Хромель и его физические свойства, состав и характеристики

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3. Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик:

— Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра; — Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки; — При использовании длинных удлинительных проводов, во избежание наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода; — По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары; — Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях; — Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур; — Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Производство

Термопарная проволока хромель, алюмель производятся посредством технологической операции волочения, которая относится к классу обработки давлением. Во время изготовления полуфабрикатов нагрев заготовок не выполняется, соответственно, они получаются холоднодеформированными.
Проволока из сплавов хромель, алюмель поставляется после термической обработки, то есть в мягком состоянии. Химическая и механическая обработка не выполняются.

Для дальнейшего применения в термопарах необходим подбор конкретной пары отрезков, показания которой будут максимально приближены к стандартным значениям. Описание процесса подбора пар, а также градуировки и поверки представлено в статье Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство.

Размеры, состояние поставки, свойства, диапазоны измеряемых температур для проволоки из алюмеля и хромеля представлены в стандарте ГОСТ 1790-77, номинальные статические характеристики для соответствующих термопар — ГОСТ Р 8.585-2001.

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

Как и любой прибор, использование термометров сопротивления имеет ряд преимуществ и недостатков. Рассмотрим их.

Преимущества:

• практически линейная характеристика;
• измерения достаточно точны (погрешность не более 1°С);
• некоторые модели дешёвые и просты в использовании;
• взаимозаменяемость приборов;
• стабильность работы.

Недостатки:

• малый диапазон измерений;
• довольно низкая предельная температура измерений;
• необходимость использования специальных схем подключения для повышенной точности, что увеличивает стоимость внедрения.

Термометр сопротивления — распространенное устройство практически во всех отраслях промышленности. Этим прибором удобно измерять невысокие температуры, не опасаясь за точность полученных данных. Термометр не отличается особой долговечностью, однако, приемлемая цена и простота замены датчика перекрывают этот небольшой недостаток.

Явление Зеебека

Состоит в следующем. Если в замкнутом контуре из двух разнородных проводников, а лучше полупроводников так, как эффект сильнее выражен для полупроводников, поддерживать места соединения этих проводников, обще принято называть, спаи, при разных температурах, то в такой цепи пойдет ток. Направление тока зависит от того какая из температур, какого спая выше. При одной разности в одном направлении, при другой разности в другом.

Это устройство, будучи разрезанным в одном из мест используется в качестве термопары, датчика температуры. В схеме 2, далее, будет показано спай 1, мы будем нагревать или охлаждать, а другой спай внутри гальванометра, который находится при комнатной температуре. В зависимости от того какая будет температура спая Т1 выше комнатной или ниже, стрелка гальванометра, будет отклоняться либо в одну, либо в другую сторону.

Если в цепи термопары обе проволоки из одного материала то ничего происходить не будет. Проверить это очень просто, возьмите две медные проволоки с изоляцией, меры безопасности никто не отменял, подсоедините их одними концами к гальванометру, а другими скрутите вместе (но лучше спаять), и начните нагревать, так же можно опустить в воду с кусочками льда. Если вы взяли одинаковые проволоки, то стрелка прибора останется на нуле. Но если вы возьмете разные проволоки и точно так же подсоедините их к прибору, а другие концы скрутите. И после этого будете нагревать или охлаждать, оголенные концы проводов, то вы сможете наблюдать, как и в какую сторону будет отклоняться стрелка гальванометра.

Чем отличается хромель и алюмель?

Алюмель обладает магнитными свойствами, плюс является отрицательным элементом, а хромель – противоположность, т.е. положительный и не магнитится.

Характеристики проволоки хромель

Основными элементами проволоки хромель являются никель (89-91%) плюс хром (от 8,5 до 10%). Кроме кобальта, который обязательно входит в состав (около 1,2%), в сплав в незначительных количествах добавляют железо, алюминий, магний, марганец и другие. Процент примесей составляет 1,4. Вот некоторые основные характеристики сплава:

• температура плавления составляет 1400-1500 ᵒС;
• удельное электрическое сопротивление – 0,66 мкОм×м;
• коэффициент линейного расширения – 12,8×10-6 °C-1;
• температура отжига колеблется в пределах 800-900 ᵒС;
• твердость – НВ 10-1=150-200 МПа;
• сопротивление разрыву составляет 600-700 МПа.

Также термопарная проволока хромель характеризуется электродвижущей силой приближающейся к нулю.

В зависимости от маркировки сплава состав хромеля может несколько отличаться. Это же относится и к алюмели.

Характеристики проволоки алюмель

Состав проволоки алюмель несколько отличается от хромели. Основной элемент также никель (93-96%). Еще в сплав входит марганец (от 1,8 до 2,7%), алюминий (от 1,6 до 2,4%), кремний (от 0,8 до 1,4%) плюс кобальт (до 1,2%).

Благодаря алюминию, который присутствует в составе, сплав жаростойкий и менее подвержен коррозии в различных агрессивных средах. И еще некоторые свойства алюмели:

• температура плавления 1430-1450 ᵒС;
• плотность 8480 кг/м3;
• температура отжига колеблется от 900 до 950 ᵒС;
• твердость по Бринеллю – 130 МПа;
• удельное электрическое сопротивление – 3,2×10-8 Ом×м;
• предел прочности в пределах 500-600 МПа;
• температура горячей обработки – 1000-1250 ᵒС.

Что за устройство такое?

Под термопарой подразумевается специальный прибор, который служит для измерения температуры рабочей среды. Такое устройство широко распространено в промышленности, медицине и прочих областей жизнедеятельности человека. Впрочем, всюду, где необходима высокая точность замеров.

С конструктивной точки зрения – это два разных проводника, которые припаяны (или приварены) друг к другу на одном из концов. Место их соединения называется спаем. А в качестве проводников используются разные материалы, и в зависимости от этого диапазон измеряемой термопарой температуры составляет от -250 ᴼC до 2000 ᴼC, а то и более. В большинстве случаев это металлы, полупроводники используются реже.

ТХА (хромель-алюмель) – лидер среди термопар из никелевых сплавов

В зависимости от эксплуатационных задач и особенностей физико-химических свойств объектов применения (сред) используются термопары различных типов, электроды которых изготавливаются из тех или иных металлов/сплавов.

Однако из всех существующих комбинаций проводников наиболее оптимальными термоэлектрическими характеристиками обладают термопары с электродами из сплавов на основе никеля. Благодаря большому процентному содержанию никеля изготавливаемая из его сплавов термопарная проволока проявляет высокую степень устойчивости к негативному воздействию окислительных процессов и отличается окололинейной характеристикой термо-ЭДС в температурном диапазоне от 0°C до 1100°С (в зависимости от толщины термоэлектродной проволоки), что обеспечивает точность показаний.

Самыми же распространенными среди термопар с никелесодержащими электродами являются те, в которых для маркируемого зеленым цветом положительного электрода используется сплав хромель (89-91% Ni + 8,7-10% Сr), а для отрицательного (белая маркировка) – сплав алюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co). Эти термопары, имеющие согласно международной классификации IEC (МЭК) буквенное обозначение «К», так и называются – термопары хромель-алюмель (ТХА).

Применение термопар

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в качестве датчика температуры в автоматизированных системах управления. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

Для контроля пламени и защиты от загазованности в газовых котлах и в других газовых приборах (например, бытовые газовые плиты). Ток термопары, нагреваемой пламенем горелки, удерживает в открытом состоянии газовый клапан. В случае пропадания пламени ток термопары снижается и клапан перекрывает подачу газа.

В 1920—1930-х годах термопары использовались для питания простейших радиоприемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т. п.) с использованием открытого огня.

Приёмник излучения

Крупный план термобатареи фотоприёмника. Каждый из проволочных уголков представляет собой термопару.

Исторически термопары представляют один из наиболее ранних термоэлектрических приёмников излучения. Упоминания об этом их применении относятся к началу 1830-х годов. В первых приёмниках использовались одиночные проволочные пары (медь — константан, висмут — сурьма), горячий спай находился в контакте с зачернённой золотой пластинкой. В более поздних конструкциях стали применяться полупроводники.

Термопары могут включаться последовательно, одна за другой, образуя термобатарею (англ.). Горячие спаи при этом располагают либо по периметру приёмной площадки, либо равномерно по её поверхности. В первом случае отдельные термопары лежат в одной плоскости, во втором параллельны друг другу.

Преимущества термопар

• Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С).
• Большой температурный диапазон измерения: от −250 °C до +2500 °C.
• Простота.
• Дешевизна.
• Надёжность.

Недостатки

• Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового датчика и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
• Эффект Пельтье (в момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).
• Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
• Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
• На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Особенности применения наиболее распространённых термопар

Технические характеристики зависят напрямую от материалов, из которых они произведены.

Тип J (железо-константановая термопара)

• Не рекомендуется использовать ниже 0°С, т.к. конденсация влаги на железном выводе приводит к образованию ржавчины.
• Наиболее подходящий тип для разряженной атмосферы.
• Максимальная температура применения – 500°С, т.к. выше этой температуры происходит быстрое окисление выводов. Оба вывода быстро разрушаются в атмосфере серы.
• Показания повышаются после термического старения.
• Преимуществом является также невысокая стоимость.

Тип Е (хромель-константановая термопара)

• Преимуществом является высокая чувствительность.
• Термоэлектрическая однородность материалов электродов.
• Подходит для использования при низких температурах.

Тип Т (медь-константановая термопара)

• Может использоваться ниже 0°С.
• Может использоваться в атмосфере с небольшим избытком или недостатком кислорода.
• Не рекомендуется использование при температурах выше 400°С.
• Не чувствительна к повышенной влажности.
• Оба вывода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.

Тип К (хромель-алюмелевая термопара)

• Широко используются в различных областях от -100°С до +1000°С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектрода).
• В диапазоне от 200 до 500°С возникает эффект гистерезиса, т.е показания при нагреве и охлаждении могут различаться. Иногда разница достигает 5°С.
• Используется в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода.
• После термического старения показания снижаются.
• Не рекомендуется использовать в разряженной атмосфере, т.к. хром может выделяться из Ni-Cr вывода (так называемая миграция), термопара при этом изменяет ТЭДС и показывает заниженную температуру.
• Атмосфера серы вредна для термопары, т.к. воздействует на оба электрода.

Термопара типа К.

Тип N (нихросил-нисиловая термопара)

• Это относительно новый тип термопары, разработанный на основе термопары типа К. Термопара типа К может легко загрязняться примесями при высоких температурах. Сплавляя оба электрода с кремнием, можно тем самым загрязнить термопару заранее, и таким образом снизить риск дальнейшего загрязнения во время работы.
• Рекомендуемая рабочая температура до 1200°С (зависит от диаметра проволоки).
• Кратковременная работа возможна при 1250°С.
• Высокая стабильность при температурах от 200 до 500°С (значительно меньший гистерезис, чем для термопары типа К).
• Считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.

Термопара типа N.

Общие советы по выбору термопар из неблагородных металлов

• Температура применения ниже нуля – тип Е, Т
• Комнатные температуры применения – тип К, Е, Т
• Температура применения до 300°С – тип К
• Температура применения от 300 до 600°С – тип N
• Температура применения выше 600°С – тип К или N

Термопары из благородных металлов

Рекомендуемая максимальная рабочая температура 1350°С. Кратковременное применение возможно при 1600°С. Загрязняется при температурах выше 900°С водородом, углеродом, металлическими примесями из меди и железа. При содержании железа в платиновом электроде на уровне 0,1%, ТЭДС изменяется более, чем на 1 мВ (100°С) при 1200°С и 1,5 мВ (160°С) при 1600°С. Такая же картина наблюдается при загрязнении медью. Таким образом, термопары нельзя армировать стальной трубкой, или следует изолировать электроды от трубки газонепроницаемой керамикой. Может применяться в окислительной атмосфере. При температуре выше 1000°С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов

Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия. Не рекомендуется применять ниже 400°С, т.к ТЭДС в этой области мала и крайне нелинейна.

Термопары из благородных металлов

Тип В (платнородий-платинородиевая)

Рекомендуемая максимальная температура рабочего диапазона 1500°С (зависит от диаметра проволоки). Кратковременное применение возможно до 1750°С. Может загрязняться при температурах выше 900°С водородом, кремнием, парами меди и железа, но эффект меньше, чем для термопар типа S и R. При температуре выше 1000°С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов

Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия. Может использоваться в окислительной среде. Не рекомендуется применение при температуре ниже 600°С, где ТЭДС очень мала и нелинейна.

Способ производства

Хромель и алюмель – одни из самых трудоёмких в производстве. Сложность технологического процесса заключается в необходимости строгого контроля пропорций компонентов во время плавления, так как ключевые характеристики конечного продукта обусловлены в основном соотношением материалов. Составы производят в индукционных печах различной частотности.

Порядок плавления следующий. Большую часть хрома загружают в жидкую ванну, оставляя несколько килограмм для коррекции. Затем вводят никель и одновременно флюс. Плавление ведется в интенсивном режиме. Раскисление металла производится добавлением марганца и магния. Затем проводится определение термоэлектродвижущей силы и корректировка содержания хрома.

Аналогичным способом производятся другие никелевые сплавы. Различия заключаются в очередности загрузки материалов и окислителях. Например, производство сплава алюмель производится следующим образом. Загружаются никель и флюс, уже после этого остальные компоненты. В качестве окислителя используется магний. Таким образом получают алюмелевые сплавы, хромель и копель.

Характеристики сплавов хромель и алюмель

Перед тем, как приступить к более подробному описанию ТХА, рассмотрим основные эксплуатационные свойства/параметры сплавов хромель и алюмель.

Хромель – термоэлектродный сплав, включающий в себя около 90% никеля, 9-10% хрома, а также, суммарно, до 1,5% меди, кобальта, марганца, железа и кремния. Для электродов ТХА используется по большей части термопарная проволока хромель НХ 9,5 (ГОСТ 492-2006), Ø 1,3 – 3,3 мм.

Удельная плотность сплава составляет 8,7 г/см3, а Т° плавления – 1450°C. Показатели коэффициентов удельного сопротивления и линейного расширения – соответственно, 0,65 мкОм·мм2/м и 12,7·10-6/°C.

Преимуществами сплава хромель являются:

• высокое содержание никеля, обуславливающее хорошую ковкость, пластичность и коррозиеустойчивость;
• удачное сочетание небольшой удельной массы и высокой термостойкости;
• электропотенциал, вырабатываемый в процессе нагревания в точке контакта с отрицательным электродом, характеризуется почти прямолинейным изменением в широком температурном диапазоне;
• термо-ЭДС хромелевой термопары остается практически неизменной при температурах до 1000°C.

Алюмель – сплав для изготовления отрицательных электродов ТХА. С этой целью наиболее часто применяется термопарная проволока алюмель НМцАк 12-2-1, ГОСТ 492-2006 (около 95% никеля, 2,5% алюминия, 1,9%марганца и 0,9% кремния). Показатель удельной плотности – 8,5 г/см3, удельного сопротивления – 0,32 мкОм·мм2/м; линейного расширения – 13,5·10-6°C. Т° плавления составляет 1425°C.

С целью повышения пластичности, прочности и стабильности термо-ЭДС при измерении в той или иной агрессивной среде температур свыше 1000°С алюмель может быть легирован цирконием, бором и некоторыми другими химическими элементами.

Источники погрешностей измерений

На выполнение правильного процесса измерения влияют внешние источники, техническое состояние средств измерения и другие условия. На точность измерения с использованием термоэлектрического преобразователя влияет изменение электродвижущей силы.
Это явление называется термоэлектрической нестабильностью используемых сплавов. В процессе эксплуатации стало известно, что сплавы электродов изменяют свою ЭДС, которая приводит к искажению показаний.

Во время длительной эксплуатации при высоких температурах такие ошибки могут достигать больших величин, что приводит к снижению точности измерений.

Основными причинами нестабильности измерений считаются:

• взаимодействие термоэлектродов с внешней средой;
• влияние на датчики изолирующих и защитных устройств;
• взаимодействие электродов друг с другом;
• внутренние процессы, которые возникают при изменении температуры;
• влияние радиации, электромагнитных полей и перепадов давления.

Под воздействием высокой температуры происходит снижение сопротивления изоляции датчиков, которое приводит к искажению измерений. Часто источником возникновения ошибок при замерах становится неправильный выбор термоэлектрода, так как его сопротивление не совпадает с показаниями электрической цепи. Изменение электродвижущей силы по длине термоэлектрического преобразователя тоже приводит к возникновению ошибок при получении показателей.

Плюсы и минусы устройства

Термопара – старейший и до сих пор наиболее распространенный в промышленности температурный датчик. Действие термопары основано на эффекте, который впервые был открыт и описан Томасом Зеебеком в 1821 г. – возникновении тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при наличии градиента температур между спаями.

Поскольку генерирование Термо-ЭДС происходит по длине термоэлектрода, то показания термопары зависят от состояния термоэлектродов в зоне максимального температурного градиента. Поэтому поверку термопар следует проводить при той же глубине погружения в среду, что и на рабочем объекте. Учёт термоэлектрической неоднородности особенно важен для рабочих термопар из неблагородных металлов.

Плюсы и минусы термопары

Широкий диапазон рабочих температур, они являются самыми высокотемпературными из контактных датчиков.

Спай термопары может быть непосредственно заземлён или приведён в прямой контакт с измеряемым объектом.

Простота изготовления, надёжность и прочность конструкции.

Необходимость контроля температуры холодных спаев.

На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Зависимость Термо-ЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.

В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной Термо-ЭДС. Возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках и, как следствие, изменение градуировочной характеристики из-за изменения состава сплава в результате коррозии и других химических процессов.

Будет интересно➡ Что такое электродвижущая сила (ЭДС) и как ее рассчитать

Материал электродов не является химически инертным и, при недостаточной герметичности корпуса термопары, может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т.д. Когда жесткие требования выдвигаются ко времени термической инерции термопары и необходимо заземлять рабочий спай, то следует обеспечить электрическую изоляцию преобразователя сигнала для устранения опасности возникновения утечек через землю.

В зависимости от материалов термоэлектродов различают термопары из благородных и неблагородных металлов. К первым относятся термопреобразователи платиновой группы (ТПП, ТПР). К неблагородным – ТВР, ТХА, ТХК, ТМК, ТНН, ТЖК и др. из серийно выпускаемых.

Проверка работы термопары

В случае выхода из строя термопары не подлежит ремонту. Теоретически можно, конечно, ее починить, но вот будет ли прибор после этого показывать точную температуру – это большой вопрос.

Иногда неисправность термопары не является явной и очевидной. В частности, это касается газовых колонок. Принцип работы термопары все тот же. Однако она выполняет несколько иную роль и предназначается не для визуализации температурных показаний, а для работы клапанов. Поэтому, чтобы выявить неисправность такой термопары, необходимо подключить к ней измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) и нагреть спай термопары. Для этого не обязательно держать ее над открытым огнем. Достаточно лишь зажать его в кулак и посмотреть, будет ли отклоняться стрелка прибора.

Причины выхода из строя термопар могут быть разными. Так, если не надеть специальное экранирующее устройство на термопару, помещенную в вакуумную камеру установки ионно-плазменного азотирования, то с течением времени она будет становиться все более хрупкой до тех пор, пока не переломается один из проводников. Кроме того, не исключается и вероятность неправильной работы термопары из-за изменения химического состава электродов. Ведь нарушаются основополагающие принципы работы термопары.

Газовая аппаратура (котлы, колонки) также оснащается термопарами. Основной причиной выхода из строя электродов являются окислительные процессы, которые развиваются при высоких температурах.

В том случае, когда показания прибора являются заведомо ложными, а при внешнем осмотре не были обнаружены слабые зажимы, то причина, скорее всего, кроется в выходе из строя контрольно-измерительного прибора. В этом случае его необходимо отдать в ремонт. Если имеется соответствующая квалификация, то можно попытаться устранить неполадки самостоятельно.

Да и вообще, если стрелка потенциометра или цифровой индикатор показывают хоть какие-то «признаки жизни», то термопара является исправной. В таком случае проблема, совершенно очевидно, кроется в чем-то другом. И соответственно, если прибор никак не реагирует на явные изменения температурного режима, то можно смело менять термопару.

Однако прежде чем демонтировать термопару и ставить новую, нужно полностью убедиться в ее неисправности. Для этого достаточно прозвонить термопару обычным тестером, а еще лучше – померить напряжение на выходе. Только обычный вольтметр здесь вряд ли поможет. Понадобится милливольтметр или тестер с возможностью подбора шкалы измерения. Ведь разность потенциалов является очень маленькой величиной. И стандартный прибор ее даже не почувствует и не зафиксирует.

Марки

Продукция производится из термоэлектродных никелевых сплавов хромель и алюмель. Первый обозначается маркой НХ 9,5, второй — НМцАК 2-2-1.
Основным компонентом хромеля является никель (Ni), доля которого составляет около 87,4-90,4% с учетом 0,6-1,2% кобальта (Co). Вторым по количеству элементом является хром (Cr) — 9,0-10,0%. Остальные химические элементы содержатся в десятых и тысячных долях процента.

Алюмель на 91,5-95,1% состоит из никеля (Ni), также в данный диапазон входит 0,6-1,2% кобальта (Co). Доля марганца (Mn), алюминия (Al) и кремния (Si) составляют 1,8-2,7%, 1,6-2,4% и 0,85-1,5% соответственно, остальные элементы представлены десятыми и сотыми долями процента.

Химический состав марок НХ 9,5 и НМцАК 2-2-1 регламентируется стандартом ГОСТ 492-2006.

Принцип работы термопары

Термоэлектрический преобразователь – это два проводника (А и В), которые созданы из разных металлов (сплавов). Они объединены в единую электрическую цепь. Места соединений (t1 и t2) помещают в зоны с разными температурами. Это действие инициирует возникновение электродвижущей силы (тока).

Примечания:

• А (В) – положительный (отрицательный) электрод, соответственно;
• t1 – «горячий спай», который устанавливают в области с высокой температурой;
• t2 – «холодный спай», расположенный снаружи для подключения измерительных приборов.

К сведению. Рассмотренное выше явление называют «эффектом Зебека» по имени ученого, сделавшего открытие. Он смог основать заключение о главных принципах построения измерительных приборов.

Принцип работы

Работа любой термопары основывается на термоэлектрическом эффекте, который был открыт Т.И. Зеебеком в далёком 1821 году. Данный эффект заключается в том, что если последовательно соединить друг с другом два разнородных металлических проводника, образуя таким образом замкнутую электрическую цепь, и в одном месте соединения проводников произвести нагрев, то в цепи возникает электродвижущая сила (ЭДС). Данную электродвижущую силу называют термо-ЭДС. Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток.

Место нагрева обычно называют горячим спаем. Место, где нет нагрева – холодный спай. Если в разрыв цепи подключить гальванометр или микровольтметр, то можно измерить величину термо-ЭДС, которая будет составлять несколько мили- или микровольт. Значение термо-ЭДС будет зависеть от величины нагрева в месте соединения проводников и от величины температуры в месте соединения проводников, где нагрев не происходит. Т.е. значение термо-ЭДС зависит от разности температур между холодным и горячим спаем. Также термо-ЭДС зависит и от рода самих проводников.

Будет интересно➡ Постоянный ток — определение и параметры

Таким образом, если место соединения разнородных проводников термопары нагреть, то между несоединёнными (свободными) концами проводников возникнет разность потенциалов, которую можно измерить электроизмерительным прибором. Благодаря современным преобразователям возникающую разность потенциалов можно преобразовать в определённое цифровое значение, т.е. вполне реально узнать значение температуры нагрева в месте соединения проводников термопары. Для того чтобы измерения были точными, температура холодного спая должна быть неизменной. Т.к. это не всегда возможно, используются специальные компенсационные схемы для компенсации температуры холодного спая.

Конструкция устройства

Современные термопары изготавливаются различной формы и длины. По конструктивному исполнению их можно разделить на две группы:

• бескорпусные термопары;
• термопары с защитным кожухом.

Первые представляют собой изделие, у которого место соединения двух проводников не закрыто и не защищено от внешних воздействий. Такое исполнение позволяет достичь быстрого времени измерения температуры и низкой инертности. Второй тип термопары выпускается в виде зонда. Зонд представляет собой металлическую трубку с внутренним изолятором, выдерживающим высокую температуру. Внутрь зонда помещается термоэлектрический элемент термопары. Благодаря такой конструкции термоэлемент защищён от влияния агрессивных сред различных технологических процессов.

Холодный спай

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору. В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры. Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Термопара газовой плиты.

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Как проверить работу термостата

Для проверки термостата можно использовать следующий метод: при изменении температурной уставки должны быть слышны характерные щелчки при прохождении значения температуры, равной температуре окружающей среды – замыкание и размыкание контактов.

Если термостат съёмный, то можно попробовать нагреть его чувствительный элемент и проверить срабатывание.

Если, например, рассмотреть термостат в духовке, то задав определенную температуру, после прогрева можно понаблюдать за пламенем горелки: если оно уменьшилось и остается на одном уровне, то все в порядке. Точности полученного результата можно достигнуть, используя термометр.

Правильность срабатывания уставочного значения термостата можно при помощи термометра или мультиметра с термопарой. Такой способ подойдет, например, для стиральной машины. Также поможет тестер, который подсоединив к контактам термостата покажет их замыкание и размыкание.

Как работает термопара с газовым котлом

Термопара — что это такое? Для пользователя все становится ясно, когда возникают перебои в работе газового оборудования. Рабочий спай термопары в котле нагревается от пламени запальника. В цепи наводится термо-ЭДС равная 20-25 mV, значения которой достаточно для срабатывания электромагнитного клапана. При этом открывается подача газа на обогрев котла. Запальная горелка всегда функционирует, пока работает котел. От нее зажигается основная горелка, греющая воду. Термопара для газовой плиты также необходима, чтобы обеспечить электроподжиг на конфорках.

Кроме того, некоторые плиты снабжают защитой при сбоях в подаче, когда в сети пропадает газ, а затем подается снова.

При горении газового факела в котле место спайки термоэлектродов остается нагретым, и за счет этого обеспечивается подача топлива. После того как пламя погаснет, рабочий спай термопары остывает, и она перестает вырабатывать ток. При этом происходит аварийное отключение электромагнитного клапана, перекрывающего газ.

Устройство и принцип действия термопары

Действительно, постоянно находиться в зоне открытого пламени может далеко не каждый материал. Термоэлемент же изготовлен из металла, точнее, из нескольких металлов, поэтому высокой температуры не боится. При работе газовой котельной установки без него никак не обойтись, выход из строя термопары означает полную остановку агрегата и немедленный ремонт. Все дело в том, что термоэлемент работает совместно с электромагнитным отсекающим клапаном, перекрывающим вход в топливный тракт. Стоит только этой детали выйти из строя, как клапан закроется, подача топлива прекратится и горелочное устройство потухнет.

Чтобы лучше понять принцип работы термопары газового котла, стоит рассмотреть схему, представленную на рисунке.

Схема термопары

В основе этого принципа лежит следующее физическое явление: если надежно соединить между собой 2 разнородных металла, а потом место соединения нагревать, то на холодных концах этого спая появится разница потенциалов, то есть, напряжение. А при подключении к ним измерительного прибора цепь замкнется и возникнет постоянный электрический ток. Напряжение будет совсем небольшим, но этого вполне достаточно, чтобы в чувствительной катушке электромагнитного клапана возникла индукция и он открылся, позволяя топливу пройти к запальнику.

Для справки. Некоторые современные электромагнитные клапаны настолько чувствительны, что остаются открытыми, пока напряжение на входе не станет ниже 20 мВ. Термоэлемент в обычном рабочем режиме вырабатывает напряжение порядка 40—50 мВ.

Соответственно, устройство термопары газового котла основано на описанном явлении, носящем название эффекта Зеебека. Две детали из различных металлов прочно соединяются между собой в одной или нескольких точках, при этом качество соединения играет большую роль. Оно влияет на рабочие параметры элемента и долговечность его эксплуатации. Место соединения и будет той самой рабочей частью, помещаемой в зону открытого огня.

Поскольку для изготовления термоэлементов применяется множество различных пар металлов, не вдаваясь в подробности, отметим, что в термопаре для газового котла используется пара хромель – алюминий. К холодным концам этих металлов приварены проводники, заключенные в защитную оболочку. Второй конец проводников вставляется в соответствующее гнездо автоматики агрегата и закрепляется с помощью зажимной гайки.

В процессе розжига запальника и горелки газового котла для подачи топлива мы открываем электромагнитный клапан вручную, нажимая на его шток. Газ попадает на запальник и поджигается, а термопара находится рядом и нагревается от его пламени. Спустя 10—30 сек кнопку можно отпускать, так как термоэлемент уже начал вырабатывать напряжение, удерживающее шток клапана в открытом состоянии.

Принцип работы устройства

Принцип действия термопары основывается на явлении, которое было обнаружено немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком в 1821 году. Им было замечено, что если нагреть два соединенных проводника из разнородных материалов, то возникает напряжение, которое получило название, как термоЭДС. При этом величина ее зависит от степени нагрева места соединения этих проводников. Впоследствии эффект получил имя его открывателя.

К примеру, при нагреве железа возникает положительное напряжение равное 15 мкВ на каждый 1 °C, в то время как в никеле создается отрицательное значение тока -20,8 мкВ. Поскольку в большинстве случаев используется сплав алюмеля с хромелем, то при нагреве до температуры 300 °С «дуэт» этих металлов образует напряжение 12 мВ.

Этого вполне достаточно для срабатывания электромагнитного реле, которое удерживает кран безопасности открытым. Но стоит только температуре упасть (что происходит практически мгновенно), реле отключается, в результате чего клапан закрывается.

Такое объяснение принципа действия термопары простыми словами будет вполне понятно многим.

Устройство и принцип работы

Известно, что в замкнутой цепи, которая состоит из двух проводников из разных металлов (напр., хромель и копель), возникает термоэлектродвижущая сила (ЭДС), при условии, что их горячий и холодный спаи имеют различную температуру (эффект Зеебека). Значение ЭДС зависит от материалов проводников, температур их холодного и горячего спаев.

Обычно, напряжение бытовой термопары находится в пределах 20-60 милливольт (мВ), чего достаточно для открытия газового клапана, но, разумеется, недостаточно для работы сложной автоматики и прочих модулей, для которых уже необходимо подключение к электросети.

Так выглядит стандартная термопара на фото.

Модуль не ограничивается парой спаев, однако устройство термопары достаточно простое и понятное:

1. Гильза, внутри которой находятся термоэлектроды с «горячим» спаем проводников, именно она крепится на горелочный модуль котла, рядом с пилотной горелкой (запальником).
2. Удлинитель, защищенный медной трубкой от внешнего воздействия электромагнитных полей, служит для соединения рабочей части (горячего спая) с электромагнитным газовым клапаном.
3. Диэлектрическая шайба с «холодным» спаем, именно она вставляется в гнездо газового электромагнитного клапана.

Чаще всего в термопарах бытовых газовых котлов используются спаи из хромеля и алюмеля (ТХА), хромеля и копеля (ТХК), железа и константана (ТЖК). Все используемые сплавы, их маркировка и характеристики указаны в таблице ниже.

Как работает термоэлектрический термометр в составе газового котла

Принцип работы термопары в составе газового котла везде один:

1. Сначала человек механическим путем открывает клапан подачи газа, удерживая кнопку электромагнитного клапана в течение 15-30 секунд.
2. Затем единожды нажимается кнопка пъезорозжига, возникает искра и зажигается запальная горелка.
3. Кнопка магнитного клапана удерживается еще на протяжении 30-60 секунд, пока рабочий спай термопары, находящийся рядом с запальником, не нагреется и не выдаст необходимое напряжение.
4. По прошествии 30-60 секунд кнопка электромагнитного клапана отпускается, но горение не прекращается, поскольку нагретая термопара вырабатывает достаточно напряжения для удержания газового клапана в открытом положении. Котел работает в штатном режиме, без вмешательства человека.
5. Как только горение прекращается, пламя больше не нагревает термопару, вследствие чего напряжения недостаточно для удержания электромагнитного газового клапана открытым, он закрывается, прекращая подачу газа.

Хромель-алюминиевые термопары

Данные схемы термопар применяются в большинстве случаев для производства различных датчиков и щупов, позволяющих контролировать температуру в промышленном производстве.

Их отличительными особенностями можно назвать довольно низкую цену и огромный диапазон измеряемой температуры. Они позволяют зафиксировать температуру от -200 до +13000 градусов Цельсия.

Нецелесообразно применять термопары с подобными сплавами в цехах и на объектах с высоким содержанием серы в воздухе, так как этот химический элемент негативно влияет как на хром, так и на алюминий, вызывая нарушения в функционировании устройства.

Термопара хромель-алюмель – коротко об основном

Как известно, термопара представляет собой два соединённых в одном конце проводника из различных материалов, являющихся частью устройства для замера температуры. Существуют различные комбинации проводников, но наиболее оптимальные термоэлектрические характеристики демонстрирует соединение из двух никелевых сплавов: хромель и алюмель. Дело в том, что именно данные материалы демонстрируют наиболее близкую к прямой термоэлектрическую характеристику, что необходимо для обеспечения высокой точности измерений. Прежде чем перейти к описанию свойств термопар следует остановиться на используемых в них сплавах.
Хромель (НХ9,5) – это сплав 89-91% никеля и 8,7-10% хрома. Остальное занимают примеси таких материалов как кремний, медь, марганец и кобальт, причём содержание последнего составляет от 0,6 до 1,2%.

Алюмель (НМцАк2-2-1) состоит из 93-96% никеля и 1,8-2,5% алюминия, при высоком содержании марганца (1,8-2,2%) и кремния (0,8-1,2%). Данный сплав достаточно хорошо магнитен в отличие от маломагнитного хромеля.

Высокое содержание никеля обуславливает то обстоятельство, что изготовленная из этих сплавов термопарная проволока обладает высокой стойкостью к окислению. А, учитывая то, что термопара из данных материалов имеет практически линейную зависимость термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) в диапазоне от 0 до 1000°С, то она часто используется в различных терморегуляторах.

Термопара из хромеля и алюмеля характеризуется высокой инерционностью

При кратковременном измерении максимальная температура может достигать 1300°С. Материалом для электродов термопар является термоэлектродная проволока, размерный ряд которой состоит из следующих диаметров (ГОСТ 1790-77): 0,2; 0,5; 0,7; 1,2; 3,2 миллиметра. При температуре 1300 °С используется проволока только диаметра 1,2 и 3,2 мм.

Проволока хромель и алюмель изолирована друг от друга и от корпуса керамическими одноканальными изоляторами с керамическими наконечниками на конце, защищающими от соприкосновения с металлическим чехлом.

Термопара из данных сплавов характеризуется высокой инерционностью. Исключением являются термопары хромель-алюмель типов ТХ-VII и ТХА-У-XV с низкими показателями инерционности. Проволока алюмель и хромель имеет обыкновенную устойчивость к механическим повреждениям кроме используемой в термопарах ТХА-420 и ТХА-430, которая обладает повышенной устойчивостью к вибрационным нагрузкам.

В основном термопары имеют стандартную конструкцию головки, но существуют и варианты с водозащищенными и брызгонепроницаемыми головками. Термопары ТХАП не имеют головки. Для ввода проводов используется гибкий шланг или штуцер.

Одним из основных преимуществ термоэлектродных проволок из хромеля и алюмеля является их устойчивость к окислению, что позволяет им надежно работать в окислительной среде благодаря появлению при нагреве тонкой защитной пленки, которая препятствует проникновению кислорода внутрь металла. Но при этом следует учесть, что длительная работа термопары в окислительной среде может привести к некоторому изменению термо-ЭДС, особенно при температурах 300-500 и 800-1000°С. Не рекомендуется их использовать в атмосфере с высоким содержанием серы, которая негативно влияет на оба материала — хромель и алюмель.

Термопары хромель-алюмель популярны из-за своей доступности по стоимости, а также трудоемкости изготовления и достаточно широкого диапазона измеряемой температуры, зависящий от диаметра термоэлектродной проволоки.

Литература

• Термопара // Телецкое озеро — Трихофития. — М. : Советская энциклопедия, 1946. — ( : / гл. ред. О. Ю. Шмидт ; 1926—1947, т. 54).
• Киес Р. Дж., Крузе П. В., Патли Э. Г., Лонг Д., Цвиккер Г. Р., Милтон А. Ф., Тейч М. К.
  § 3.2. Термопара // Фотоприёмники видимого и ИК диапазонов = Optical and Infrared Detectors / пер. с англ. под ред. В. И. Стафеева. — М.: Радио и связь, 1985. — 328 с.

H. Melloni. Ueber den Durchgang der Wärmestrahlen durch verschiedene Körper (нем.) // Annalen der Physik und Chemie : журнал. — Leipzig: Verlag von Johann Ambrosius Barth, 1833. — Bd. 28. — S. 371—378.

Грунин В. К. § 2.3.4. Термоэлектрические приёмники излучения // Источники и приёмники излучения: учебное пособие. — СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. — 167 с. — ISBN 978-5-7629-1616-5.

Монтаж термопары

Для минимизации отмеченных выше негативных влияний применяют подключение термопары проводами из тех же материалов, которые использованы для изготовления положительного (отрицательного) электрода. Обязательно соблюдают соответствие полярности. Измерительный блок (преобразователь) размещают на небольшом удалении. Данные с него в цифровой форме поступают в компьютерный центр для индикации показаний, последующей обработки.

Монтажные схемы

Измерение температуры в контрольных точках (1) применяют для создания компенсационного напряжения. Если приборы подключают в разрыв цепи (2), выбирают проводники с одинаковыми параметрами.

Конструкции термопар

Существует две основные разновидности конструкций термопар.

• С применением изоляционного слоя. Данная конструкция термопары предусматривает изолирование рабочего слоя устройства от электрического тока. Подобная схема позволяет использовать термопару в технологическом процессе без изоляции входа от земли.
• Без применения изоляционного слоя. Такие термопары могут подключаться лишь к измерительным схемам, входы которых не имеют контакта с землей. Если данное условие не соблюдается, в устройстве возникнет две независимых замкнутых схемы, в результате чего показания, полученные с помощью термопары, не будут соответствовать действительности.

Рекомендации по эксплуатации

Точность и целостность системы измерений на основе термопарного датчика может быть увеличена, если соблюдать определенные условия. Не допускать вибраций и механических натяжений термопарных проводников. При применении миниатюрной термопары из тонкой проволоки. Необходимо применять ее только в контролируемом месте, а за этим местом следует применять удлинительные проводники. Рекомендуется применять проволоку большого диаметра, не изменяющую температуру измеряемого объекта. Использовать термодатчик только в интервале рабочих температур.

Таблица – Градуировка и проверка термопар.

Избегать резких перепадов температуры по длине термодатчика. При работе с длинными термодатчиками и удлинительными проводниками, необходимо соединить экран вольтметра с экраном провода. Для вспомогательного контроля и температурной диагностики используют специальные температурные датчики с 4-мя термоэлектродами, позволяющими выполнять вспомогательные температурные измерения, сопротивления, напряжения, помех для проверки надежности и целостности термопар.

Проводить электронную запись событий и постоянно контролировать величину сопротивления термоэлектродов. Применять удлиняющие проводники в рабочем интервале и при наименьших перепадах температур. Применять качественный защитный чехол для защиты термопарных проводников от вредных условий.

Виды датчиков и их характеристики

Измерение температуры термометром сопротивления происходит с помощью одного или нескольких чувствительных элементов сопротивления и соединительных проводов, которые надежно спрятаны в защитном корпусе.

Классификация ТС происходит именно по типу чувствительного элемента.

Металлический термометр сопротивления по ГОСТ 6651-2009

Согласно ГОСТ 6651-2009 выделяют группу металлических термометров сопротивления, то есть ТС, чей чувствительный элемент — это небольшой резистор из металлической проволоки или пленки.

Платиновые измерители температуры

Платиновые ТС считаются самым распространёнными среди других видов, поэтому их часто устанавливают для контроля важных параметров. Диапазон измерения температуры лежит от -200 °С до 650 °С. Характеристика близка к линейной функции. Один из самых распространённых видов — Pt100 (Pt — платиновый, 100 — означает 100 Ом при 0 °С).

Никелевые термометры сопротивления

Никелевые ТС почти не используются в производстве за счет узкого температурного диапазона (от -60 °С до 180 °С) и сложностей эксплуатации, однако, следует отметить, что именно они имеют самый высокий температурный коэффициент 0,00617 °С-1.

Ранее такие датчики использовались в кораблестроении, однако, сейчас в этой отрасли их заменили на платиновые ТС.

Медные датчики (ТСМ)

Казалось бы, у медных датчиков диапазон использования еще уже, чем у никелевых (всего от -50 °С до 170 °С), но, тем не менее, именно они являются более популярным типом ТС.

Секрет в дешевизне прибора. Медные чувствительные элементы просты и неприхотливы в использовании, а также отлично подходят для измерения невысоких температур или сопутствующих параметров, например, температуры воздуха в цехе.

Срок службы такого устройства невелик, однако, и средняя стоимость медной ТС не слишком бьет по карману (около 1 тыс. рублей).

Терморезисторы

Терморезисторы — это термометр сопротивления, чей чувствительный элемент сделан из полупроводника. Это может быть оксид, галогенид или другие вещества с амфотерными свойствами.

Преимуществом данного прибора является не только высокий температурный коэффициент, но и возможность придать любую форму будущему изделию (от тонкой трубки до устройства длиной в несколько микрон). Как правило терморезисторы рассчитаны для измерения температуры от -100 °С до +200 °С.

Различают два вида терморезисторов:

• термисторы — имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть при росте температуры, сопротивление уменьшается;
• позисторы — имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при увеличении температуры, сопротивление также возрастает.

Типы термопар из неблагородных металлов и их особенности

1. Тип К (хромель-алюмель)

Используется для измерения температур в диапазоне от -200 °С до +1000 °С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектродной проволоки).

В диапазоне температур от 200 до 500 °С может возникнуть эффект гистерезиса, когда показания при нагревании и охлаждении могут различаться. В некоторых случаях разница достигает 5 °С.

Работает в нейтральной атмосфере или атмосфере с избытком кислорода.

После термического старения показания снижаются.

Может произойти изменение термо-ЭДС при использовании в разряженной атмосфере, т.к. хром может выделяться из Ni-Cr вывода (так называемая миграция). При это термопара показывает заниженную температуру.

Атмосфера серы вредна для термопары, т.к. воздействует на оба электрода.

2. Тип L (хромель-копель)

Используется для измерения температур в диапазоне от -200 °С до +800 °С (рекомендуемый предел, зависящий от диаметра термоэлектродной проволоки).

3. Тип Е (хромель-константан)

Используется для измерения температур в диапазоне от -40 °С до +900 °С.

Обладает высокой чувствительностью, что является плюсом.

Материалы электродов обладают термоэлектрической однородностью.

4. Тип Т (медь-константан)

Используется для измерения температур в диапазоне от -250 °С до +300 °С.

Может работать в атмосфере с небольшим избытком или недостатком кислорода.

Не рекомендуется использование термопар данного типа при температурах выше 400 °С.

Не чувствительна к повышенной влажности.

Оба вывода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.

5. Тип J (железо-константан)

На железном выводе может образоваться ржавчина из-за конденсации влаги.

Хорошо работает в разряженной атмосфере.

Максимальная температура применения — 500 °С, т.к выше этой температуры происходит быстрое окисление выводов. Оба вывода быстро разрушаются в атмосфере серы.

Показания повышаются после термического старения.

Невысокая стоимость, т.к. в состав термопары входит железо.

6. Железо-копель

Используется для измерения температур в диапазоне от 0 до 760 °C.

7. Тип А (вольфраморениевый сплав ВР — вольфраморениевый сплав ВР)

Используется для измерения высоких температур от 0 до 2500 °C в инертной среде.

8. Тип N (нихросил-нисил)

Это относительно новый тип термопары, разработанный на основе термопары типа К. Термопара типа К может легко загрязняться примесями при высоких температурах. Сплавляя оба электрода с кремнием, можно тем самым загрязнить термопару заранее, и таким образом снизить риск дальнейшего загрязнения во время работы.

Рекомендуемая рабочая температура до 1200 °С (зависит от диаметра проволоки), возможна кратковременная работа при 1250 °С.

Высокая стабильность при температурах от 200 до 500 °С (значительно меньший гистерезис, чем для термопары типа К).

Считается самой точной термопарой из неблагородных металлов.

Типы термопар из благородных металлов и их особенности

1. Тип В (платинородий-платинородиевая)

Максимальная температура, при которой может работать термопара, составляет 1500 °С (зависит от диаметра проволоки).

Кратковременное использование возможно до 1750 °С.

Присутствует эффект загрязнения водородом, кремнием, парами меди и железа при температурах выше 900 °С. Но данный эффект меньше, чем для термопар типа S и R.

При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.

Может работать в окислительной среде.

Не рекомендуется применение при температуре ниже 600 °С, где термо-ЭДС очень мала и нелинейна.

2. Тип S (платинородий-платиновая)

Максимальная температура, при которой может работать термопара, составляет 1350 °С.

Кратковременное использование возможно до 1600 °С.

Присутствует эффект загрязнения водородом, углеродом, парами меди и железа при температурах выше 900 °С. При содержании в платиновом электроде 0,1% железа, тером-ЭДС изменяется более, чем на 1 мВ (100°С) при 1200 °С и 1,5 мВ (160 °С) при 1600 °С. Такая же картина наблюдается при загрязнении медью. Вывод: термопары данного типа нельзя армировать стальной трубкой или следует изолировать электроды от трубки газонепроницаемой керамикой.

Может работать в окислительной атмосфере.

При температуре выше 1000 °С термопара может загрязняться кремнием, который присутствует в некоторых видах защитных керамических материалов. Важно использовать керамические трубки, состоящие из высокочистого оксида алюминия.

Не рекомендуется применение ниже 400 °С, т.к термо-ЭДС в этой области мала и крайне нелинейна.

3. Тип R (платинородий-платиновая)

Обладает такими же свойствами, что и термопары типа S.

ÐеиÑпÑавноÑÑÑ ÑеÑмопаÑÑ Ð¿Ð»Ð¸Ñ

У каждого ÑÑÑÑойÑÑва найдÑÑÑÑ ÑлабÑе меÑÑа, и ÑеÑмоÑлекÑÑиÑеÑкий пÑеобÑазоваÑÐµÐ»Ñ — не иÑклÑÑение. Ðн оÑлиÑаеÑÑÑ Ð¾Ñобой ÑÑвÑÑвиÑелÑноÑÑÑÑ Ðº ÑоÑÑоÑÐ½Ð¸Ñ Ð´Ð°ÑÑика, коим ÑвлÑеÑÑÑ ÐµÐ³Ð¾ «гоÑÑÑий» конеÑ. Ðа его повеÑÑноÑÑи Ð¼Ð¾Ð¶ÐµÑ Ð¿Ð¾ÑвиÑÑÑÑ ÑилÑнÑй Ð½Ð°Ð³Ð°Ñ Ð¸Ð»Ð¸ пÑоÑие загÑÑзнениÑ. Ðо ÑÑой пÑиÑине ÑеÑмопаÑа не ÑпоÑобна вÑÑабоÑаÑÑ Ð½ÐµÐ¾Ð±Ñодимое напÑÑжение, в ÑезÑлÑÑаÑе Ñего плиÑа полноÑÑÑÑ Ð½Ðµ ÑÑнкÑиониÑÑÐµÑ Ð»Ð¸Ð±Ð¾ ÑабоÑÐ°ÐµÑ Ñ Ð¿ÐµÑебоÑми.

Ðак ÑÑо пÑоÑвлÑеÑÑÑ? ÐÑи нажаÑии кнопки Ñозжига загоÑаеÑÑÑ Ð¾Ð´Ð½Ð° из конÑоÑок, но ÑÑÐ¾Ð¸Ñ Ð¾ÑпÑÑÑиÑÑ ÐµÐµ â Ð¿Ð»Ð°Ð¼Ñ Ð³Ð°ÑнеÑ. ÐÑли Ñакое пÑоиÑÑодиÑ, можно попÑобоваÑÑ Ð¿Ð¾ÑиÑÑиÑÑ Ð´Ð°ÑÑик наждаÑной бÑмагой Ñ Ð¼ÐµÐ»ÐºÐ¸Ð¼ зеÑном. ÐÑли же ÑезÑлÑÑÐ°Ñ Ð½Ðµ измениÑÑÑ, или измеÑÐµÐ½Ð¸Ñ ÑеÑмопаÑа пÑÐ¾Ð¸Ð·Ð²Ð¾Ð´Ð¸Ñ Ð½ÐµÑоÑно, ÑкоÑее вÑего, нÑжна замена ÑеÑмопаÑÑ.