Apa itu termokopel?

Apa itu termokopel?

Ini adalah elemen penginderaan suhu yang umum digunakan dalam instrumen pengukuran suhu. Ini secara langsung mengukur suhu dan mengubah sinyal suhu menjadi sinyal potensial termoelektrik, yang kemudian dikonversi oleh instrumen listrik (instrumen sekunder) ke dalam suhu media yang diukur. Meskipun bentuk berbagai termokopel dapat sangat bervariasi tergantung pada aplikasinya, struktur dasarnya sebagian besar sama, biasanya terdiri dari elemen termoelektrik, tabung pelindung lengan isolasi, dan kotak persimpangan. Termokopel ini biasanya digunakan bersama dengan instrumen tampilan, instrumen perekaman, dan regulator elektronik. Bagaimana suatu termokopel bekerja, hubungan ini banyak digunakan dalam pengukuran suhu praktis. Karena persimpangan dingin T0 tetap konstan, potensi termoelektrik yang dihasilkan oleh termokopel hanya bervariasi dengan perubahan suhu persimpangan panas (ujung pengukuran). Ini berarti bahwa potensi termoelektrik tertentu sesuai dengan suhu tertentu. Dengan menggunakan metode mengukur potensi termoelektrik, kita dapat mencapai tujuan pengukuran suhu prinsip dasar pengukuran suhu termokopel adalah bahwa sirkuit tertutup dibentuk oleh dua konduktor yang terbuat dari bahan yang berbeda. Ketika ada gradien suhu antara kedua ujungnya, arus mengalir melalui sirkuit, menghasilkan gaya elektromotif (EMF) antara kedua ujungnya. Fenomena ini dikenal sebagai efek Seebeck. Dua konduktor, yang terbuat dari bahan yang berbeda, adalah termoelements, dengan ujung yang lebih panas berfungsi sebagai ujung kerja dan ujung yang lebih dingin sebagai ujung bebas, yang biasanya dipertahankan pada suhu konstan. Berdasarkan hubungan antara EMF dan suhu, tabel kalibrasi termokopel dibuat. Tabel ini didasarkan pada kondisi di mana suhu akhir bebas adalah 0 derajat, dan termokopel yang berbeda memiliki tabel kalibrasi sendiri. Ketika bahan logam ketiga ditambahkan ke sirkuit termokopel, selama suhu di kedua persimpangan bahan ini sama, potensi termoelektrik yang dihasilkan oleh termokopel akan tetap tidak berubah, tidak terpengaruh oleh penambahan logam ketiga. Oleh karena itu, saat menggunakan termokopel untuk pengukuran suhu, instrumen pengukur dapat dihubungkan untuk mengukur potensi termoelektrik, yang memungkinkan suhu media diukur untuk ditentukan. Saat mengukur suhu dengan termokopel, penting bahwa suhu di persimpangan dingin (ujung yang terhubung ke sirkuit pengukuran melalui lead) tetap konstan, karena ini memastikan bahwa potensi termoelektrik sebanding dengan suhu yang diukur. Jika suhu di persimpangan dingin (lingkungan) berubah selama pengukuran, ia dapat secara signifikan mempengaruhi keakuratan pengukuran. Untuk mengimbangi dampak perubahan suhu persimpangan dingin, langkah -langkah diambil di persimpangan dingin, yang disebut sebagai kompensasi persimpangan dingin. Kabel kompensasi khusus digunakan untuk terhubung ke instrumen pengukuran.

Jenis dan Karakteristik Termokopel Umum

Termokopel Umum dapat dikategorikan ke dalam dua jenis utama: standar dan non - standar. Termokopel standar adalah yang di mana standar nasional menentukan potensi termoelektriknya {- hubungan suhu, kesalahan yang diijinkan, dan tabel kalibrasi terpadu. Mereka datang dengan instrumen tampilan yang cocok untuk dipilih. Non - termokopel standar memiliki rentang atau jumlah aplikasi yang lebih kecil dibandingkan dengan termokopel standar dan umumnya tidak memiliki tabel kalibrasi terpadu, membuatnya terutama digunakan untuk pengukuran dalam situasi khusus. Sejak 1 Januari 1988, Cina telah menstandarkan produksi termokopel dan resistansi termometer sesuai dengan standar internasional IEC, menunjuk tujuh jenis - S, B, E, K, R, J, T - sebagai termokopel standar terpadu untuk Cina.

Secara teoritis, dua konduktor yang berbeda (atau semikonduktor) dapat dipasangkan untuk membentuk termokopel. Namun, sebagai komponen pengukuran suhu praktis, mereka harus memenuhi banyak persyaratan. Untuk memastikan keandalan dan akurasi yang cukup dalam aplikasi rekayasa, tidak semua bahan cocok untuk termokopel. Secara umum, persyaratan dasar untuk bahan elektroda termokopel adalah:

1. Dalam kisaran pengukuran suhu, sifat termoelektrik stabil dan tidak berubah seiring waktu, dan ada stabilitas fisik dan kimia yang cukup, yang tidak mudah dioksidasi atau terkorosi;

2, koefisien suhu kecil resistensi, konduktivitas tinggi, panas spesifik kecil;

3. Potensi termoelektrik yang dihasilkan dalam pengukuran suhu harus besar, dan potensi termoelektrik adalah hubungan fungsi nilai tunggal linier atau hampir linier dengan suhu;

4. Materi ini memiliki reproduktifitas yang baik,

Bagaimana cara memasang termokopel?

Dalam produksi, karena berbagai objek yang diuji, kondisi lingkungan yang berbeda, persyaratan pengukuran yang berbeda, dan metode instalasi yang berbeda dari resistor dan tindakan termal yang diambil, ada banyak masalah yang harus dipertimbangkan. Namun, pada prinsipnya, ini dapat dipertimbangkan dari tiga aspek: akurasi pengukuran suhu, keamanan dan kenyamanan pemeliharaan. Untuk mencegah kerusakan pada elemen penginderaan suhu, harus dipastikan bahwa ia memiliki kekuatan mekanik yang cukup. Untuk melindungi elemen dari keausan, layar atau tabung pelindung harus ditambahkan. Untuk memastikan keamanan dan reliabilitas, metode pemasangan elemen penginderaan suhu harus ditentukan berdasarkan kondisi tertentu, seperti suhu dan tekanan medium yang akan diukur, panjang elemen, posisi pemasangannya, dan bentuknya. Berikut ini adalah beberapa contoh untuk menarik perhatian:

Semua elemen penginderaan suhu yang dipasang untuk menahan tekanan harus memastikan penyegelan mereka. Untuk termokopel yang beroperasi pada suhu tinggi, untuk mencegah deformasi tabung pelindung, mereka umumnya harus dipasang secara vertikal. Jika instalasi horizontal diperlukan, itu tidak boleh terlalu lama, dan braket harus digunakan untuk melindungi termokopel. Jika elemen penginderaan suhu dipasang dalam pipa dengan kecepatan aliran sedang yang tinggi, harus dipasang pada sudut. Untuk mencegah erosi yang berlebihan, yang terbaik adalah memasang elemen penginderaan suhu di tikungan pipa. Ketika tekanan menengah melebihi 10MPA, selongsong pelindung harus ditambahkan ke elemen pengukur. Lokasi pemasangan termokopel dan resistor termal juga harus mempertimbangkan ruang yang cukup untuk pembongkaran, pemeliharaan, dan kalibrasi. Termokopel dan resistor termal dengan tabung pelindung yang lebih panjang harus mudah dibongkar dan dirakit

Metode pengukuran suhu termokopel

Waktu respons termal kompleks, dan kondisi eksperimental yang berbeda dapat menyebabkan berbagai hasil pengukuran. Ini karena waktu respons termal dipengaruhi oleh laju perpindahan panas antara termokopel dan media sekitarnya; Laju perpindahan panas yang lebih tinggi menghasilkan waktu respons termal yang lebih pendek. Untuk memastikan waktu respons termal produk termokopel sebanding, standar nasional menentukan bahwa waktu respons termal harus diukur menggunakan perangkat uji aliran air khusus. Laju aliran air harus dipertahankan pada 0,4 ± 0,05 m/s, dengan suhu awal mulai dari 5-45 derajat dan langkah suhu 40-50 derajat. Selama pengujian, suhu air tidak boleh berubah lebih dari ± 1% dari langkah suhu. Termokopel harus dimasukkan ke kedalaman 150mm atau kedalaman penyisipan desain (mana yang lebih kecil) dan ini harus dicatat dalam laporan pengujian.

Karena perangkat ini relatif kompleks, hanya beberapa unit yang memiliki peralatan ini saat ini, sehingga standar nasional menetapkan bahwa produsen dan pengguna dapat bernegosiasi untuk mengadopsi metode pengujian lain, tetapi data yang diberikan harus menunjukkan kondisi pengujian.

Karena potensi termoelektrik dari termokopel tipe B sangat kecil di dekat suhu kamar, waktu respons termal tidak mudah diukur. Oleh karena itu, standar nasional menetapkan bahwa perakitan elektroda termoelektrik dari spesifikasi yang sama dari termokopel Tipe S dapat digunakan untuk menggantikan perakitan elektroda termoelektriknya sendiri, dan kemudian pengujian dapat dilakukan.

Selama percobaan, catat waktu T0.5 ketika output dari termokopel berubah menjadi 50% dari perubahan langkah suhu. Jika perlu, juga mencatat waktu respons termal 10% T0.1 dan waktu respons termal 90% T0.9. Waktu respons termal yang direkam harus rata -rata setidaknya dari tiga tes, dengan masing -masing pengukuran menyimpang dari rata -rata sebesar ± 10%. Selain itu, waktu yang diperlukan untuk perubahan langkah suhu tidak boleh melebihi satu - kesepuluh dari T0.5 dari termokopel yang diuji. Waktu respons instrumen atau meter perekaman juga tidak boleh melebihi satu - kesepuluh dari t0.5 dari termokopel yang diuji.

Jenis Termokopel Utama

1. Klasifikasi Menurut jenis perangkat pemasangan sebagai cara utama pengukuran suhu, termokopel memiliki berbagai penggunaan, sehingga ada banyak persyaratan untuk memperbaiki perangkat dan kinerja teknis. Oleh karena itu, perangkat pemasangan termokopel dibagi menjadi enam jenis: tidak ada jenis perangkat pemasangan, tipe berulir, tipe flensa tetap, tipe flensa yang dapat dipindahkan, tipe penggaris sudut flensa yang dapat dipindahkan, tipe tabung pelindung kerucut.

2.

Persyaratan apa yang harus diperhatikan saat memasang termokopel?

Untuk pemasangan termokopel dan termometer resistansi, perhatian harus diberikan pada keakuratan pengukuran suhu, keamanan dan keandalan, dan pemeliharaan yang nyaman, dan tidak mempengaruhi pengoperasian peralatan dan operasi produksi. Untuk memenuhi persyaratan di atas, saat memilih bagian pemasangan dan kedalaman penyisipan termokopel dan resistansi termometer, perhatikan poin -poin berikut:

1. Untuk memastikan pertukaran panas yang cukup antara ujung pengukuran termokopel dan termometer resistansi dan media yang diukur, titik pengukuran harus dipilih secara wajar, dan termokopel atau termometer resistansi harus dipasang sejauh mungkin dari katup, siku dan sudut pipa dan peralatan yang mati.

2. Termokopel dan termistor dengan lengan pelindung memiliki perpindahan panas dan kehilangan disipasi panas. Untuk mengurangi kesalahan pengukuran, termokopel dan termistor harus memiliki kedalaman penyisipan yang cukup:

(1) Untuk termokopel yang mengukur suhu fluida di tengah pipa, umumnya harus dimasukkan ke tengah pipa (pemasangan vertikal atau instalasi yang miring). Jika diameter pipa adalah 200 mm, kedalaman penyisipan termokopel atau resistansi harus dipilih hingga 100 mm;

(2) Untuk pengukuran suhu - suhu tinggi, tekanan kecepatan - tinggi, dan cairan kecepatan {{3} {3} tinggi (seperti suhu uap utama), untuk mengurangi ketahanan lengan pelindung pada cairan dan mencegahnya dari tabung yang teriris. Kedalaman lengan pelindung untuk termokopel penyisipan dangkal tidak boleh kurang dari 75mm ketika dimasukkan ke dalam pipa uap utama; Kedalaman penyisipan standar untuk termokopel lengan termal adalah 100mm;

(3) Jika perlu untuk mengukur suhu gas buang dalam buang, meskipun diameter buang adalah 4m, kedalaman penyisipan termokopel atau resistansi adalah 1 m;

(4) Ketika kedalaman penyisipan dari pengukuran asli melebihi 1m, harus dipasang secara vertikal sejauh mungkin, atau bingkai pendukung dan pipa pelindung harus ditambahkan.

Poin -poin berikut harus diperhatikan untuk menggunakan termokopel dengan benar untuk menghindari kesalahan

Penggunaan termokopel yang benar tidak hanya dapat secara akurat mendapatkan nilai suhu, memastikan kualifikasi produk, tetapi juga menghemat konsumsi material termokopel, keduanya menghemat uang dan memastikan kualitas produk. Instalasi yang salah, konduktivitas termal dan kesalahan jeda waktu, mereka adalah kesalahan utama dalam penggunaan termokopel.

1. Kesalahan yang diperkenalkan oleh pemasangan yang tidak tepat jika posisi pemasangan dan kedalaman penyisipan termokopel tidak secara akurat mencerminkan suhu aktual tungku, misalnya, termokopel tidak boleh ditempatkan terlalu dekat dengan pintu atau area pemanas, dan kedalaman penyisipannya harus setidaknya 8 hingga 10 kali diameter tabung pelindung. Kesenjangan antara lengan pelindung termokopel dan dinding tungku tidak diisi dengan bahan isolasi, yang dapat menyebabkan panas keluar atau udara dingin untuk menyerang tungku. Oleh karena itu, kesenjangan antara lengan pelindung termokopel dan dinding tungku harus disegel dengan tanah liat refraktori atau tali asbes untuk mencegah konveksi udara panas dan dingin, yang dapat mempengaruhi akurasi pengukuran suhu. Jika ujung dingin termokopel terlalu dekat dengan tubuh tungku, suhunya dapat melebihi 100 derajat. Pemasangan termokopel harus menghindari medan magnet yang kuat dan medan listrik sebanyak mungkin, sehingga tidak boleh dipasang di saluran yang sama dengan kabel daya untuk mencegah gangguan yang dapat menyebabkan kesalahan. Termokopel tidak boleh dipasang di area di mana media yang diukur mengalir sangat sedikit. Saat mengukur suhu gas di dalam pipa dengan termokopel, termokopel harus dipasang ke arah yang berlawanan dengan laju aliran dan harus memiliki kontak yang cukup dengan gas.

2. Kesalahan yang diperkenalkan oleh penurunan isolasi jika termokopel diisolasi, terlalu banyak kotoran atau residu garam pada tabung pelindung dan pelat tarik menyebabkan isolasi yang buruk antara kutub termokopel dan dinding tungku, yang lebih serius pada suhu tinggi. Ini tidak hanya akan menyebabkan hilangnya potensi termoelektrik tetapi juga memperkenalkan gangguan, dan kesalahan yang disebabkan oleh ini kadang -kadang dapat mencapai ratusan derajat.

3. Kesalahan yang diperkenalkan oleh inersia termal inersia termal termokopel menyebabkan pembacaan instrumen tertinggal di belakang perubahan suhu aktual, yang terutama terlihat selama pengukuran cepat. Oleh karena itu, disarankan untuk menggunakan termokopel dengan termoelement yang lebih halus dan diameter tabung pelindung yang lebih kecil. Ketika lingkungan pengukuran memungkinkan, tabung pelindung dapat dilepas. Karena lag pengukuran, amplitudo fluktuasi suhu yang terdeteksi oleh termokopel lebih kecil daripada suhu tungku. Semakin besar lag pengukuran, semakin kecil amplitudo fluktuasi termokopel, dan semakin besar perbedaan dari suhu tungku yang sebenarnya. Saat menggunakan termokopel dengan konstanta waktu yang besar untuk pengukuran atau kontrol suhu, instrumen dapat menunjukkan fluktuasi suhu minimal, tetapi suhu tungku yang sebenarnya dapat bervariasi secara signifikan. Untuk memastikan pengukuran suhu yang akurat, termokopel dengan konstanta waktu yang kecil harus dipilih. Konstanta waktu berbanding terbalik dengan koefisien perpindahan panas dan berbanding lurus dengan diameter ujung panas termokopel, kepadatan material, dan panas spesifiknya. Untuk mengurangi konstanta waktu, selain meningkatkan koefisien perpindahan panas, metode yang paling efektif adalah meminimalkan ukuran ujung panas. Dalam praktiknya, bahan dengan konduktivitas termal yang baik, dinding tabung tipis, dan diameter dalam kecil biasanya digunakan untuk lengan pelindung. Untuk pengukuran suhu yang lebih tepat, termokopel kawat telanjang tanpa lengan pelindung digunakan, tetapi ini dapat dengan mudah rusak dan membutuhkan kalibrasi atau penggantian tepat waktu.

4. Kesalahan resistansi termal pada suhu tinggi, jika ada lapisan jelaga pada tabung pelindung dan debu melekat padanya, resistansi termal akan meningkat dan konduksi panas akan terhalang. Pada saat ini, indikasi suhu lebih rendah dari nilai sebenarnya dari suhu yang diukur. Oleh karena itu, kebersihan eksternal tabung pelindung termokopel harus dipertahankan untuk mengurangi kesalahan.

Keuntungan utama termokopel

1. Akurasi pengukuran tinggi. Karena bersentuhan dengan objek yang diukur secara langsung, itu tidak terpengaruh oleh media perantara.

2. Rentang Pengukuran Luas. Termokopel yang umum dapat diukur secara terus menerus dari-50 derajat --1600 derajat, dan beberapa termokopel khusus dapat diukur dengan rendah AS-269 derajat (seperti kromium nikel besi emas) dan setinggi 2800 derajat (seperti tungsten, rhenium).

3. Struktur sederhana dan mudah digunakan. Termokopel biasanya terdiri dari dua kabel logam yang berbeda, dan tidak dibatasi berdasarkan ukuran dan awal. Mereka memiliki lengan pelindung di luar, yang membuat mereka sangat nyaman untuk digunakan.

Apa tren masa depan dan bidang aplikasi Thermocouple?

I. Inovasi Bahan Tren Pengembangan Masa Depan dan Peningkatan Kinerja Bahan termoelektrik baru: Mengembangkan bahan dengan sensitivitas yang lebih tinggi dan kisaran suhu yang lebih luas (seperti termokopel oksida, nanokomposit) untuk menggantikan paduan logam tradisional, suhu yang dapat dikenakan oleh kudis, {2 {2} {2} {2} {2} {2} {2} {2} {2} {2} {{2} tipe) Tipis - film termokopel (seperti elektronik cetak). Bahan superkonduktor suhu tinggi: Menjelajahi skema pengukuran suhu yang stabil di lingkungan yang ekstrem (seperti kedirgantaraan dan reaktor nuklir). Pemrosesan sinyal tertanam yang cerdas dan terintegrasi: penguat miniatur terintegrasi dan sirkuit kompensasi digital, output langsung dari sinyal digital, mengurangi gangguan eksternal. IoT Fusion: Pemantauan jarak jauh melalui transmisi nirkabel (seperti Lora, NB - IoT) untuk mendukung industri 4.0 dan aplikasi kota pintar. Self - Sistem Bertenaga: Menggunakan efek Seebeck dari termokopel ke daya - perangkat daya (seperti node sensor nirkabel). Optimalisasi akurasi dan keandalan teknologi kalibrasi AI: Melalui pembelajaran mesin untuk secara dinamis mengkompensasi kesalahan nonlinier dan penyimpangan penuaan, memperpanjang umur layanan. Multi - Sensor Fusion: Dikombinasikan dengan inframerah, RTD, dll., Untuk meningkatkan keandalan pengukuran dalam lingkungan yang kompleks. Proses MEMS Biaya dan Standardisasi Rendah: Besar - skala produksi sistem mikroelektromekanis mengurangi biaya termokopel mikro dan memperluas aplikasi konsumen. Unifikasi Standar Internasional: Beradaptasi dengan rantai pasokan global, menyederhanakan proses pemilihan dan pemeliharaan.

2, Bidang Aplikasi yang Muncul Bidang Energi Baru dan Netralitas Karbon Fotovoltaik dan Penyimpanan Energi: Monitor suhu panel surya (untuk mencegah efek hot spot) dan manajemen termal sistem penyimpanan energi. Energi hidrogen: Produksi hidrogen tekanan tinggi dan pemantauan suhu tumpukan sel bahan bakar. Fusi Nuklir: Pengukuran suhu tinggi ekstrem untuk reaktor masa depan (seperti tungsten dan termokopel renium). {- yang tinggi manufaktur dan manufaktur semikonduktor otomatisasi: Kontrol suhu presisi pemrosesan wafer dan peralatan etsa (diperlukan respons milidetik). Additive Manufacturing: Real - Umpan balik waktu suhu kolam leleh dalam proses pencetakan 3D untuk mengoptimalkan kualitas cetakan. Robot: Perlindungan robot bersama robot overheating. Bedah Biomedis dan Kesehatan Minimal Invasif: Termokopel ultrafine diintegrasikan ke dalam kateter atau endoskop untuk memantau suhu jaringan secara real time. Perangkat yang Dapat Dipakai: Pemantauan terus menerus dari perubahan suhu tubuh (seperti kebutuhan manajemen kesehatan setelah epidemi). Terapi suhu rendah: Kontrol suhu yang tepat selama cryotherapy nitrogen cair. Aerospace dan pertahanan pesawat supersonik: pemantauan pemanasan aerodinamik permukaan (yang ditahan bahan lebih dari 2000 C). Kontrol Termal Satelit: Peningkatan Keandalan dalam Lingkungan Suhu Ekstrim Ruang. Manajemen Kesehatan Mesin: Pemantauan distribusi suhu blade turbin. Peralatan Rumah Smart Home dan Consumer Electronics: Kontrol suhu oven, mesin kopi, dan peralatan rumah lainnya yang tepat. Perangkat AR/VR: Mencegah prosesor yang terlalu panas dari mempengaruhi pengalaman pengguna. Lingkungan dan Pertanian Pertanian Pertanian: Pemantauan Suhu Rumah Kaca dan Tanah. Eksplorasi panas bumi: Pengukuran suhu sumur dalam untuk membantu pengembangan energi.

meringkaskan

Masa depan termokopel akan fokus pada tiga bidang utama: tinggi - materi kinerja, intelijen, dan cross - integrasi domain. Mereka akan terus menembus sektor akhir - tinggi seperti energi baru, layanan kesehatan, dan kedirgantaraan, dan memasuki pasar konsumen karena biaya berkurang. Keuntungan inti mereka - Struktur sederhana, tidak ada persyaratan catu daya, dan heat resistance - memastikan ketidakjelasannya, tetapi mereka juga harus berkembang seiring dengan teknologi sensor yang muncul.