Термопары. Принцип действия, критерии выбора

Термопара – устройство, предназначенное для определения разности температурных показателей в пределах от -260°С до + 2500°С. Большой диапазон и высокая точность измерений, надежность и долговечность конструкции позволяет использовать прибор повсеместно: при проведении научных экспериментов, в промышленности и медицине, а также в системах автоматики.

Принцип действия термопары (ТП), термопреобразователей сопротивления (ТС)

• Если соединить два термоэлектрода, выполненных из различных по происхождению металлов или сплавов в замкнутую электрическую цепь, и их рабочую поверхность подвергнуть воздействию разных температур, то по ней начинает протекать электрический ток
• Цепь, состоящая из двух разных электродов, — это термоэлемент
• Термопара работает за счет электродвижущей силы, вызывающей ток в цепи
• Элемент, из которого поступает ток от холодного соединения к горячему – это отрицательный электрод, а от горячего к холодному – положительный

Таким образом, сопоставление различных значений напряжения, возникающих при использовании разных металлов, представляет собой основу измерения температуры термопарой.

Принцип действия термопреобразователя сопротивления несколько отличается от работы термопары. Это средство измерений температуры, состоящее из одного или нескольких термочувствительных элементов сопротивления и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус и предназначенных для подключения к измерительному прибору. Действие прибора основано на принципе теплового сопротивления, при котором электрическое сопротивление металла возрастает с увеличением температуры.

Основные виды термопар

Каждый вид термопар имеет свое обозначение и градацию в соответствии с общепринятым стандартом. К примеру:

1. ТСП – термопреобразователь сопротивления, который используется для измерения температуры различных типов рабочих сред (вода, газ, пар, химические соединения, сыпучие материалы);
2. ТСМУ – термопреобразователи сопротивления с выходным унифицированным сигналом;
3. ИТ – цифровые термопреобразователи с интерфейсом, программируемыми параметрами;
4. КТСП – комплект термопреобразователей сопротивления платиновый, предназначенный для измерения температуры и разности температур теплоносителей;
5. КТПТР – комплект термопреобразователя платиновый разностный, предназначенный для измерения температуры и разности температур в составе приборов учета и контроля тепловой энергии.

Точность измерения термопары во многом зависит от класса допуска (АА, А, В, С). В то же время, класс допуска никак не зависит от материала (платина, медь, никель) и чувствительного элемента (проволока или пленка). Термометры сопротивления класса С имеют наименьшую стоимость на отраслевом рынке, поэтому они получили широкое распространение в сферах, где допустима погрешность, превышающая 1°С. Термометры сопротивления класса В используются практически повсеместно за счет оптимального класса допуска и стоимости. Максимальную точность предоставляют термометры класса А, поэтому чаще всего им находят применение в области энергетики для определения температуры теплоносителя. Сверхточные термометры класса АА предназначены исключительно для использования в научных и исследовательских изысканиях.

Как правильно подобрать термопару и какие параметры влияют на точность измерения прибора

Когда стоит необходимость в точности измерения прибора и этот критерий является ключевым при выборе термопары, необходимо учесть параметры, влияющие на погрешность измерений:

• давление
• коррозия
• уровень радиации
• тип термопары
• диапазон измеряемых температур;
• чистота материала
• электрические шумы

При выборе измерительного прибора рекомендуется ответить на следующие вопросы:

1. Диапазон измеряемых температур
   Определение правильного температурного режима – один из важных аспектов при выборе термопары. Если температура не будет превышать +850 °C, то можно приобрести как ТС, так и ТП. В случае, когда температура будет выше +850 °C, то необходимо использовать ТП.
2. Приоритетность точности измерения температуры
   Если точность измерения в приоритете, то рекомендуется отдать предпочтение ТС, так как они имеют большую точность измерения, в сравнении с ТП.
3. Уровень вибрации при технологическом процессе
   Из всех существующих способов измерения температуры, термопары обладают наиболее высокой вибростойкостью.

В том числе, при выборе любого прибора измерения температур следует учитывать следующие характеристики устройства:

• Стабильность работы аппарата (к примеру, термопреобразователь сопротивления проволочной конструкции отличается более высокой стабильностью, чем тонкопленочные модели)
• Калибровка (если прибор подвергается повторной калибровке, то это обеспечивает более длительный срок его эксплуатации)
• Срок службы (использование устройства при высоких температурах значительно сокращает его эксплуатационные показатели)
• Тип измеряемой среды (воздух, инертные газы, продукты сгорания топлива, расплавы металла и пр.)
• Стоимость (термопары типов R и S, а также проволочные модели термопреобразователя сопротивления относятся к наиболее дорогостоящим приборам)
• Уровень взрывоопасности помещений и зон, в которых будет использоваться прибор
• Труднодоступность места, где будут проходить измерения

Учитывая все вышеуказанные критерии выбора, можно с легкостью определить именно тот тип термопары, который необходим в конкретном случае.