Термопары — это датчики температуры, которые изготавливаются путем соединения двух разнородных металлов. Соединение между двумя металлами создает небольшое напряжение, которое меняется в зависимости от температуры. Это напряжение можно измерить и интерпретировать для определения температуры.
Два наиболее распространенных типа термопар — это типы J и K. Оба используют различные комбинации металлических сплавов и имеют различные температурные диапазоны и характеристики. Однако различить термопары типов J и K может быть сложно, особенно если провода не маркированы.
В этой статье мы дадим обзор термопар типов J и K и объясним основные различия между ними. Мы также дадим советы о том, как визуально идентифицировать провода термопар J и K без маркировки.
Термопары типа J состоят из проводников из железа (Fe) и константана (Cu-Ni). Комбинация этих двух сплавов создает термоэлектрическое напряжение, которое предсказуемо меняется с изменением температуры.
Некоторые ключевые факты о термопарах типа J:
– Диапазон температур: от -210 до 1200 °C (от -346 до 2192 °F)
– Верхний предел непрерывной температуры: 750 °C (1382 °F)
– Стандартный допуск: ±2,2 °C или ±0,75%
– Цветовой код: черный (+) и белый (-)
– Обычное применение: измерения низких температур в инертных средах
Типы J обладают превосходной стабильностью термопары и высоким выходом (около 50 мкВ/°C). Они подходят для измерений в вакууме, инертных и окислительных средах. Однако они имеют более низкий температурный диапазон по сравнению с другими типами термопар.
Термопары типа K состоят из сплавов никеля и хрома (NiCr) и никеля и алюминия (NiAl). Такое сочетание создает термоэлектрическое напряжение, подходящее для измерений в широком диапазоне температур.
Основные факты о термопарах типа K:
– Диапазон температур: от -270 до 1372 °C (от -454 до 2501 °F)
– Верхний предел непрерывной температуры: 1260 °C (2300 °F)
– Стандартный допуск: ±2,2 °C или ±0,75%
– Цветовой код: желтый (+) и красный (-)
– Обычное применение: общие измерения от криогенных до высоких температур
Проводники из никелевого сплава обеспечивают типам K отличную коррозионную стойкость. Они имеют более низкую выходную термоЭДС, чем типы J (около 40 мкВ/°C), но могут выдерживать более высокие температуры. Типы K являются наиболее часто используемыми термопарами общего назначения.
Хотя термопары типов J и K являются похожими датчиками температуры, между ними есть некоторые основные различия:
| Различие | Тип J | Тип K |
|---|---|---|
| Диапазон температур | -210 до 1200°C (-346 до 2192°F) | -270 до 1372°C (-454 до 2501°F) |
| Максимальная постоянная температура | 750°C (1382°F) | 1260°C (2300°F) |
| Термоэлектрический выход | ~50 мкВ/°C | ~40 мкВ/°C |
| Металлы-проводники | Железо + Константан (Fe + Cu-Ni) | Хромель + Алюмель (NiCr + NiAl) |
| Цветовой код | Черный (+) / Белый (-) | Желтый (+) / Красный (-) |
| Области применения | Измерения низких температур | Измерения в широком диапазоне общего назначения |
Как показано в таблице, основные различия таковы:
– **Температурный диапазон** – Типы K имеют более широкий температурный диапазон, особенно при более высоких температурах. Типы J лучше подходят для криогенных или низкотемпературных применений.
– **Максимальная температура** – Верхний предел непрерывной работы выше для типов K и составляет 1260 °C по сравнению с 750 °C для типов J.
– **Выход** – Типы J имеют немного более высокий термоэлектрический выход, приблизительно 50 мкВ/°C по сравнению с 40 мкВ/°C для типов K. Это может улучшить разрешение измерений.
– **Металлы-проводники** – Типы J используют железо и константан, тогда как типы K используют сплавы никеля с хромом и никеля с алюминием. Это обеспечивает типам K лучшую коррозионную стойкость.
– **Цветовые коды** – Типы J имеют черную (+) и белую (-) полярность, а типы K – желтую (+) и красную (-). Это позволяет быстро визуально идентифицировать их.
– **Обычное применение** – Более высокий температурный диапазон делает типы K подходящими для общих применений. Типы J обычно используются для более точных измерений низких температур.
Итак, вкратце, типы K имеют более широкий диапазон измерения температуры, в то время как типы J обеспечивают лучшую производительность и точность при более низких температурах. Различные металлы проводника также делают их подходящими для разных сред.
Провода термопар часто маркируются или имеют цветовую кодировку для легкой идентификации. Однако вы можете столкнуться с немаркированными проводами, особенно на старых термопарах.
Вот несколько советов по визуальной идентификации немаркированных проводов термопар J и K:
– **Используйте магнит** – Магнит будет притягиваться к проводам типа J из-за железного проводника. На проводах типа K магнитного притяжения не будет.
– **Ищите окисление** – Тип J окисляется быстрее, поэтому железный провод может выглядеть ржавым или корродированным. Тип K более устойчив к окислению.
– **Проверяйте толщину провода** – Провода типа K часто толще, чем провода типа J, из-за более высокой температурной емкости. Более толстые калибры, такие как 20 AWG, могут указывать на тип K.
– **Осмотрите разъемы** – Тип J обычно использует черно-белые мини-разъемы. Типы K часто используют желтые и красные разъемы в соответствии с цветовым кодом.
– **Рассмотрите применение** – При использовании при высоких температурах выше 750 °C они, скорее всего, относятся к типу K, поскольку это превышает предел типа J. При более низких температурах применение типа J более вероятно.
– **Измерение сопротивления** – Различные металлы проводника в типах J и K приводят к разным значениям электрического сопротивления. Измерение сопротивления между двумя проводами может помочь определить тип.
– **Испытание с ледяной водой** – Помещение спая термопары в ледяную ванну обеспечивает известную контрольную точку 0 °C. Выходное напряжение указывает, относится ли он к типу J или K на основе коэффициента Зеебека.
Используя комбинацию этих методов визуального осмотра и измерения, вы часто можете определить тип термопары. В случае сомнений сверьтесь со схемами электропроводки, записями об установке или спецификациями OEM-производителей, это также может помочь выявить загадочные термопары.
При удлинении или ремонте проводов термопар важно использовать правильно подобранный удлинительный провод термопары.
Использование обычного медного провода приведет к ошибкам измерения из-за эффекта Зеебека в соединениях разнородных металлов. Всегда используйте провод, соответствующий типу оригинальной термопары, соблюдая правильную полярность.
Вот несколько советов по использованию удлинительных проводов:
– Четко маркируйте или помечайте провода, чтобы избежать путаницы
– Спаяйте все соединения, чтобы обеспечить надежную термоэлектрическую цепь
– Используйте накручивающиеся соединители термопар, когда это возможно, для простоты ремонта
– Прокладывайте удлинительные кабели вдали от источников тепла или электрических помех
– Выбирайте провод подходящего калибра, чтобы минимизировать сопротивление – от 20 до 24 AWG
– Соблюдайте герметичность соединений и не допускайте попадания влаги
Соблюдение правильных правил электропроводки обеспечит точные и надежные измерения температуры. При выполнении соединений или соединений между разнородными металлами сверяйтесь со справочными таблицами термопар.
Правильное заземление имеет важное значение для точных измерений термопары и снижения шума. Вот несколько рекомендуемых методов заземления:
– **Используйте заземленные разъемы термопар** – Многие мини-штекерные и поворотные разъемы имеют заземляющую пластину или винт. Подключите его к заземлению измерительной системы.
– **Подключите экраны** – Для экранированного кабеля термопары подключайте экран к заземлению только на измерительном конце. Избегайте контуров заземления.
– **Используйте заземленные соединительные блоки** – Соединительные блоки позволяют нескольким термопарам подключаться к общей точке заземления.
– **Соблюдайте правила заземления** – Используйте выделенные заземляющие провода, избегайте совместного использования заземляющих соединений с другими устройствами и подключайтесь к одной точке заземления.
– **Используйте изоляторы при необходимости** – Изоляторы позволяют опорному заземлению термопары плавать для систем без заземления.
Правильное заземление обеспечивает обратный путь для электрических помех и сводит к минимуму помехи напряжения в цепи термопары. Всегда сверяйтесь с руководствами по эксплуатации термопар и измерительных приборов для выбора правильной схемы заземления.
Термопары измеряют разницу температур между горячим спаем (чувствительным концом) и холодным спаем (клеммным концом). Для определения абсолютной температуры необходимо также измерить температуру холодного спая.
Это известно как компенсация холодного спая (CJC), и существует несколько методов:
| Метод CJC | Описание |
|---|---|
| Внутренний термистор | Термистор внутри клеммной колодки измеряет опорную температуру. |
| Внешний датчик CJC | Специальный датчик температуры обеспечивает температуру холодного спая. |
| Ручной ввод | Известная температура холодного спая вручную вводится в измерительную систему. |
| Ледяная ванна | Клеммная колодка помещается в ледяную ванну для фиксированного опорного значения 0 °C. |
| Программная компенсация | Программные алгоритмы оценивают температуру холодного спая и компенсируют значения. |
Лучший метод зависит от области применения, но встроенные термисторы или внешние датчики CJC обеспечивают наибольшую точность. Правильная компенсация температур холодного спая обеспечивает наивысшую точность измерения и калибровки термопары.
Термопары обычно используются в качестве температурных стандартов для калибровки из-за их предсказуемых термоэлектрических свойств. Вот некоторые рекомендации по использованию калибровки:
– Выберите тип термопары, подходящий для диапазона температур калибровки. Типы K работают в широких диапазонах калибровки.
– Используйте термопары с жестким допуском, класс 1 для максимальной точности.
– Запишите коэффициент Зеебека или зависимость напряжения от температуры для типа термопары.
– Поместите спай термопары в непосредственной близости от калибруемого датчика.
– Дайте время для теплового равновесия, чтобы обеспечить выравнивание температуры.
– Измерьте напряжение термопары и сопоставьте его с температурой, используя справочные таблицы.
– Проверьте, соответствует ли калибровочное оборудование, такое как ледяные бани, печи и термокарманы, спецификациям.
– Отправляйте термопары в аккредитованную лабораторию для периодической повторной калибровки.
При надлежащей практике термопары представляют собой недорогой, но высокоточный источник температуры для полевой и лабораторной калибровки других устройств и датчиков.
Хотя J и K являются двумя наиболее распространенными типами термопар, они имеют ключевые различия в своем температурном диапазоне, составе материала, цветовых кодах и областях применения.
Термопары типа K подходят для широкого диапазона общих измерений температуры до 1372 °C. Типы J обеспечивают лучшую точность и достоверность при более низких температурах ниже 750 °C.
Немаркированные провода термопары можно идентифицировать с помощью таких методов, как магнитное тестирование, визуальный осмотр разъемов и проверка электрического сопротивления. Правильные процедуры установки, соединения спаев и компенсация холодного спая также обеспечивают точность измерений.
Благодаря предсказуемому соотношению напряжение-температура термопары служат точным источником калибровки для других датчиков и устройств температуры. Понимание различий и возможностей типов J и K позволяет выбрать оптимальную термопару для данного применения.