Què és un termoparell: principi de treball i les seves aplicacions

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





L'any 1821, un físic, a saber 'Thomas Seebeck', va revelar que quan es connectaven dos cables metàl·lics diferents als dos extrems d'una unió en un circuit quan la temperatura s'aplicava a la unió, hi haurà un flux de corrent a través de el circuit que es coneix com a camp electromagnètic (CEM). L’energia produïda pel circuit s’anomena Efecte Seebeck. Utilitzant l’efecte de Thomas Seebeck com a guia, els dos físics italians, a saber, Leopoldo Nobili i Macedonio Melloni, van col·laborar en el disseny d’una bateria termoelèctrica l’any 1826, que s’anomena multiplicador tèrmic, que es va basar en el descobriment de la termoelectricitat de Seebeck fusionant un galvanòmetre així com una termopila per calcular la radiació. Pel seu esforç, algunes persones van identificar Nobili com el descobridor del termoparell.

Què és un termoparell?

El termoparell es pot definir com un tipus de temperatura sensor que s'utilitza per mesurar la temperatura en un punt específic en forma de CEM o un corrent elèctric. Aquest sensor comprèn dos cables metàl·lics diferents que es connecten junts en una unió. La temperatura es pot mesurar en aquesta unió i el canvi de temperatura del fil metàl·lic estimula les tensions.




Termoparell

Termoparell

La quantitat de CEM generada al dispositiu és molt petita (milivolts), de manera que s’han d’utilitzar dispositius molt sensibles per calcular l’emf produït al circuit. Els dispositius habituals que s’utilitzen per calcular l’e.m.f són el potenciòmetre d’equilibri de tensió i el galvanòmetre ordinari. A partir d’aquests dos, s’utilitza físicament o mecànicament un potenciòmetre d’equilibri.



Principi de treball del termoparell

El principi del termoparell depèn principalment dels tres efectes: Seebeck, Peltier i Thompson.

Veure efecte beck

Aquest tipus d’efecte es produeix entre dos metalls diferents. Quan la calor s’ofereix a qualsevol dels cables metàl·lics, el flux d’electrons es subministra des de filferro de metall calent fins a filferro de metall fred. Per tant, el corrent continu estimula el circuit.


Efecte Peltier

Aquest efecte Peltier és oposat a l’efecte Seebeck. Aquest efecte afirma que la diferència de temperatura es pot formar entre dos conductors diferents, aplicant la variació de potencial entre ells.

Efecte Thompson

Aquest efecte afirma que a mesura que dos metalls dispars es fixen junts i si formen dues juntes, la tensió indueix la longitud total del conductor a causa del gradient de temperatura. Es tracta d’una paraula física que demostra el canvi de velocitat i direcció de temperatura en una posició exacta.

Construcció de termoparell

A continuació es mostra la construcció del dispositiu. Consta de dos cables metàl·lics diferents que es connecten junts a l'extrem de la unió. La cruïlla pensa com el final de mesura. L’extrem de la unió es classifica en tres tipus, és a dir, unió sense connexió a terra, a terra i exposada.

Construcció de termoparells

Construcció de termoparells

Ungrounded-Junction

En aquest tipus de juntes, els conductors estan totalment separats de la coberta protectora. Les aplicacions d’aquesta unió inclouen principalment treballs d’aplicació a alta pressió. El principal avantatge d’utilitzar aquesta funció és disminuir l’efecte de camp magnètic perdut.

Unió a terra

En aquest tipus de juntes, els cables metàl·lics, així com la coberta de protecció, estan connectats entre si. Aquesta funció s’utilitza per mesurar la temperatura de l’atmosfera àcida i proporciona resistència al soroll.

Exposició-unió

La unió exposada és aplicable a les zones on es requereix una resposta ràpida. Aquest tipus d’unió s’utilitza per mesurar la temperatura del gas. El metall utilitzat per fabricar el sensor de temperatura depèn bàsicament del rang de temperatura calculat.

En general, un termopar es dissenya amb dos cables metàl·lics diferents, és a dir, ferro i constant, que fan que l'element de detecció es connecti en una unió que s'anomena junta calenta. Consta de dues unions, una d’unió està connectada per un voltímetre o transmissor on la unió freda i la segona unió s’associen en un procés que s’anomena unió calenta.

Com funciona un termoparell?

El diagrama de termoparells es mostra a la imatge següent. Aquest circuit es pot construir amb dos metalls diferents i s’acoblen generant dues unions. Els dos metalls estan envoltats per la connexió mitjançant soldadura.

Al diagrama anterior, les unions es denoten per P & Q, i les temperatures per T1 i T2. Quan la temperatura de la unió és diferent entre si, la força electromagnètica es genera al circuit.

Circuit de termoparells

Circuit de termoparells

Si el temperat a l'extrem de la unió es converteix en equivalent, llavors l'equivalent, així com la força electromagnètica inversa, es produeix al circuit i no hi ha flux de corrent a través d'ell. De la mateixa manera, la temperatura a l'extrem de la unió es desequilibra i la variació de potencial indueix en aquest circuit.

La magnitud de la força electromagnètica que indueix al circuit depèn del tipus de material utilitzat per a la fabricació de termoparells. Les eines de mesura calculen tot el flux de corrent al llarg del circuit.

La força electromagnètica induïda al circuit es calcula mitjançant la següent equació

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

On ∆Ө és la diferència de temperatura entre l'extrem de la unió de termoparell calent i l'extrem de la unió de termoparell de referència, a & b són constants

Tipus de termoparells

Abans d’anar amb una discussió sobre els tipus de termoparells, s’ha de considerar que cal protegir el termoparell en un estoig protector per aïllar-lo de les temperatures atmosfèriques. Aquesta cobertura minimitzarà significativament l’impacte de la corrosió sobre el dispositiu.

Per tant, hi ha molts tipus de termoparells. Vegem-ne detalladament.

Escriviu K. - També s’anomena termoparell tipus níquel-crom / níquel-alumini. És el tipus més utilitzat. Té les característiques de fiabilitat, precisió i econòmica millorades i pot funcionar per a intervals de temperatura ampliats.

Tipus K.

Tipus K.

Els rangs de temperatura són:

Filferro de grau de termoparell - -454F a 2300F (-270.)0C a 12600C)

Cable d'extensió (00C a 2000C)

Aquest tipus K té un nivell de precisió de

Estàndard +/- 2.2C o +/- 0.75% i els límits especials són +/- 1.1C o 0.4%

Escriviu J - És una barreja de ferro / Constantan. Aquest és també el tipus de termoparell més utilitzat. Té les característiques de fiabilitat, precisió i econòmica millorades. Aquest dispositiu només es pot utilitzar per a intervals de temperatura menors i té una vida útil curta quan s’utilitza a un rang elevat de temperatures.

Tipus J

Tipus J

Els rangs de temperatura són:

Filferro de grau de termoparell - -346F a 1400F (-210.)0C a 7600C)

Cable d'extensió (00C a 2000C)

Aquest tipus J té un nivell de precisió de

Estàndard +/- 2.2C o +/- 0.75% i els límits especials són +/- 1.1C o 0.4%

Tipus T - És una barreja de coure / Constantan. El termoparell tipus T manté una major estabilitat i generalment s’implementa per a aplicacions de temperatura inferior, com ara congeladors de temperatura ultra baixa i criogènica.

Tipus T

Tipus T

Els rangs de temperatura són:

Filferro de grau de termoparell - -454F a 700F (-270.)0C a 3700C)

Cable d'extensió (00C a 2000C)

Aquest tipus T té un nivell de precisió de

Estàndard +/- 1,0C o +/- 0,75% i els límits especials són +/- 0,5C o 0,4%

Tipus E - És una barreja de níquel-crom / Constantan. Té una capacitat de senyal més gran i una precisió millorada en comparació amb la de les parelles de tipus K i J quan es treballa a ≤ 1000F.

Tipus E

Tipus E

Els rangs de temperatura són:

Filferro de grau de termoparell - -454F a 1600F (-270.)0C a 8700C)

Cable d'extensió (00C a 2000C)

Aquest tipus T té un nivell de precisió de

Estàndard +/- 1,7C o +/- 0,5% i els límits especials són +/- 1,0C o 0,4%

Tipus N - Es considera un termoparell Nicrosil o Nisil. Els nivells de temperatura i precisió del tipus N són similars al tipus K. Però aquest tipus és més car que el tipus K.

Tipus N.

Tipus N.

Els rangs de temperatura són:

Filferro de grau de termoparell - -454F a 2300F (-270.)0C a 3920C)

Cable d'extensió (00C a 2000C)

Aquest tipus T té un nivell de precisió de

Estàndard +/- 2.2C o +/- 0.75% i els límits especials són +/- 1.1C o 0.4%

Tipus S. - Es considera termoparell Platí / Rodi o 10% / Platí. El termoparell tipus S està extremadament implementat per a aplicacions de gamma alta temperatura, com ara en organitzacions de biotecnologia i farmàcies. Fins i tot s’utilitza per a aplicacions de rang de temperatura inferior a causa de la seva major precisió i estabilitat.

Tipus S.

Tipus S.

Els rangs de temperatura són:

Filferro de grau de termoparell - -58F a 2700F (-500C al 14800C)

Cable d'extensió (00C a 2000C)

Aquest tipus T té un nivell de precisió de

Estàndard +/- 1,5C o +/- 0,25% i els límits especials són +/- 0,6C o 0,1%

Escriviu R - Es considera termoparell Platí / Rodi o 13% / Platí. El termoparell tipus S està extremadament implementat per a aplicacions de gamma alta temperatura. Aquest tipus s’inclou amb una quantitat més alta de rodi que el tipus S, cosa que fa que el dispositiu sigui més costós. Les característiques i el rendiment dels tipus R i S són gairebé similars. Fins i tot s’utilitza per a aplicacions de rang de temperatura inferior a causa de la seva major precisió i estabilitat.

Tipus R.

Tipus R.

Els rangs de temperatura són:

Filferro de grau de termoparell - -58F a 2700F (-500C al 14800C)

Cable d'extensió (00C a 2000C)

Aquest tipus T té un nivell de precisió de

Estàndard +/- 1,5C o +/- 0,25% i els límits especials són +/- 0,6C o 0,1%

Tipus B. - Es considera un 30% de termoparell de platí rodi o un 60% de termoparell de platí rodi. Això s’utilitza àmpliament en el rang més alt d’aplicacions de temperatura. De tots els tipus esmentats anteriorment, el tipus B té el límit màxim de temperatura. Als nivells de temperatura augmentada, el termoparell tipus B mantindrà una major estabilitat i precisió.

Tipus B.

Tipus B.

Els rangs de temperatura són:

Fil de grau de termoparell - 32F a 3100F (00C a 17000C)

Cable d'extensió (00C a 1000C)

Aquest tipus T té un nivell de precisió de

Estàndard +/- 0,5%

Els tipus S, R i B es consideren termoparells de metall noble. Es trien perquè poden funcionar fins i tot a rangs d’alta temperatura, proporcionant una gran precisió i una llarga vida útil. Però, en comparació amb els tipus de metalls bàsics, són més cars.

En triar un termoparell, cal tenir en compte molts factors que s’adapten a les seves aplicacions.

  • Comproveu quins són els intervals de temperatura baixa i alta necessaris per a la vostra aplicació?
  • Quin pressupost del termoparell s'ha d'utilitzar?
  • Quin percentatge de precisió s’ha d’utilitzar?
  • En quines condicions atmosfèriques funciona el termoparell, com ara gasos inerts o oxidants
  • Quin és el nivell de resposta que s’espera que significa la rapidesa amb què el dispositiu ha de respondre als canvis de temperatura?
  • Quin és el període de vida necessari?
  • Comproveu abans de l'operació que el dispositiu estigui immers o no a l'aigua i a quin nivell de profunditat?
  • L’ús del termoparell serà intermitent o continu?
  • El termoparell se sotmetrà a torçar-se o flexionar-se durant tota la vida útil del dispositiu?

Com se sap si té un termoparell dolent?

Per saber si un termopar funciona perfectament, cal que proveu el dispositiu. Abans d’anar amb la substitució del dispositiu, s’ha de comprovar que realment funciona o no. Per fer-ho, n'hi ha prou amb un multímetre i coneixements bàsics d'electrònica. Hi ha principalment tres mètodes per provar el termopar mitjançant un multímetre i s’expliquen a continuació:

Prova de resistència

Per realitzar aquesta prova, el dispositiu s’ha de col·locar en una línia d’aparells de gas i l’equip necessari és un multímetre digital i clips de cocodril.

Procediment: connecteu els clips de cocodril a les seccions del multímetre. Col·loqueu els clips als dos extrems del termoparell on es plegarà un extrem a la vàlvula de gas. Ara, enceneu el multímetre i anoteu les opcions de lectura. Si el multímetre mostra ohms en un ordre reduït, el termoparell està en perfecte estat de funcionament. O bé, si la lectura és de 40 ohms o més, no es troba en bon estat.

Prova de circuit obert

Aquí, l’equip utilitzat són clips de cocodril, un encenedor i un multímetre digital. Aquí, en lloc de mesurar la resistència, es calcula la tensió. Ara, amb l’encenedor escalfeu un dels extrems del termoparell. Quan el multímetre mostra una tensió d'entre 25-30 mV, funciona correctament. O bé, quan el voltatge s’acosta als 20 mV, s’ha de substituir el dispositiu.

Prova de circuit tancat

Aquí, l’equip utilitzat són clips de cocodril, adaptador de termoparell i multímetre digital. Aquí, l'adaptador es col·loca dins de la vàlvula de gas i, a continuació, el termopar es col·loca a una vora de l'adaptador. Ara, engegueu el multímetre. Quan la lectura oscil·la entre els 12 i els 15 mV, el dispositiu es troba en bon estat. O bé, quan la lectura de tensió baixa per sota de 12 mV, indica un dispositiu defectuós.

Per tant, mitjançant els mètodes de prova anteriors es pot esbrinar si un termopar funciona correctament o no.

Quina diferència hi ha entre termòstat i termoparell?

Les diferències entre termòstat i termoparell són:

Funció Termoparell Termòstat
Rang de temperatura-454 a 32720F-112 a 3020F
Gamma de preusMenysAlt
EstabilitatProporciona menys estabilitatProporciona una estabilitat mitjana
SensibilitatEl termoparell té menys sensibilitatEl termòstat ofereix la millor estabilitat
LinealitatModeratPobre
Cost del sistemaAltMitjà

Avantatges i desavantatges

Els avantatges dels termoparells inclouen els següents.

  • La precisió és alta
  • És robust i es pot utilitzar en entorns tan durs com a vibracions elevades.
  • La reacció tèrmica és ràpida
  • El rang de funcionament de la temperatura és ampli.
  • Àmplia gamma de temperatures de funcionament
  • El cost és baix i és extremadament constant

Els desavantatges dels termoparells són els següents.

  • No linealitat
  • Estabilitat mínima
  • Baix voltatge
  • Cal fer referència
  • menys sensibilitat
  • La recalibració del termoparell és dura

Aplicacions

Alguns dels aplicacions de termoparells inclou el següent.

  • S’utilitzen com a sensors de temperatura en termòstats a oficines, llars, oficines i empreses.
  • S’utilitzen en indústries per controlar les temperatures dels metalls en ferro, alumini i metall.
  • S’utilitzen a la indústria alimentària per a aplicacions criogèniques i de baixa temperatura. Els termoparells s’utilitzen com a bomba de calor per realitzar refrigeracions termoelèctriques.
  • S’utilitzen per provar la temperatura de les plantes químiques, les de petroli.
  • S’utilitzen en màquines de gas per detectar la flama pilot.

Quina diferència hi ha entre RTD i termoparell?

L'altra cosa més important que s'ha de tenir en compte en el cas del termopar és que és diferent del dispositiu RTD. Per tant, la taula explica les diferències entre RTD i termoparell.

IDT Termoparell
RTD és molt adequat per mesurar menys rangs de temperatura entre (-2000C a 5000C)El termoparell és adequat per mesurar un rang de temperatura superior entre (-1800C a 23200C)
Per a una gamma mínima de commutadors, presenta una major estabilitatAquests tenen una estabilitat mínima i els resultats tampoc són precisos quan es proven diverses vegades
Té més precisió que un termoparellEl termoparell té menys precisió
El rang de sensibilitat és més gran i fins i tot pot calcular canvis mínims de temperaturaEl rang de sensibilitat és menor i no poden calcular canvis mínims de temperatura
Els dispositius RTD tenen un bon temps de respostaEls termoparells proporcionen una resposta ràpida que la del RTD
La sortida té una forma linealLa sortida no té forma lineal
Són més cars que els termoparellsAquests són més econòmics que els RTD

Què és el període de vida?

El vida útil del termoparell es basa en l'aplicació quan s'utilitza. Per tant, no es pot predir específicament el període de vida del termoparell. Quan el dispositiu es mantingui correctament, el dispositiu tindrà una llarga vida útil. Mentre que, després d'un ús continu, es poden danyar a causa de l'efecte envelliment.

I també, per això, es reduirà el rendiment de la sortida i els senyals tindran una eficiència deficient. El preu del termoparell tampoc és elevat. Per tant, es recomana modificar el termoparell per cada 2-3 anys. Aquesta és la resposta a quina és la vida útil d’un termoparell ?

Per tant, es tracta d’una visió general del termoparell. A partir de la informació anterior, podem concloure que la mesura de sortida de termoparell es pot calcular mitjançant mètodes com un multímetre, un potenciòmetre i un amplificador mitjançant dispositius de sortida. L’objectiu principal del termoparell és construir mesures de temperatura consistents i directes en diverses aplicacions diferents.