερμοκρασία.

Η διασταύρωση αναφοράς παίζει το ρόλο της διατήρησης μιας γνωστής θερμοκρασίας ή της αυτόματης αντιστάθμισης για τις αλλαγές θερμοκρασίας στο θερμοστοιχείο. Σε συμβατικές βιομηχανικές εφαρμογές, το στοιχείο θερμοστοιχείου συνδέεται συνήθως με τον σύνδεσμο, ενώ η διασταύρωση αναφοράς συνδέεται σε ελεγχόμενο περιβάλλον με σχετικά σταθερή θερμοκρασία μέσω κατάλληλου καλωδίου επέκτασης θερμοστοιχείου. Ο τύπος της διασταύρωσης μπορεί να είναι μια διασταύρωση θερμοστοιχείου συνδεδεμένη με κέλυφος ή μια σύνδεση θερμοστοιχείου με μόνωση.

Η διασταύρωση θερμοστοιχείου που συνδέεται με κέλυφος συνδέεται με το τοίχωμα του ανιχνευτή μέσω φυσικής σύνδεσης (συγκόλληση), και η θερμότητα μεταφέρεται από το εξωτερικό στη διασταύρωση μέσω του τοιχώματος του καθετήρα για να επιτευχθεί καλή μεταφορά θερμότητας. Αυτός ο τύπος διασταύρωσης είναι κατάλληλος για τη μέτρηση της θερμοκρασίας στατικών ή ρεόντων διαβρωτικών αερίων και υγρών, καθώς και ορισμένες εφαρμογές υψηλής πίεσης.

Τα μονωμένα θερμοστοιχεία έχουν συνδέσεις που χωρίζονται από το τοίχωμα του καθετήρα και περιβάλλονται από μια μαλακή σκόνη. Αν και τα μονωμένα θερμοστοιχεία έχουν πιο αργή απόκριση από τα θερμοστοιχεία με κέλυφος, παρέχουν ηλεκτρική μόνωση. Τα μονωμένα θερμοστοιχεία συνιστώνται για μέτρηση σε διαβρωτικά περιβάλλοντα, όπου το θερμοστοιχείο είναι πλήρως ηλεκτρικά απομονωμένο από το περιβάλλον περιβάλλον με μια ασπίδα θήκης.

Τα εκτεθειμένα θερμοστοιχεία επιτρέπουν στην κορυφή της διασταύρωσης να διεισδύσει στο περιβάλλον. Αυτός ο τύπος θερμοστοιχείου παρέχει τον καλύτερο χρόνο απόκρισης, αλλά είναι κατάλληλο μόνο για μη διαβρωτικό, μη επικίνδυνο, και εφαρμογές χωρίς πίεση. Ο χρόνος απόκρισης μπορεί να εκφραστεί με όρους χρονικής σταθεράς, που ορίζεται ως ο χρόνος που απαιτείται για να αλλάξει ο αισθητήρας 63.2% από την αρχική τιμή στην τελική τιμή στο ελεγχόμενο περιβάλλον. Τα θερμοστοιχεία με εκτεθειμένο τερματικό έχουν τη μεγαλύτερη ταχύτητα απόκρισης, και όσο μικρότερη είναι η διάμετρος του περιβλήματος του ανιχνευτή, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα απόκρισης, αλλά όσο χαμηλότερη είναι η μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία μέτρησης.

Τα θερμοστοιχεία προέκτασης χρησιμοποιούν καλώδιο επέκτασης για να μεταφέρουν τη διασταύρωση αναφοράς από το θερμοστοιχείο σε ένα καλώδιο στο άλλο άκρο, που συνήθως βρίσκεται σε ελεγχόμενο περιβάλλον και έχει τα ίδια χαρακτηριστικά θερμοκρασίας-ηλεκτρομαγνητικής συχνότητας με το θερμοστοιχείο. Όταν συνδεθεί σωστά, το καλώδιο επέκτασης μεταφέρει το σημείο σύνδεσης αναφοράς στο ελεγχόμενο περιβάλλον.