Vad är ett termoelement?

Vad är ett termoelement?

Det är ett vanligt förekommande temperaturavkännande element i temperaturmätinstrument. Den mäter direkt temperaturen och omvandlar temperatursignalen till en termoelektrisk potentialsignal, som sedan omvandlas av elektriska instrument (sekundära instrument) till temperaturen på det uppmätta mediet. Även om formerna för olika termoelement kan variera mycket beroende på deras tillämpning, är deras grundstruktur till stor del desamma, vanligtvis bestående av ett termoelektriskt element, ett isolerande ärmskyddsrör och en kopplingsbox. Dessa termoelement används vanligtvis i samband med visningsinstrument, inspelningsinstrument och elektroniska regulatorer. Hur ett termoelement fungerar detta förhållande används ofta i praktisk temperaturmätning. Eftersom den kalla korsningen T0 förblir konstant varierar den termoelektriska potentialen som genereras av termoelementet endast med förändringar i temperaturen på den heta korsningen (mätänden). Detta innebär att en specifik termoelektrisk potential motsvarar en specifik temperatur. Genom att använda metoden för att mäta den termoelektriska potentialen kan vi uppnå syftet med temperaturmätning Den grundläggande principen för termoelementets temperaturmätning är att en sluten krets bildas av två ledare gjorda av olika material. När det finns en temperaturgradient mellan de två ändarna, flödar strömmen genom kretsen och genererar en elektromotivkraft (EMF) mellan de två ändarna. Detta fenomen är känt som Seebeck -effekten. De två ledarna, gjorda av olika material, är termoelementen, med den varmare änden som fungerar som arbetsänden och den svalare änden som den fria änden, som vanligtvis upprätthålls vid en konstant temperatur. Baserat på förhållandet mellan EMF och temperatur skapas en termoelementkalibreringstabell. Denna tabell är baserad på tillståndet där den fria sluttemperaturen är 0 grad, och olika termoelement har sina egna kalibreringstabeller. När ett tredje metallmaterial tillsätts till termoelementkretsen, så länge temperaturen vid båda korsningarna i detta material är desamma, kommer den termoelektriska potentialen som genereras av termoelementet att förbli oförändrade, inte påverkade av tillsatsen av den tredje metallen. Därför, när man använder ett termoelement för temperaturmätning, kan ett mätinstrument anslutas för att mäta den termoelektriska potentialen, vilket gör att temperaturen på mediet mäts bestämmas. Vid mätningstemperatur med ett termoelement är det viktigt att temperaturen vid den kalla korsningen (slutet anslutet till mätkretsen genom bly) förblir konstant, eftersom detta säkerställer att den termoelektriska potentialen är proportionell mot den uppmätta temperaturen. Om temperaturen vid den kalla korsningen (miljön) ändras under mätningen kan den påverka mätningens noggrannhet. För att kompensera för effekterna av förändringar i den kalla korsningstemperaturen vidtas åtgärder vid den kalla korsningen, vilket kallas kallt korsningskompensation. Specialkompenserande ledningar används för att ansluta till mätinstrumentet.

Vanliga typer och egenskaper hos termoelement

Vanliga termoelement kan kategoriseras i två huvudtyper: standard och icke - standard. Standard termoelement är de för vilka den nationella standarden anger deras termoelektriska potential - temperaturförhållande, tillåtet fel och en enhetlig kalibreringstabell. De kommer med matchande visningsinstrument för val. Icke - Standard termoelement har ett mindre intervall eller mängd applikationer jämfört med standard termoelement och saknar i allmänhet en enhetlig kalibreringstabell, vilket gör att de främst används för mätningar i speciella situationer. Sedan 1 januari 1988 har Kina standardiserat produktionen av termoelement och motståndstermometrar enligt IEC International Standards, som betecknar sju typer - S, B, E, K, R, J, T - som de enhetliga standardtermoelementen för Kina.

Teoretiskt kan alla två olika ledare (eller halvledare) paras för att bilda ett termoelement. Men som praktiska temperaturmätningskomponenter måste de uppfylla flera krav. För att säkerställa tillförlitlighet och tillräcklig noggrannhet i tekniska tillämpningar är inte alla material lämpliga för termoelement. I allmänhet är de grundläggande kraven för elektrodmaterialet för termoelement:

1. Inom temperaturmätningsområdet är de termoelektriska egenskaperna stabila och förändras inte med tiden, och det finns tillräcklig fysisk och kemisk stabilitet, vilket inte är lätt att oxideras eller korroderas;

2, liten temperaturkoefficient för motstånd, hög konduktivitet, liten specifik värme;

3. Den termoelektriska potentialen som genereras i temperaturmätningen bör vara stor, och den termoelektriska potentialen är ett linjärt eller nästan linjärt funktionsförhållande med enstaka värde med temperaturen;

4. Materialet har god reproducerbarhet,

Hur installerar jag termoelementet?

I produktion, på grund av olika objekt under test, olika miljöförhållanden, olika mätkrav och olika installationsmetoder för termiska motstånd och åtgärder vidtagna, finns det många problem att beakta. I princip kan det emellertid övervägas från tre aspekter: noggrannhet i temperaturmätning, säkerhet och bekvämlighet med underhåll. För att förhindra skador på temperaturavkänningselementet bör det säkerställas att det har tillräcklig mekanisk styrka. För att skydda elementet från slitage bör en skyddsskärm eller rör läggas till. För att säkerställa säkerhet och tillförlitlighet bör installationsmetoden för temperaturavkänningselementet bestämmas baserat på specifika förhållanden, såsom temperaturen och trycket för mediet som ska mätas, elementets längd, dess installationsposition och form. Följande är några exempel för att uppmärksamma:

Alla temperaturavkänningselement installerade för att motstå trycket måste säkerställa deras tätning. För termoelement som arbetar vid höga temperaturer, för att förhindra deformation av skyddsröret, bör de i allmänhet installeras vertikalt. Om horisontell installation är nödvändig bör den inte vara för lång och en konsol ska användas för att skydda termoelementet. Om temperaturavkänningselementet är installerat i en rörledning med hög mediumflödeshastighet, bör det installeras i en vinkel. För att förhindra överdriven erosion är det bäst att installera temperaturavkänningselementet vid rörledningen. När mediumtrycket överstiger 10MPa måste en skyddande hylsa läggas till mätelementet. Installationsplatsen för termoelement och termiska motstånd bör också överväga tillräckligt med utrymme för demontering, underhåll och kalibrering. Termoelement och termiska motstånd med längre skyddsrör bör vara enkla att demontera och montera

Termoelementets temperaturmätningsmetod

Den termiska responstiden är komplex och olika experimentella förhållanden kan leda till olika mätresultat. Detta beror på att den termiska responstiden påverkas av värmeöverföringshastigheten mellan termoelementet och dess omgivande medium; En högre värmeöverföringshastighet resulterar i en kortare termisk responstid. För att säkerställa att den termiska responstiden för termoelementprodukter är jämförbar anger nationella standarder att den termiska responstiden ska mätas med hjälp av en specialiserad vattenflödesprov. Vattenflödeshastigheten bör hållas vid 0,4 ± 0,05 m/s, med en initial temperatur som sträcker sig från 5-45 grader och ett temperatursteg på 40-50 grader. Under testet bör vattentemperaturen inte förändras med mer än ± 1% av temperatursteget. Termoelementet bör sättas in på ett djup på 150 mm eller designinsättningsdjupet (beroende på vad som är mindre) och detta bör noteras i testrapporten.

Eftersom enheten är relativt komplex har endast ett fåtal enheter denna utrustning för närvarande, så den nationella standarden föreskriver att tillverkaren och användaren kan förhandla om att anta andra testmetoder, men de uppgifter som anges måste indikera testvillkoren.

Eftersom den termoelektriska potentialen för termoelementet av typ B är mycket liten nära rumstemperatur är den termiska responstiden inte lätt att mäta. Därför föreskriver den nationella standarden att den termoelektriska elektrodenheten med samma specifikation av typ S -termoelement kan användas för att ersätta sin egen termoelektriska elektrodmontering, och sedan kan testet utföras.

Under experimentet registrerar du tiden T0.5 när utgången från termoelementet ändras till 50% av temperaturstegets förändring. Om det behövs, registrera också 10% termisk responstid T0.1 och 90% termisk responstid T0.9. De registrerade termiska responstiderna bör vara genomsnittet av minst tre tester, varvid varje mätning avviker från genomsnittet med ± 10%. Dessutom bör den tid som krävs för temperaturstegsförändringen inte överstiga en - tiondel av T0.5 i det testade termoelementet. Svarstiden för inspelningsinstrumentet eller mätaren bör inte heller överstiga en - tiondel av T0.5 i det testade termoelementet.

Huvudtyper av termoelement

1. Klassificering Enligt typen av fixeringsanordning som huvudmedlet för temperaturmätning har termoelementet ett brett utbud av användningsområden, så det finns många krav för fixeringsenheter och teknisk prestanda. Därför är fixeringsenheterna för termoelementet uppdelade i sex typer: ingen fixeringsenhetstyp, gängad typ, fast flänsstyp, rörlig flänsstyp, rörlig flänsvinkelstyrningstyp, konisk skyddande rörtyp.

2. Klassificering Enligt montering och struktur Enligt prestandan och strukturen för termoelement kan de delas in i: avtagbara termoelement, explosion - Bevis termoelement, pansrade termoelement och termoelement med specialändamål som tryckfjäderfasta termoelement.

Vilka krav bör vara uppmärksam på när man installerar termoelementet?

För installation av termoelement och motståndstermometrar bör uppmärksamheten ägnas åt noggrannheten för temperaturmätning, säkerhet och tillförlitlighet och bekvämt underhåll och inte påverka driften av utrustning och produktionsverksamhet. För att uppfylla ovanstående krav, när du väljer installationsdelar och insättningsdjup för termoelement och motståndstermometrar, var uppmärksam på följande punkter:

1. För att säkerställa tillräckligt värmeutbyte mellan mätänden på termoelementet och motståndstermometern och det uppmätta mediet, bör mätpunkten vara rimligt vald, och termoelement eller motståndstermometer bör installeras så långt bort som möjligt från ventiler, armbågar och döda hörn av rörledningar och utrustning.

2. Termoelement och termistorer med skyddande ärmar har värmeöverföring och förluster för värmeavbrott. För att minska mätfel bör termoelement och termistorer ha tillräckligt insertionsdjup:

(1) För termoelementet som mäter vätsketemperaturen i mitten av rörledningen bör den i allmänhet sättas in i mitten av rörledningen (vertikal installation eller lutande installation). Om rörledningens diameter är 200 mm, bör insättningsdjupet för termoelementet eller motståndet väljas till 100 mm;

(2) För temperaturmätningar av hög - temperatur, hög - tryck, och hög - hastighetsvätskor (såsom huvud ångtemperatur), för att minska motståndets termiska hylsa till vätskan och förhindra att den bryts under vätsketryck, kan en grunt insatsmetod användas för skyddande röret eller en värmelopp. Djupet på den skyddande hylsan för det grunda insättningsmalskapet bör inte vara mindre än 75 mm när det sätts in i huvudångröret; Standardinsättningsdjupet för en termisk ärm termoelement är 100 mm;

(3) Om det är nödvändigt att mäta temperaturen på rökgas i röken, även om dörrens diameter är 4 m, är insättningsdjupet för termoelementet eller motståndet 1 m;

(4) När insättningsdjupet för mätningens original överstiger 1 m, bör det installeras vertikalt så långt som möjligt, eller stödram och skyddsrör ska läggas till.

Följande punkter bör uppmärksammas för att korrekt använda termoelementet för att undvika fel

Korrekt användning av termoelementet kan inte bara exakt erhålla temperaturvärdet, säkerställa produktkvalificering, utan också spara materialförbrukningen för termoelementet, båda sparar pengar och säkerställer produktkvalitet. Felaktig installation, värmeledningsförmåga och tidsfördröjningsfel, de är de viktigaste felen i användningen av termoelementet.

1. Fel som introducerats genom felaktig installation Om installationspositionen och insättningsdjupet för termoelementet inte exakt återspeglar ugns faktiska temperatur, till exempel, termoelementet inte bör placeras för nära dörren eller värmningsområdena, och dess insättningsdjup bör vara minst 8 till 10 gånger diametern på det skyddande röret. Klyftan mellan termoelementets skyddande ärm och ugnsväggen är inte fylld med isolerande material, vilket kan orsaka värme att fly eller kall luft för att invadera ugnen. Därför bör gapet mellan termoelementets skyddshylsa och ugnsväggen förseglas med eldfast lera eller asbestrep för att förhindra konvektion av varm och kall luft, vilket kan påverka noggrannheten för temperaturmätningen. Om den kalla änden av termoelementet är för nära ugnskroppen kan temperaturen överstiga 100 grader. Installationen av termoelementet bör undvika starka magnetfält och elektriska fält så mycket som möjligt, så det bör inte installeras i samma ledning som kraftkablar för att förhindra störningar som kan orsaka fel. Termoelementet ska inte installeras i områden där det uppmätta mediet flyter mycket lite. Vid mätning av gasens temperatur inuti röret med ett termoelement måste termoelementet installeras i motsatsen till flödeshastigheten och måste ha tillräcklig kontakt med gasen.

2. Fel som införts genom isoleringsförsämring Om termoelementet är isolerat, för mycket smuts eller saltrest på skyddsröret och dragplattan orsakar dålig isolering mellan termoelementets stolpar och ugnsväggen, vilket är mer allvarligt vid hög temperatur. Detta kommer inte bara att orsaka förlust av termoelektrisk potential utan också införa störningar, och felet som orsakas av detta kan ibland nå hundratals grader.

3. Fel som introducerats av termisk tröghet Den termiska trögheten för termoelement orsakar instrumentets avläsning för att fördröja bakom de faktiska temperaturförändringarna, vilket är särskilt märkbart under snabba mätningar. Därför är det tillrådligt att använda termoelement med finare termoelement och mindre skyddsrörets diametrar. När mätmiljön tillåter kan skyddsröret tas bort. På grund av mätfördröjningen är amplituden för temperaturfluktuationer detekterade av termoelement mindre än för ugnstemperaturer. Ju större mätfördröjning, desto mindre är amplituden på termoelementets fluktuationer, och desto större är skillnaden från den faktiska ugntemperaturen. Vid användning av termoelement med en stor tidskonstant för temperaturmätning eller kontroll kan instrumentet visa minimala temperaturfluktuationer, men den faktiska ugntemperaturen kan variera avsevärt. För att säkerställa korrekt temperaturmätning bör termoelement med en liten tidskonstant väljas. Tidskonstanten är omvänt proportionell mot värmeöverföringskoefficienten och direkt proportionell mot diametern på termoelementets heta ände, materialets densitet och dess specifika värme. För att minska tidskonstanten, förutom att öka värmeöverföringskoefficienten, är den mest effektiva metoden att minimera storleken på den heta änden. I praktiken används material med god värmeledningsförmåga, tunna rörväggar och små inre diametrar vanligtvis för skyddande ärmar. För mer exakta temperaturmätningar används termoelement med bara tråd utan skyddande ärmar, men dessa kan lätt skadas och kräver snabb kalibrering eller ersättning.

4. Termiskt motståndsfel vid hög temperatur, om det finns ett skikt av sot på skyddsröret och damm är fäst vid det, kommer den termiska motståndet att öka och värmeledningen kommer att hindras. För närvarande är temperaturindikationen lägre än det verkliga värdet på den uppmätta temperaturen. Därför bör den yttre renheten i termoelementets skyddsrör bibehållas för att minska felet.

De viktigaste fördelarna med termoelement

1. Hög mätnoggrannhet. Eftersom det är i kontakt med det uppmätta objektet direkt påverkas det inte av mellanmediet.

2. Brett mätområde. Vanliga termoelement kan mätas kontinuerligt från 50 grader-1600 grader, och vissa speciella termoelement kan mätas så låga AS-269 grader (såsom guldjärn nickelkrom) och så höga som 2800 grader (såsom volfram, rlenium).

3. Enkel struktur och enkel att använda. Termoelement består vanligtvis av två olika metalltrådar och är inte begränsade av storlek och början. De har en skyddande ärm på utsidan, vilket gör dem mycket praktiska att använda.

Vilka är de framtida trenderna och applikationsfälten för termoelementet?

I. Future development trend Material innovation and performance improvement New thermoelectric materials: develop materials with higher sensitivity and wider temperature range (such as oxide thermocouples, nanocomposites) to replace traditional metal alloys (such as K-type, J-type) Flexible thermocouples: The demand for wearable devices and curved temperature measurement scenarios is driving the development of flexible, tunn - Film termoelement (som tryckt elektronik). Superledande material med hög temperatur: Utforska stabila temperaturmätningsscheman i extrema miljöer (såsom flyg- och kärnreaktorer). Intelligent och integrerad inbäddad signalbehandling: Integrerad miniatyrförstärkare och digital kompensationskrets, direkt utgång av digital signal, minska extern störning. IoT Fusion: Fjärrövervakning genom trådlös överföring (som Lora, NB - IoT) för att stödja Industry 4.0 och Smart City -applikationer. SELF - Powered System: Använda Seebeck -effekten av termoelement till Power Low - Power -enheter (som trådlösa sensornoder). Optimering av noggrannhet och tillförlitlighet AI -kalibreringsteknologi: Genom maskininlärning för att dynamiskt kompensera för olinjär fel och åldrande drift, förläng livslängden. Multi - sensorfusion: kombinerat med infraröd, RTD, etc. för att förbättra mätningens tillförlitlighet i komplex miljö. Lågkostnads- och standardisering MEMS Process: Stor - Skalaproduktion av mikroelektromekaniska system minskar kostnaden för mikro -termoelement och utvidgar konsumentapplikationer. Internationell standardförening: Anpassa till den globala leveranskedjan, förenkla urvals- och underhållsprocessen.

2, Emerging Application Fields New Energy and Carbon Neutrality Photovoltaic and Energy Storage: Monitor Solar Panel Temperatur (för att förhindra hot spoteffekt) och termisk hantering av energilagringssystem. Vätenergi: Högtryck Väteproduktion och temperaturövervakning av bränslecellstackar. Kärnfusion: Extreme höga temperaturmätningar för framtida reaktorer (såsom volfram och rheniumtermoelement). Hög - Sluttillverkning och automatisering av halvledartillverkning: Precisionstemperaturkontroll av skivbehandling och etsningsutrustning (millisekund svar krävs). Tillsatstillverkning: Real - Tidsåterkoppling av smältpooltemperatur i 3D -tryckprocess för att optimera formkvaliteten. Robot: Samarbetsrobot Joint Overheating Protection. Biomedicinsk och hälsa minimalt invasiv kirurgi: ultrafina termoelement är integrerade i en kateter eller endoskop för att övervaka vävnadstemperatur i realtid. Bärbara enheter: Kontinuerlig övervakning av kroppstemperaturförändringar (som hälsohanteringsbehov efter epidemin). Låg temperaturterapi: Exakt temperaturkontroll under kryoterapi i flytande kväve. Aerospace and Defense Supersonic Aircraft: Surface Aerodynamic Heat Monitoring (material som är resistent mot mer än 2000 C krävs). Satellit termisk kontroll: Förbättring av tillförlitlighet i den extrema temperaturmiljön i rymden. Motor Health Management: Turbine Blade Temperatur Distribution Monitoring. Smart Home and Consumer Electronics Smart Home Appliances: Exakt temperaturkontroll av ugnar, kaffemaskiner och andra hushållsapparater. AR/VR -enheter: Förhindra processoröverhettning från att påverka användarupplevelsen. Miljö och jordbruk Smart jordbruk: Övervakning av växthus och marktemperatur. Geotermisk undersökning: Djup brunnstemperaturmätning för att hjälpa energiutveckling.

sammanfatta

Framtiden för termoelement kommer att fokusera på tre viktiga områden: hög - Prestandamaterial, intelligens och Cross - Domänintegration. De kommer att fortsätta att penetrera högt - slutsektorer som ny energi, sjukvård och flyg- och rymd och kommer in på konsumentmarknaden när kostnaderna minskar. Deras kärnfördelar - enkel struktur, inget kraftförsörjningskrav och värmemotstånd - säkerställer deras oåterkallbarhet, men de måste också utvecklas i tandem med nya sensorteknologier.