Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики для измерения температуры. Термопара (термоэлектрический преобразователь) - это два проводника из разных материалов, спаянных с одной стороны (горячий спай) и свободных с другой стороны (холодный спай- условный спай). Приспособление несложное, и принцип действия тоже – когда термопара нагревается или охлаждается, разные металлы меняют температуру с разной скоростью, и разница позволяет возникнуть термоэлектродвижущей силе (ЭДС), или, говоря другими словами, происходит эффект Зеебека. Благодаря этому удается измерить температуру.

Непосредственное участие в измерении ложится на горячий спай, а свободные концы подключаются к измерительному прибору. Главной характеристикой термопар, является их Тип, который определяется разновидностью спаянных металлов.

На прибор от термопары поступает напряжение в милливольтах, которое он сопоставляет с таблицей напряжений (согласно типу термопары), таблица заложена в памяти прибора и отражает текущее значение измерения.

Таблица для Тип K (NiCr-Ni)

Typ K

Temp. oC

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90
-200.00 -5,891 -6,035 -6,158 -6,262 -6,344 -6,404 -6,441 -6,458    
-100.00 -3,553 -3,852 -4,138 -4,410 -4,669 -4,912 -5,141 -5,354 -5,550 -5,730
0   -0,392 -0,777 -1,156 -1,527 -1,889 -2,243 -2,586 -2,920 -3,242
  0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0   0,397 0,796 1,203 1,611 2,022 2,436 2,850 3,266 3,681
100 4,095 5,549 4,919 5,327 5,733 6,137 6,539 6,939 7,338 7,737
200 8,137 8,537 8,938 9,341 9,745 10,151 10,560 10,969 11,381 11,793
300 12,207 12,623 13,039 13,456 13,874 14,292 14,712 15,132 15,552 15,974
400 16,395 16,818 17,241 17,664 18,088 18,513 18,938 19,363 19,788 20,214
500 20,640 21,066 21,493 21,911 22,346 22,772 23,198 23,624 24,050 24,476
600 24,902 25,327 25,751 26,176 26,599 27,022 27,445 27,867 28,288 28,709
700 29,128 29,547 29,965 30,383 30,799 31,214 31,629 32,042 32,455 32,866
800 33,277 33,686 34,095 34,502 34,909 35,314 35,718 36,121 36,524 36,925
900 37,325 37,724 38,122 38,519 38,915 39,310 39,703 40,096 40,488 40,879
1000 41,269 41,657 42,045 42,432 42,817 43,202 43,585 43,968 44,349 44,729
1100 45,108 45,486 45,863 46,238 46,612 46,985 47,356 47,726 48,095 48,462
1200 48,828 49,192 49,555 49,916 50,276 50,633 50,990 51,344 51,697 52,049
1300 52,398 52,747 53,093 53,439 53,782 54,125 54,466 54,807    
Таблица для Тип J (Fe-CuNi)

Typ J

Temp. oC

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90
-200,00 -7,890 -8,096                
-100,00 -4,632 -5,016 -5,426 -5,801 -6,159 -6,499 -6,821 -7,122 -7,402 -7,659
0 0,000 -0,501 -0,995 -1,481 -1,960 -2,431 -2,892 -3,344 -3,785 -4,215
  0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 0 0,507 1,190 1,536 2,058 2,585 3,115 3,649 4,186 4,725
100 5,269 5,812 6,590 6,907 7,457 8,008 8,560 9,113 9,667 10,222
200 10,777 11,332 11,887 12,442 12,998 13,553 14,108 14,663 15,217 15,771
300 16,325 16,879 17,432 17,984 18,537 19,089 19,640 20,192 20,743 21,295
400 21,846 22,397 22,949 23,501 24,054 24,607 25,161 25,716 26,272 26,829
500 27,388 27,949 28,511 29,075 29,642 30,210 30,782 31,356 31,933 32,513
600 33,096 33,683 34,273 34,867 35,464 36,066 36,671 37,280 37,893 38,510
700 39,130 39,754 40,382 41,013 41,647 42,283 42,922 43,563 44,207 44,852
800 45,498 46,144 46,790 47,434 48,076 48,716 49,354 49,989 50,621 51,249
900 51,875 52,496 53,115 53,729 54,341 54,948 55,553 50,155 56,753 57,349
1000 57,942 58,533 59,121 59,708 60,293 60,876 61,459 62,039 62,619 63,199
1100 63,777 64,355 64,933 65,510 66,087 66,664 67,240 67,815 68,390 68,964
1200 69,536                  
Таблица для Тип L (Fe-CuNi)

Typ L

Temp. oC

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90
-200,00 -8,15                  
-100,00 -4,75 -5,15 -5,53 -5,9 -6,26 -6,6 -6,93 -7,25 -7,56 -7,86
0 0 -0,51 -1,02 -1,53 -2,03 -2,51 -2,98 -3,44 -3,89 -4,33
  0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 0 -0,52 -1,05 -1,58 -2,11 -2,65 -3,19 -3,73 -4,27 -4,82
100 5,37 5,92 6,47 7,03 7,59 8,15 8,71 9,27 9,83 10,39
200 10,95 11,51 12,07 12,63 13,19 13,75 14,31 14,88 15,44 16
300 16,56 17,12 17,68 18,24 18,8 19,36 19,92 20,48 21,04 21,6
400 22,16 22,72 23,29 23,86 24,43 25 25,57 26,14 26,71 27,28
500 27,85 28,43 29,01 29,59 30,17 30,75 31,33 31,91 32,49 33,08
600 33,67 34,26 34,85 35,44 36,04 36,64 37,25 37,85 38,47 39,09
700 39,72 40,35 40,98 41,62 42,27 42,92 43,57 44,23 44,89 45,55
800 46,22 46,89 47,57 48,25 48,94 49,63 50,32 51,02 51,72 52,43

Периодически у многих клиентов возникают проблемы с определением типа термопары, когда нет описательных характеристик и необходимо подобрать замену или аналог. Решить ее довольно просто, главное знать принципы классификации термопар. В системе классификации термоэлементов есть цветовая маркировка изоляции проводников.

Например, европейская классификация по сплавам для термопар Тип L (Fe-CuNi) и Тип J (Fe-CuNi) одинаковая, очень важно понимать что они не взаимозаменяемые и напряжение на выходе при одной и той же температуре у этих термопар будет разное. Таблица стандартов по цветовой маркировке изоляции проводов будет очень полезна в определении типа термопары, если не ней нет никакой маркировки.

Также необходимо отметить разновидность исполнения сенсорной части (горячего спая) термопар. Они бывают с изолированным и неизолированным рабочим спаем.

Показатель быстродействия при измерении температуры у неизолированной термопары выше, чем у изолированной. Но при этом усложняется схема подключения и требуются изолированные модули ввода. Поскольку разница в быстродействии не столь существенна, в основном используются термопары с изолированным спаем.

Как и все измерители температуры, термопары имеют классификацию по точности.

Для примера классы точности Тип K и Тип J, самых распространенных в использовании термопар

Класс 1: ±1.5 °C или ±0.004 x T (Тип K: -40 до +1000 °C), (Тип J :-40 до +750 °C)

Класс 2: ±2.5 °C или ±0.0075 x T (Тип K: -40 до +1200 °C), (Тип J :-40 до +750 °C)

Технические характеристики наиболее популярных термоэлектрических преобразователей (термопар) в соответствии с ГОСТ 3044 приведены в таблице:

Тип термопары НСХ термопары Материал положительного термоэлектрода Материал отрицательного термоэлектрода Диапазон измеряемых температур, °C Рабочий диапазон температур, °C

ТХК

Тип L

XK (L) Сплав хромель НХ9,5 (90,5% Ni + 9,5% Cr) Сплав копель МНМц 43-0,5 (56% Cu + 44% Ni) -200...800 -200...600

ТХA

Тип K

ХА (K) Сплав хромель НХ9,5(90,5% Ni + 9,5% Cr) Сплав алюмель НМц АК 2-2-1 (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co) -200...1300 -200...1000

ТЖК

Тип J

ЖК (J) Железо (Fe) Сплав константан (55% Cu + 45% Ni, Mn, Fe) -200...900 -200...700

ТПП

Тип S

ПП (S) Сплав платинородий ПР-10 (90% Pt + 10% Rh) Платина (Pt) 0...1600 0...1300

ТПР

Тип B

ПР (B) Сплав платинородий ПР-30 (70% Pt + 30% Rh) Сплав платинородий ПР-6 (94% Pt + 4% Rh) 300...1800 300...1600

Многие клиенты заблуждаются в том, что если типу термопары соответствует рабочий диапазон, например, 1200оС, то все модели термопары с этим типом будут работать в данном диапазоне. Незащищенный спай термопары быстро выгорит, и термопара выйдет из строя. Именно поэтому, сообразно задачам в измерении и рабочим диапазонам, есть разные по конструктиву и степени защиты модели термопар. Самой распространенной защитой для спая/термопары является металлический чехол или гильза из сплава Инконель 600 (2.4816, жаропрочный сплав на никелевой основе). Изоляцией для спая служит окись магния (MgO), сжатая под давлением. Такая защита делает термопару устойчивой к самым экстремальным условиям эксплуатации (повышенное давление, вибрация, сотрясения), позволяет выдерживать высокие механические нагрузки и обеспечивает долгий срок службы термопары, а также в зависимости от диаметра позволяет термопаре быть гибкой.

Ярким примером такой термопары, которая достаточно универсальна в своем прикладном характере, является термопара в жаропрочной оболочке MKG/E:

Термопара Тип K (NiCr-Ni), стекловолоконный кабель

Модель: MKG/E

Термопара
  • -220...+1150°C
  • тип K (NiCr-Ni)
  • Класс 1
  • гибкая оболочка
  • стекловолоконный кабель 2м, 4м, 6м…
  • IP65
Термопара MKG/E заключена в жаропрочную оболочку из сжатой под давлением окиси магния. Это делает ее устойчивой к самым экстремальным условиям эксплуатации.читать подробнее...