Температурные датчики

Подкатегории товаров:

Термоэлектрические датчики температуры

Не только на отопительные, но и на многие другие бытовые приборы, промышленное оборудование устанавливаются специальные контроллеры, предупреждающие их перегрев. Одним их элементов этих приспособлений является датчик температуры. Существует несколько различных видов таких устройств, но наибольшее распространение получили термопары (термоэлектрические датчики измерения температуры). Они находят все более новые сферы применения:

  • печи и газовые колонки;
  • дизельные двигатели и турбины;
  • научные исследования бытовые приборы;
  • офисы и медицинские учреждения.

Принцип действия термопары

Термоэлектрический температурный датчик представляет собой замкнутую цепь, состоящую из двух разнородных проводников (полупроводников). Когда между проводниками возникает разница температур, в цепи возникает электрический ток, величина которого зависит от температурного градиента. Это явление было открыто и исследовано в 1822 году Томасом Зеебеком, поэтому и получило название эффекта Зеебека.

Концы термопары имеют спаями: холодным и горячим. Измерительный элемент (горячий спай) располагается внутри первичного преобразователя. Он помещается в измеряемую среду технологического процесса. Температура опорного (холодного) спая известна, к нему подключается измеритель напряжения, например, вольтметр, по показаниям которого и оценивается состояние рабочей среды.

Что очень важно, термоэлектрическая движущая сила (ТЭДС) возникает не только на месте соединения, а по всей длине электрода, поэтому характеристики генерируемого тока отображают максимальную разницу температурных показателей. Поэтому точность замера будет зависеть от его правильной калибровки устройства. При выполнении поверки, термодатчик погружают на ту же глубину, но которой будут производиться измерения на объекте.

Зависимость между температурой горячего спая и генерируемым напряжением носит нелинейный характер и в значительной мере определяется сочетанием образующих термопару материалов.

Достоинства и недостатки термопар

Преобразователь, использующие термоэлектрические температурные датчики получили широко распространение благодаря их ценовой доступности, наличия стандартных разъемов, взаимозаменяемости и другим достоинствам, которыми обладают термопары:

  • очень широкий диапазон температур, доступных для измерения, это один из наиболее высокотемпературных контактных термодатчиков;
  • спай термопары находится в непосредственном контакте с диагностируемым объектом;
  • устройства просты в изготовлении, надежны, не требуют наличия дополнительного источника питания.

Основная проблема, которая несколько ограничивает область использования термопар: наличие значительной погрешности при измерении. У наиболее простых моделей она может составлять 1ºС, что не допустимо много при оценке некоторых значимых процессов. Среди других недостатков, которыми обладают температурные датчики этого вида:

  • необходимость постоянного мониторинга температуры холодного спая, для чего современные конструкции оснащаются термисторами, полупроводниковыми сенсорами, либо при настройке прибора вводится автоматический поправочный коэффициент;
  • с течением времени, под воздействием коррозии, в результате воздействия агрессивных химических веществ, состав сплава электрода изменяется, возникает термоэлектрическая неоднородность;
  • при большой длине соединительных, термопарных проводов на результаты замеров могут оказывать влияние различные электромагнитные поля;
  • принеобходимости заземления рабочего спая, во избежание утечек через землю, требуется электроизоляция преобразователя.

Однако, несмотря ни на что, термоэлектрические датчики температуры уже на протяжении многих десятилетий остаются востребованными и не теряют своей популярности.

Типы термопар

В зависимости от сочетания материалов термодатчики имеют различные входные характеристики, температурный диапазон, параметры выходного сигнала. Между амплитудой напряжения и разрешением приборы существует прямо пропорциональная зависимость. Поэтому так важно правильно подобрать датчик температуры, в зависимости от назначения, предполагаемых температурных значений.

Наибольшая точность характерна для моделей, имеющих электроды, выполненные из благородных металлов: платины, платинородия. Они устойчивы к возникновению окислительного процесса, благодаря чему им присуща высокая стабильность результатов. Кроме того их отличает минимальная термоэлектрическая неоднородность. Кроме того, у термодатчиков типа ПР (платинородий-платинородиевые) при температурах ниже 50°С величина выходного сигнала снижается до минимума, что исключает потребность в термостатировании холодного спая.

Среди недостатков приборов данного типа, кроме высокой стоимости, образование на поверхности электрода слоя окисла родия (от 500°С до 900°С). Следствием этого является проявление термоэлектрической неоднородности, изменение зависимости между температурой и ЭДС.

В зарубежных исследовательских институтах, лабораториях изготовлены термопары и использованием чистого золота, платины, палладия. Исследования показали, что платино/палалдиевые и золото/платиновые устройства обладают лучшей стабильностью, более высокими показателями точности, чем модели типа ПП и ПР.

Термодатчик из неблагородных металлов, благодаря своей виброустойчивы, высокочувствительны, могут иметь взрывозащищенное исполнение, гибкий соединительный кабель с герметичной минеральной изоляцией. В этом случае горячий электрод можно разместить в самом труднодоступном месте, в конструктивно сложном узле диагностируемого объекта.

Основной недостаток, которым обладают устройства этого класса – термоэлектрическая неоднородность, в результате чего ошибка может превышать 5°С. При их использовании рекомендуется проводить поверку как можно чаще непосредственно на месте диагностирования. Меньше всего данному недостатку подвержены термопары типа N (нихросил/нисил), позволяющие выполнять замеры в диапазоне от -270°C до 1300°C.

Но наибольшее распространение получили модели с датчиком типа К (хромель/алюминий). Они прекрасно зарекомендовали себя при тестировании различных сред в диапазоне -200°С до +1350°C. В этих условиях чувствительность составляет 41 мкВ /°C.  Однако и они имеют ограничения. Даже в незначительно окислительной среде (от 800°C до 1050°С) хромелевая проволока быстро окисляется и приобретает намагниченность, что приводит к снижению технических характеристик прибора.

В ядерной энергетике, вакуумных печах, при производстве водорода применяют вольфрам/рениевые термодатчики. Это связано с их возможностью проводить измерения до +2500°С. Для того чтобы избежать протекания окислительных реакций их помещают в герметичный корпус, наполненный инертным газом, специальные молибденовые, танталовые оболочки с изоляцией из оксидов магния, бериллия.

Выбор термопары

Подбор термоэлектрического датчика осуществляется в зависимости от  предполагаемого температурного диапазона. Кроме того, необходимо учесть и ряд других факторов:

  • точность измерений и их повторяемость;
  • стойкость материалов термопары к воздействию коррозии;
  • наличие удлинительного кабеля достаточной длины и другие моменты.

Уточнить характеристики модели можно в каталоге Центра электроники Entrance или обратившись к нашим менеджерам по телефону, на сайте или посетив офис в Москве.