Термодвойка

от Уикипедия, свободната енциклопедия


За тази статия някой е преценил, че се нуждае от вниманието на редактор с по-задълбочени познания по Физика.
Моля, помогнете да се намери такъв редактор или подобрете тази страница, ако можете.


За информацията в тази статия или раздел не са посочени източници.
Имайте предвид, че това може да стане причина за изтриването на информацията или за предлагането за изтриване на цялата статия.
Табела за ремонт

Тази статия се нуждае от подобрение.

Необходимо е: Да се пренапише от човек, който познава българските термини и има сериозни познания в областта на термодинамиката.. Ако желаете да помогнете на Уикипедия, просто щракнете на редактиране и нанесете нужните корекции.

В електрониката, термодвойките са широко използван тип температурни сензори за превръщане на температурната разлика в електрическа потенциална разлика. Те са евтини и заменяеми и могат да измерват широк спектър температури. Главното им ограничение е точността: грешка под 1 °C трудно могат да се постигнат.

Съдържание

[редактиране] Принцип на действие

През 1821, немско-естонския физик Томас Йохан Зеебек открил, че когато някой проводник бъде нагрят неравномерно той ще генерира напрежение. Това е известния термоелектрически ефект или ефект на Зеебек.Всеки опит за измерване на това напрежение налага свързването на друг проводник към горещия край. Този допълнителен проводник следователно също ще бъде подложен на изменение на температурата си и ще създаде напрежение противопоставящо се на напрежението в разглеждания проводник. За щастие, големината на ефекта зависи и от материала на използвания проводник. Използване на различен метал при втория проводник за завършване на контура ще доведе създаване на различаващо се напрежение(от напрежението на първия), оставяйки все пак малка разлика между напреженията достатъчна за измерване, която се увеличава с температурата. Тази разлика обикновенно е между 1 и 70 микроволта за градус Целзиий в съвременните комбинации от метали. Определени комбинации са станали индустриални стандарти, заради тяхната цена, достъпност, удобство, точка на топене, химически свойства, стабилност и изходен сигнал (напрежение).

Важно е да се отбележи, че термодвойките мерят температурна разлика между две точки, не абсолютна температура. Традиционно, единия студения край се „поддържа“(има постоянна температура) на една известна температура, докато другия е свързан към сондата.


Термодвойка
Термодвойка

На изображението горе е показано следното:

Горното изображение показва принципна термодвойка, а долното показва практическото изпълнение. Топлия край на термодвойка Т1, който е в мястото на мерене на температурата се извежда посредством черния проводник, а студения Т2 посредством втора термодвойка извежда другия край към измервателния уред, в който обикновенно, след известна корекция се изчислява резултата.

Термодвойките могат да бъдат свързвани последователно една за друга образувайки термоелектрична батерия, където всички топли краища са изложени на по-висока температура, а всички студени на по-ниска. Така, се сумират напреженията от всичките. Използвайки радиоактивния разпад на някои изотопи на урана като източник на топлина, термелектричните батерии служат да захранят космически кораби на мисии твърде далеч от слънцето, където слънчевата светлина не може да се използва като източник.

В практиката често не е известна температурата на студения край на термодвойката затова се вграждат допълнителни термочувствителни устройства(термистори или диоди)за да се измери температурата на входа на инструмента, като се предприемат специални мерки за намаляване на температурните разлики на клемите. Така, напрежението на студения край може да бъде симулирано и с негова помощ да се поправи крайния резултат от измерването. Това е известно като компенсация на студената връзка(cold junction compensation). По принцип тази компенсация може да се изпълни и от софтуер.Напреженията на устроството могат да бъдат преобразувани в измерена температура по два метода: чрез сравнителни таблици осреднени чрез коефициенти.

Обикновенно термодвойката е свързано с отчитащото устройство посредством специални проводници известни като "компенсационни" или "удължителни". Термините са специфични. „Удължителни проводници“ се използва за проводници за такива възможно най-близки до използваните в термодвойката. Макар и не съвсем евтини тези проводници дават възможност за удобно свързване на големи разстояния. Използването им е възможно в тесен температурен интервал но пък позволяват относително голяма точност.

„Компенсационните проводници“ от друга страна са не толкова точни но пък доста по-евтини. Те са направени от сплави на медта но с термоелектрически коефициенти близки до материалите в термодвойката, но не осигуряващи такава точност като „удължителните проводници“. За да бъдат грешките при измервания обаче приемливи температурните граници, в коите могат да се използват са строго определени.

„Компенсационния“ или „удължителния“ проводник в крайна сметка трябва да се избира подобен на термодвойката. Той създава пропорционално напрежение на това на термодвойката и с правилната полярност, за да може допълнителното напрежение да се добави към това на термодвойката компенсирайки температурната разлика между студения и топлия край.

[редактиране] Зависимост „температура-напрежение“

Зависимостта между температурната разлика и напрежението на изхода на термодвойката е нелинейна и се дава като една интерполация на полиноми.

T = \sum_{n = 0}^N a_n v^n

като коефициентите an се дават за n от 0 до 5-9.

За постигането на точни измервания уравнението обикновенно се смята в цифров контролер или чрез сравнителна таблица. Някой стари устройста ползват аналогови филтри за целта.

[редактиране] Видове термодвойки

Множество термодвойки са възможни, в зависимост от измерванията(промишлени, научни, медицински и др.)Избират се обикновенно според температурния обхват и чувствителността. Термодвойки с ниска чувствителност(B, R, и S тип)- за по обикновенни нужди. Друг критерий включва инертността материала на термодвойката и дали е магнитен. Термодвойките по-долу са подредени като на първо място е положителния електрод, а след това отрицателния.

Тип K -- Хромел (Никел-Хром сплав) / Алумел (Никел-Алуминий сплав)

Това е най-широко използваната термодвойка за обикновенни цели. Тя не е скъпа и поради своята популярност, налична в най-различни варианти сонди. Обхват от −200 °C до +1200 °C. Тип К бе създаден по времето,когато металургията не бе така напреднала както днес, следователно със показатели вариращи между отделните образци. Един друг потенциален проблем възниква в ситуации, когато един от съставните материали е магнитен(Никела). Характеристиката на термодвойката понася драматично изменение, когато магнитния материал достигне [[„точката на Кюри“|, за тази термодвойка 354°С. Чувствителността е средно 41 µV/°C.

Тип E -- Хромел / Константан (Мед-Никел сплав)
Тип E има голямо изходно напрежение (68 µV/°C) което го прави много подходящ за криогенни изследвания. Освен това не е магнитен.
Тип J -- Желязо / Константан
Ограничения обхват (−40 до +750 °C)прави тип J по-малко популярен от тип К. The main application is with old equipment that cannot accept modern thermocouples. J типа не може да бъде използван над 760 °C поради предизвикваното трайно разстройване следствие магнитни трансформации. Магнитните свойства също така пречат за използването му за някои приложения. Tип J има чувстивителност ~52 µV/°C.
Тип N -- Никросил (Никел-Хром-Силикон сплав) / Нисил (Никел-Силикон сплав)
Високата стабилност и устойчивост на вискоко-температурно окисление правят тип N подходящ за високо-температурни измервания на ниска цена в сравнение с платиннените (B, R, S) типове. Те могат да издържат температури над 1200 °C. Чувствителността е около 39 µV/°C при 900°C, малко по-ниска от Type K. Проектирани да бъдат усъвършенстван тип K, стават все по-популярни.

Термодвойки типове B, R, и S са всичкиблагородни метали. Те са най-стабилни от всички видове термодвойки, но поради ниската си чувствителност (средно 10 µV/°C) се използват обикновенно само за високо-температурни измервания(>300 °C).

Тип B -- Платина 30% Родий / Платина 6% Родий
Подходящи за високо-температурни измервания до 1800 °C. Тип B термодвойки (поради формата на тяхната температурно-напреженова крива) дават един и същ изход при 0 °C и 42 °C. Това ги прави неизползваеми под 50 °C.
Тип R -- Платина 13% Родий / Платина
Подходящи за високо-температурни измервания до 1600 °C. Ниската чувствителност (10 µV/°C) и висока цена не позволяват широката им употреба.
Тип S -- Платина 10% Родий / Платина
Подходящи за високо-температурни измервания до 1600 °C. Ниската чувствителност (10 µV/°C) и висока цена не позволяват широката им употреба.Поради високата им стабилност, тип S се използва като стандарт при калибрирането на точката на топене на златото. (1064.43 °C).
Тип T -- Мед / Константан
Подходящ за измервания в −200 до 350 °C обхват. Много подходящ за мерения на разлики тъй като сондите имат контакт само с мед. Тъй като и двата проводника са немагнитни, типа T тези термодвойки са особенно популярни в електрическите генератори, които имат силни електромагнитни полета. Тип T имат чувствителност ~43 µV/°C.
Тип C -- Волфрам 5% Рений / Волфрам 26% Рений
Подходящи за измервания от 32 до 4208°F ((0 до 2320°C). Тези термодвойки се използват във вакумни пещи и никога не трябва да бъдат използвани при наличие на кислород при температури над 500°F(260°C).
Тип M -- Никел сплав 19 / Никел-Молибден сплав 20
Същото приложение както тип С. Горен обхват 2500°F (~1400°C).

[редактиране] Обозначения

Термодвойките имат цветово означение на изолацията, което обаче е различно в някои страни.

International Thermocouple Color Codes

[редактиране] Приложения

Термодвойките са най-подходящи за измервания в широк температурен обхват 1800 К. Те са по-малко подходящи за приложения, където по-малки температурни разлики трябва да се измерват с по-голяма точност, например за обхват 0-100 °C се иска 0.1 °C точност. За такива употреби се ползват термистори или термосъпротивления(RTD).

[редактиране] Стоманена промишленост

Тип B, S, R и K термодвойките се използват широко в стоманодобивната промишленост за следене температурите и състава по време на леенето на пеща. Тип S се използват в електродъговите пещи за точно измерване на температурата на стоманата преди изливане. Кривата на охлаждането на малко количество стомана просто и бързо може да бъде анализирана за да се разбере въглеродното съдържание на разстопената стомана.

[редактиране] Приложение в нагревателни уреди

Много газови отоплителни уреди използват първоначално запалване преди основното, което носи риска при изгасване поради някаква причина на това запалване преди да е запален основния газ да се получи ескплозия и възпламеняване на основното гориво изпуснато в помещението или задушаване на хората в него. В тези уреди често термодвойка следи дали гори запалващия огън и ако е изгаснал подават сигнал за затваряне на вентила на горивото, като по този начин предотвратяват опасните последствия.


[редактиране] Външни препратки


Тази страница, частично или изцяло, представлява превод на страницата Thermocouple от сайта http://en.wikipedia.org. Оригиналната страница, както и този превод, са защитени от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, за да видите списъка на съавторите.