Mga kategorya: Itinatampok na Mga Artikulo » Ang automation sa bahay
Bilang ng mga tanawin: 116550
Mga puna sa artikulo: 2
Sensor ng temperatura. Bahagi ng tatlo. Thermocouples. Epekto ng Seebeck
Thermocouple Isang maikling kasaysayan ng paglikha, aparato, prinsipyo ng pagpapatakbo
Panlabas, ang thermocouple ay nakaayos nang simple: dalawang manipis na mga wire ay simpleng welded na magkasama sa anyo ng isang malinis na maliit na bola. Ang ilan modernong digital multimeter Nilagyan ng Intsik na may thermocouple, na nagbibigay-daan sa iyo upang masukat ang temperatura na hindi bababa sa 1000 ° C, na ginagawang posible upang suriin ang temperatura ng pag-init paghihinang bakal o bakal, na kung saan ay makinis ang pag-print ng laser sa payberglas, pati na rin sa maraming iba pang mga kaso.
Ang disenyo ng tulad ng isang thermocouple ay napaka-simple: ang parehong mga kable ay nakatago sa isang fiberglass tube, at kahit na hindi magkaroon ng pagkakabukod napansin sa mata. Sa isang banda, ang mga wires ay maayos na welded, at sa kabilang banda mayroon silang isang plug para sa pagkonekta sa aparato. Kahit na sa tulad ng isang primitive na disenyo, ang mga resulta ng mga pagsukat ng temperatura ay hindi alinlangan, maliban kung, siyempre, ang kawastuhan ng pagsukat ng klase 0.5 ° C at mas mataas ay kinakailangan.
Hindi tulad ng mga thermocouples ng China na nabanggit, ang mga thermocouples para magamit sa mga pang-industriya na halaman ay may mas kumplikadong istraktura: ang pagsukat ng seksyon ng thermocouple mismo ay inilalagay sa isang metal na kaso. Sa loob ng kaso, ang thermocouple ay matatagpuan sa mga insulators, kadalasang karamik, na idinisenyo para sa mataas na temperatura.
Karaniwan ang thermocouple ay ang pinakakaraniwan at pinakalumang sensor ng temperatura. Ang kanyang pagkilos ay batay sa Epekto ng Seebeck, na binuksan noong 1822. Upang makilala ang epektong ito, ilalagay natin sa isip ang simpleng pamamaraan na ipinapakita sa Larawan 1.
Larawan 1
Ang figure ay nagpapakita ng dalawang hindi kaakit-akit na conductors ng metal na M1 at M2, ang mga dulo ng kung saan sa mga punto A at B ay simpleng welded nang magkasama, bagaman sa lahat ng dako at saanman ang mga puntong ito ay tinatawag na mga junctions para sa ilang kadahilanan. Sa pamamagitan ng paraan, maraming mga gawang bahay na handicraftsmen para sa mga homemade thermocouples, na idinisenyo upang gumana sa hindi masyadong mataas na temperatura, gumamit lamang ng paghihinang sa halip na hinang.
Balikan natin ang Larawan 1. Kung ang lahat ng konstruksyon na ito ay simpleng magsisinungaling sa talahanayan, kung gayon walang magiging epekto mula dito. Kung ang isa sa mga junctions ay pinainit sa isang bagay, hindi bababa sa isang tugma, kung gayon ang isang de-koryenteng kasalukuyang ay dumadaloy mula sa mga conductor na M1 at M2 sa isang closed circuit. Hayaan itong maging mahina, ngunit gayon pa man.
Upang matiyak ito, sapat na upang basagin ang isang kawad sa electric circuit na ito, at alinman sa isa, at isama ang isang millivoltmeter sa nagresultang agwat, mas mabuti sa isang midpoint, tulad ng ipinapakita sa Mga Fig 2 at 3.
Larawan 2
Larawan 3
Kung ngayon ang isa sa mga junctions ay pinainit, halimbawa ang kantong A, kung gayon ang arrow ng aparato ay lihis sa kaliwang bahagi. Sa kasong ito, ang temperatura ng kantong A ay magiging katumbas ng TA = TB + ΔT. Sa pormula na ito, ang ΔT = TA - Ang TB ay ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng mga junctions A at B.
Ipinapakita ng Figure 3 kung ano ang mangyayari kung ang junction B ay pinainit.Ang arrow ng aparato ay lumihis sa kabilang panig, at sa parehong mga kaso, mas malaki ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng mga junctions, mas malaki ang anggulo ng arrow ng aparato.
Ang inilarawan na karanasan ay naglalarawan lamang ng epekto ng Seebeck, ang kahulugan nito kung ang mga junctions ng conductor A at B ay may iba't ibang temperatura, kung gayon ang isang thermoelectric na kapangyarihan ay lumitaw sa pagitan nila, ang halaga ng kung saan ay proporsyonal sa pagkakaiba-iba ng temperatura ng mga junctions. Huwag kalimutan na ito ay ang pagkakaiba sa temperatura, at hindi ilang temperatura!
Kung ang parehong mga junctions ay may parehong temperatura, pagkatapos ay walang magiging thermopower sa circuit. Sa kasong ito, ang mga conductor ay maaaring nasa temperatura ng silid, pinainit sa ilang daang degree, o maaapektuhan sila ng isang negatibong temperatura - gayon pa man, walang kapangyarihang thermoelectric.
Ano ang sumusukat sa isang thermocouple?
Ipagpalagay na ang isa sa mga junctions, halimbawa A, (karaniwang tinatawag na mainit) ay inilagay sa isang sisidlan na may tubig na kumukulo, at ang iba pang kantong B (malamig) ay nanatili sa temperatura ng silid, halimbawa, 25 ° C. Ito ay 25 ° C sa mga aklat-aralin sa pisika na itinuturing na normal na mga kondisyon.
Ang kumukulong punto ng tubig sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay 100 ° C, kaya ang thermopower na nabuo ng thermocouple ay magiging proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura ng mga junctions, na sa ilalim ng mga kondisyong ito ay magiging 100 -25 = 75 ° C. Kung nagbabago ang temperatura ng paligid, kung gayon ang mga resulta ng pagsukat ay magiging katulad ng presyo ng kahoy na kahoy kaysa sa temperatura ng tubig na kumukulo. Paano makakakuha ng tamang mga resulta?
Ang konklusyon ay nagmumungkahi ng sarili: kailangan mong palamig ang malamig na kantong sa 0 ° C, at sa gayon ang pagtatakda ng mas mababang sanggunian ng antas ng temperatura ng Celsius. Ang pinakamadaling paraan upang gawin ito ay sa pamamagitan ng paglalagay ng isang malamig na kantong ng thermocouple sa isang daluyan na may natutunaw na yelo, sapagkat ito ang temperatura na kinuha bilang 0 ° C. Pagkatapos sa nakaraang halimbawa ang lahat ay tama: ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng mainit at malamig na mga junction ay magiging 100 - 0 = 100 ° C.
Siyempre, ang solusyon ay simple at tama, ngunit sa bawat oras na maghanap para sa isang lugar ng isang daluyan na may natutunaw na yelo at panatilihin ito sa form na ito sa loob ng mahabang panahon, ito ay pantay na imposible. Samakatuwid, sa halip na yelo, ang iba't ibang mga scheme para sa pagtutuos ng temperatura ng malamig na kantong ginagamit.
Karaniwan Sinusukat ng sensor ng semiconductor ang temperatura sa lugar ng malamig na kantong, at ang elektronikong circuit ay nagdaragdag ng resulta na ito sa pangkalahatang halaga ng temperatura. Sa kasalukuyan ay ginawa dalubhasang thermocouple microcircuits pagkakaroon ng isang pinagsama na cold junction temperatura circuit circuit.
Sa ilang mga kaso, upang gawing simple ang scheme sa kabuuan, maaaring tanggihan ng isang tao ang kabayaran. Simpleng halimbawa temperatura regulator para sa paghihinang iron: kung ang paghihinang bakal ay patuloy na nasa iyong mga kamay, ano ang pumipigil sa iyo na mahigpit ang regulator, babaan o magdagdag ng temperatura? Pagkatapos ng lahat, siya na nakakaalam kung paano ang nagbebenta ay nakikita ang kalidad ng paghihinang at nagpapasya sa oras. Ang scheme ng tulad ng isang termostat ay medyo simple at ipinapakita sa Figure 4.
Larawan 4. Scheme ng isang simpleng termostat (mag-click sa larawan upang palakihin).
Tulad ng nakikita mula sa figure, ang circuit ay medyo simple at hindi naglalaman ng mamahaling dalubhasang mga bahagi. Ito ay batay sa domestic K157UD2 microcircuit - isang dalawahan na mababang-ingay na pagpapatakbo ng amplifier. Sa DA1.1 op amp, ang thermocouple signal amplifier mismo ay natipon. Kapag gumagamit ng thermocouple ng TYPE K kapag pinainit hanggang 200 - 250 ° C, ang output boltahe ng amplifier ay umabot sa halos 7 - 8V.
Sa pangalawang kalahati ng op-amp, ang isang comparator ay tipunin, ang inverting input na kung saan ay ibinibigay ng boltahe mula sa output ng thermocouple amplifier. Sa kabilang dako - ang sanggunian ng sanggunian mula sa makina ng variable risistor R8.
Hangga't ang boltahe sa output ng thermocouple amplifier ay mas mababa sa sanggunian ng sanggunian, ang positibong boltahe ay gaganapin sa output ng comparator, kaya ang circuit ng pag-trigger triac T1, na ginawa ayon sa blocking generator circuit sa transistor VT1. Samakatuwid, ang triac T1 ay bubukas at isang de-koryenteng kasalukuyang dumadaan sa heater EK, na pinatataas ang boltahe sa output ng thermocouple amplifier.
Sa sandaling ang boltahe na ito ay bahagyang lumampas sa sanggunian ng sanggunian, isang negatibong boltahe ng antas ay lilitaw sa output ng comparator. Samakatuwid, ang transistor VT1 ay naka-lock at ang blocking generator ay tumitigil sa pagbuo ng mga control pulses, na humahantong sa pagsasara ng triac T1, at paglamig ng elemento ng pag-init. Kapag ang boltahe sa output ng thermocouple amplifier ay nagiging bahagyang mas mababa kaysa sa reference boltahe. ang buong pag-init ng ikot ay paulit-ulit.
Upang mabigyan ng lakas tulad ng isang temperatura regulator, kailangan mo ng isang mababang-lakas na supply ng kuryente na may dalawang polar voltages +12, -12 V. Transformer Tr1 ay ginawa sa isang ferrite singsing na sukat K10 * 6 * 4 ng ferrite НМ2000. Ang lahat ng tatlong mga paikot-ikot ay naglalaman ng 50 pagliko ng PELSHO-0.1 wire.
Sa kabila ng pagiging simple ng circuit, gumagana ito ng sapat na maaasahan, at nagtipon mula sa mga serviceable na bahagi ay nangangailangan lamang ng setting ng temperatura na maaaring matukoy gamit ang hindi bababa sa isang Chinese multimeter na may thermocouple.
Mga materyales para sa paggawa ng thermocouples
Tulad ng nabanggit na, ang isang thermocouple ay naglalaman ng dalawang electrodes na gawa sa hindi magkakatulad na mga materyales. Sa kabuuan, may mga isang dosenang thermocouples ng iba't ibang uri, ayon sa internasyonal na pamantayang tinukoy ng mga titik ng alpabetong Latin.
Ang bawat uri ay may sariling mga katangian, na higit sa lahat dahil sa mga materyales ng mga electrodes.Halimbawa, ang medyo karaniwang TYPE K thermocouple ay gawa sa isang pares ng chromel - alumel. Ang saklaw ng pagsukat nito ay 200 - 1200 ° C, ang koepisyent ng thermoelectric sa saklaw ng temperatura 0 - 1200 ° C ay 35 - 32 μV / ° C, na nagpapahiwatig ng isang tiyak na hindi pagkakatugma ng mga katangian ng thermocouple.
Kapag pumipili ng isang thermocouple, dapat munang una kang gagabayan ng katotohanan na sa sinusukat na temperatura ay saklaw ang di-pagkakatugma ng katangian. Kung gayon ang error sa pagsukat ay hindi napansin.
Kung ang thermocouple ay matatagpuan sa isang malaking distansya mula sa aparato, pagkatapos ang koneksyon ay dapat gawin gamit ang isang espesyal na wire wire. Ang nasabing isang wire ay gawa sa parehong mga materyales tulad ng thermocouple mismo, ngunit, bilang isang panuntunan, ay kapansin-pansin na mas malaki sa diameter.
Upang gumana sa mas mataas na temperatura, ang mga thermocouples na gawa sa mga mahalagang metal batay sa platinum at platinum-rhodium alloy ay madalas na ginagamit. Ang ganitong mga thermocouples ay walang pagsala mas mahal. Ang mga materyales para sa mga thermocouple electrodes ay ginawa ayon sa mga pamantayan. Ang lahat ng mga iba't ibang mga thermocouples ay matatagpuan sa kaukulang mga talahanayan sa anumang mahusay na sanggunian.
Basahin sa susunod na artikulo - Ang ilang higit pang mga uri ng mga sensor ng temperatura: mga sensor ng semiconductor, sensor para sa mga microcontroller
Mga Boris Aladyshkin
Tingnan din sa electro-tl.tomathouse.com
: