Co je termočlánek / Termoelektrický snímač teploty?
Termočlánek je nejběžnější snímač pro měření teploty. Tento snímač tvoří dva rozdílné dráty, které jsou na jednom konci spojené a na druhém konci připojené k termočlánkovému měřiči teploty nebo jinému obdobnému přístroji. Je-li termočlánek správně konfigurován, poskytuje teplotní měření v širokém rozsahu teplot. Je také všeobecně známý pro svou všestrannost a víceúčelovost. Jako snímač teploty se běžně používá v širokém spektru aplikací - od průmyslově používaného termočlánku po běžný termočlánek, který se nachází v zařízeních a běžných spotřebičích.
Vzhledem k široké škále modelů a technických specifikací je nesmírně důležité pochopit jejich základní strukturu, jak fungují, použitelné teplotní rozsahy, aby bylo možné lépe určit, jaký je správný typ a materiál termočlánku pro vaši aplikaci.
Vyberte správný termočlánek nebo sondu
Svařovaný drátový termočlánek
Drátový termočlánek je nejjednodušší formou termočlánku. Skládá se ze dvou kusů termočlánkového drátu, spojeného na jednom konci svárem. Vzhledem k tomu, že je svařený konec termočlánku odhalený, existuje několik omezení použití. Jednoduchý drátový termočlánek by se neměl používat s kapalinami, které by mohly způsobovat korozi nebo oxidaci slitin termočlánku. Kovové povrchy mohou být také problematické. Často se kovové povrchy, zejména potrubí, používají k uzemnění elektrických systémů. Nepřímé připojení k elektrickému systému by mohlo ovlivnit měření s termočlánky. Obecně platí, že drátový termočlánek je dobrou volbou pro měření teploty plynu. Protože může být velmi malý, poskytuje také velmi rychlou dobu odezvy.
Termočlánková sonda
Termočlánková sonda se skládá z termočlánkového drátu uloženého uvnitř kovové trubky. Stěna trubky se označuje jako plášť sondy. Mezi běžné materiály pláště patří nerezová ocel a Inconel®. Inconel umožňuje vyšší teplotní rozmezí měření než nerezavějící ocel, avšak nerezová ocel je často preferována díky své široké chemické kompatibilitě.
OMEGA dodává sondy také s patentovavým materiálem plášťe Super OMEGACLAD® XL. Tento matriál se vyznačuje nízkým driftem a dlouhou životností. Termočlánky s tímto pláštěm mají prodlouženou životnost a jsou velmi vhodné pro měření v těžkých průmyslových podmínkách. Při velmi vysokých teplotách jsou k dispozici i jiné exotické plášťové materiály. Podívejte se na naši řadu vysokoteplotních termočlánků, určenou pro měření velmi vysokých teplot.
Měřící konec termočlánkové sondy je k dispozici ve třech různých provedeních. Uzemněný, neuzemněný a odhalený. S uzemněným koncem je termočlánek v kontaktu se stěnou plášťě. Uzemněná sonda poskytuje rychlou odezvu, ale je nejvíce náchylná k elektrickému rušení. U neuzemněných sond je termočlánek oddělen od stěny pláště vrstvou izolace. Měřící hrot/svár termočlánku vyčnívá mimo stěnu pláště u sond v provedení s odhaleným měřícím koncem. Termočlánky s odhaleným měřícím spojem jsou nejvhodnější pro měření teploty vzduchu.
Povrchová termočlánková sonda
Měření teploty povrchu je pro většinu typů snímačů teploty obtížné. Aby bylo zajištěno přesné měření, musí být celá měřící oblast snímače teploty v kontaktu s povrchem. To je obtížné při práci s pevným snímačem a pevným povrchem. Povrchová termočlánková měřící sonda je vyrobena z ohebných kovů, její měřící spoj může být vyroben jako plochý a tenký, aby bylo dosaženo maximálního kontaktu s pevným povrchem. Tento termočlánek je vynikající volbou pro měření teploty povrchu. Termočlánek může být dokonce vybaven mechanismem, který se otáčí, takže je vhodný pro měření teploty pohybujícího se povrchu.
Další informace k termočlánkům
- Jak funguje termočlánek?
- Seebeckův jev
- Typy termočlánků
- Doba odezvy termočlánku
- Termočlánkové tabulky - rozsahy a barevné značení
Jak funguje termočlánek?
Když jsou na obou koncích spojeny dva dráty složené z rozdílných kovů a jeden z konců je zahřátý, existuje kontinuální proud, který proudí v termoelektrickém okruhu. Pokud je tento obvod uprostřed přerušen, je napětí v obvodu (napětí Seebeck) závislé na teplotě spoje a složení obou kovů. To znamená, že když je spojení obou kovů ohříváno nebo ochlazováno, vzniká napětí, které může být převedeno na údaj o teplotě.
Seebeckův jev
Typy termočlánků
Obrázek: barevné značení termočlánků z běžných kovů dle americké ANSI a mezinárodní IEC normy.
Teplota vs průměr sondy
Teplotní rozsahy základních termočlánků
| Teplotní rozsahy termočlánků | |||
| Typ termočlánku |
Rozsah teploty |
Standardní přesnost |
Vyšší (SLE) přesnost |
|---|---|---|---|
| J | 0° až 750°C (32° až 1382°F) |
lepší než 2.2°C nebo 0.75% |
lepší než 1.1°C nebo 0.4% |
| K | -200° až 1250°C (-328° až 2282°F) |
lepší než 2.2°C nebo 0.75% |
lepší než 1.1°C nebo 0.4% |
| E | -200° až 900°C (-328° až 1652°F) |
lepší než 1.7°C nebo 0.5% |
lepší než 1.0°C nebo 0.4% |
| T | -250° až 350°C (-328° až 662°F) |
lepší než 1.0°C nebo 0.75% |
lepší než 0.5°C nebo 0.4% |
Jak vybrat správný termočlánek
- Určete aplikaci, kde bude termočlánek použit
- Analyzujte teplotní rozsahy, kterým bude termočlánek vystaven
- Zvažte jakoukoliv chemickou odolnost potřebnou pro termočlánek nebo materiál pláště
- Vyhodnoťte potřebu odolnosti proti otěru a vibracím
- Uveďte všechny požadavky na instalaci
Jak zvolím typ termočlánku?
Vzhledem k tomu, že termočlánek měří v širokém rozmezí teplot a může být poměrně robustní, je velmi často využíván při měření teploty v průmyslu. Při výběru termočlánku se používají následující kritéria:
- Teplotní rozsah
- Chemická odolnost termočlánku nebo materiálu pláště
- Odolnost proti otěru a vibracím
- Požadavky na instalaci (může být nutná kompatibilita s existujícím zařízením, existující otvory mohou určovat průměr sondy, atd.)
Jaká je doba odezvy termočlánku?
Časová konstanta byla definována jako doba potřebná snímači k dosažení 63,2% skokové změny teploty za určitého souboru podmínek. K tomu, aby se snímač přiblížil 100% hodnoty změny skoku, je potřeba pět časových konstant. Odhalené termočlánky poskytují nejrychlejší odezvu. Také platí, že čím menší je průměr pláště sondy, tím rychlejší je odezva, ale maximální dovolená teplota může být nižší. Uvědomte si, že někdy plášť sondy nemůže odolat maximálnímu teplotnímu rozsahu daného typu termočlánku.
Jak zjistím, který typ měřicího spoje termočlánku vybrat?
Oplášťované termočlánkové sondy jsou k dispozici s jedním ze tří typů spojů: uzemněný, neuzemněný nebo odhalený. Na špičce uzemněné sondy jsou termočlánkové vodiče fyzicky připojeny k vnitřní stěně pláště sondy. Takové řešení vede k dobrému přenosu tepla zvenčí, přes stěnu sondy až ke spoji termočlánku. V neuzemněné sondě se odděluje termočlánek od stěny pláště sondy. Doba odezvy je pomalejší než má uzemněné provedení, ale neuzemněný spoj poskytuje elektrickou izolaci (tzv. galvanické oddělení od uzemnění).
Termočlánek v provedení s odhaleným měřícím koncem vystupuje z vrcholu pláště a je vystaven okolnímu prostředí. Tento typ nabízí nejlepší dobu odezvy, avšak je omezený na použití pro nekorozivní aplikace a aplikace bez působení tlaku. Podívejte se na ilustrace vpravo pro úplnou představu o typech provedení. 
Uzemněný měřící konec se doporučuje pro měření teplot statických nebo proudících korozivních kapalin, plynů a pro vysokotlaké aplikace. Měřící spoj uzemněného termočlánku je přivařeno k ochrannému plášti sondy, což poskytuje rychlejší odezvu než neuzemněné provedení.
Pro měření teploty v korozivních prostředích, kde je žádoucí mít termočlánek elektronicky izolovaný a chráněný pláštěm sondy, se doporučuje neuzemněné spojení. Termočlánek je fyzicky izolován od pláště termočlánkové sondy práškem z MgO.
Pro měření teploty statických nebo proudicích nekorozívních plynů, kde je vyžadována rychlá doba odezvy, se doporučuje odhalené provedení měřícího spoje. Měřící spoj přesahuje ochranný kovový plášť, aby byla odezva co nejrychlejší. Izolace pláště je utěsněna tam, kde spoj vystupuje z pláště sondy, aby se zabránilo pronikání vlhkosti nebo plynu do nitra sondy, které by mohly způsobit chyby měření.
► UKÁZAT TERMOČLÁNKY
FAQ - nejčastější dotazy ohledně termočlánků
Jaké jsou přesnosti a teplotní rozmezí různých termočlánků?
Více informací o přesnosti termočlánků a teplotních rozsazích naleznete v tabulce barevného značení termočlánků. Je důležité si uvědomit, že přesnost i rozsah závisí na takových věcech, jako jsou termočlánkové slitiny, měřená teplota, konstrukce snímače, materiál pláště, měřené médium, stav média (kapalina, pevná látka nebo plyn) a dále průměru buď termočlánkového vodiče (pokud je odkrytý) nebo průměru pláště sondy (pokud není termočlánkový vodič odkrytý, ale je opláštěn).
Mám použít uzemněnou nebo neuzemněnou sondu?
To závisí na vybavení. Pokud existuje nějaká šance, že může nastat spojení se zemí (společný vodič u regulátorů s neizolovanými vstupy), pak je zapotřebí neuzemněná (izolovaná) sonda. Pokud je přístroj ručním měřičem (napájen vnitřní baterií), může být téměř vždy použita uzemněná sonda.
Mohu použít nějaký multimetr pro měření teploty pomocí termočlánků?
Velikost termoelektrického napětí závisí na měřicím konci stejně jako na studeném konci jednotlivých vodičů různých slitin termočlánku. Přístroje pro měření teploty, které používají termočlánky, berou v úvahu teplotu okolí a kompenzují vliv okolní teploty na měděných svorkách přístroje. Většina milivoltmetrů nemá tuto schopnost ani nemají schopnost provádět nelineární stupnici, aby konvertovaly měření milivoltů na hodnotu teploty. Je možné použít vyhledávací tabulky k převodu určitého millivoltového údaje na zjištění teploty. Hodnota korekce však musí být nepřetržitě přepočítávána, neboť obecně není časově konstantní.
Jak volit mezi termočlánky, odporovými snímači teploty (RTD), termistory a infračervenými zařízeními?
Musíte zvážit charakteristiky a náklady různých snímačů, jakož i dostupné vybavení. Kromě toho mohou termočlánky obecně měřit teploty v širokých teplotních rozsazích a jsou velmi robustní, ale nejsou tak přesné ani stabilní jako odporový teploměr a termistor. Odporové teploměry jsou stabilní a mají poměrně široký teplotní rozsah, ale nejsou tak robustní a levné jako termočlánky. Vzhledem k tomu, že odporové teploměry vyžadují pro měření použití elektrického proudu, jsou vystaveny nepřesnostem vlivem samozahřívání. Termistory mají tendenci být přesnější než odporové teploměry nebo termočlánky, ale mají mnohem více omezený teplotní rozsah. Také podléhají samozahřívání. Infračervené snímače mohou být použity k měření teplot vyšších než jakákoli jiná zařízení, a to bez přímého kontaktu s měřenými plochami. Avšak, obecně nejsou tak přesné a jsou citlivé na účinnost povrchové radiace (nebo přesněji na povrchovou emisivitu). Pomocí optických kabelů mohou měřit povrchy, které nejsou v jejich přímém pohledu.
Která fakta jsou nejčastěji opomíjená při výběru infračerveného měřícího zařízení teploty?
Měřený povrch musí vyplňovat celé zorné pole daného měřícího přístroje. Důležitá je emisivita měřeného povrchu a musí být brána v úvahu.
Kolik metrů na délku může mít termočlánek, termočlánkové vedení?
U vašeho měřícího přístroje zkontrolujte jeho specifikaci, zjistěte jaké jsou limity vstupní impedance. Nicméně, jako obecné pravidlo omezte odpor vedení na maximálně 100 ohmů. Odpor závisí na průměru drátu, čím větší je průměr, tím menší je odpor a tím delší může být přívodní vedení nebo vlastní termočlánek. Avšak, pokud je prostředí elektricky zarušené, pak může být nutno použít převodník, který převede měřený signál na standardní proudový signál 4-20 mA, který může být přenášen na delší vzdálenosti a je odolnější vůči elektrickému rušení.
Mohu signál z termočlánku rozdělit a připojit na dva samostatné přístroje?
NE. Signál termočlánku má velmi nízkou úroveň v řádech milivoltů a měl by být připojen pouze k jednomu zařízení. Rozdělení na dvě zařízení může mít za následek špatné odečty nebo ztrátu signálu. Řešením je použít duální termočlánek nebo signál převést na proudový signál 4-20 mA pomocí převodníku. Následně může být signál přiveden do více vyhodnocovacích přístrojů.
Referenční tabulky termočlánků
Termočlánky vytvářejí výstupní napětí, které může být převedeno na teplotu, kterou měří termočlánek. Dokumenty v tabulce níže poskytují informaci o úrovni termoelektrického napětí a odpovídající teplotě pro daný typ termočlánku. Většina dokumentů také poskytuje rozsah teplot, ůrovně chyb a další environmentální aspekty pro měření s termočlánky.
► UKÁZAT TERMOČLÁNKY
Doporučené produkty12
Dvojitá termočlánková sonda se standardním konektorem
Termočlánek s hermeticky utěsněným měřícím spojem
Snadno připojitelné teplotní termočlánkové sondy s rukojetí
Náhradní termočlánková sonda se závitem do ochranné hlavice
Termočlánková sonda s kruhovou svorkovnicí
Izolovaný termočlánek s rychlou odezvou a konektorem (balení 5 ks)
Referenční termočlánková sonda pro nulový bod
Krátká penetrační sonda s hypodermickým koncem
Robustní penetrační sonda s možností závitu na měřícím konci
Sonda s přívodními vodiči bez přechodky
Robustní termočlánková sonda s kovovou rukojetí
