Датчики температуры. Часть третья. Термопары. Эффект Зеебека

Тeрмoпaрa. Крaткaя истoрия сoздaния, устрoйствo, норма рaбoты

Внeшнe тeрмoпaрa устрoeнa oчeнь прoстo: двe тoнeнькиe прoвoлoчки прoстo свaрeны мeжду сoбoй в видe aккурaтнoгo мaлeнькoгo шaрикa. Нeкoтoрыe сoврeмeнныe цифрoвыe мультимeтры китaйскoгo прoизвoдствa кoмплeктуются тeрмoпaрoй, кoтoрaя пoзвoляeт измeрять тeмпeрaтуру нe мeнee, чeм дo 1000°C, чтo дaeт вoзмoжнoсть прoвeрить тeмпeрaтуру нaгрeвa пaяльникa неужели утюгa, кoтoрым сoбирaются приглaдить лaзeрную рaспeчaтку к стeклoтeкстoлиту, a тaкжe вo мнoгиx другиx случaяx.

Кoнструкция экий термопары очень проста: тот и другой проводка спрятаны в трубку изо стекловолокна, и при этом инда не имеют заметной для глаз изоляции. С одной стороны проволочки тонко сварены, а с другой имеют вилку на подключения к прибору. Хоть при таком примитивном исполнении результаты измерения температуры особых сомнений безлюдный (=малолюдный) вызывают, если, естественно, не требуется лапидарность измерения класса 0,5°C и перед этим.

В отличии от один что упомянутых китайских термопар, термопары пользу кого применения в промышленных установках имеют конструкцию побольше сложную: собственно информационный участок термопары помещается в металлорудный корпус. Внутри корпуса термопара находится в изоляторах, что правило, керамических, рассчитанных возьми высокую температуру.

Не входя в подробности термопара является самым распространенным и самым старым термодатчиком. Ее работа основывается на эффекте Зеебека, какой был открыт всё ещё в 1822 году. Пользу кого того, чтобы приобщиться с этим эффектом, в глубине сердца соберем несложную схему, показанную получи рисунке 1.

Рисунок 1.

Получи рисунке показаны чета разнородных металлических проводника М1 и М2, и концы в воду которых в точках А и В упрощенно сварены между собою, хотя везде и во все концы эти точки называются посему-то спаями. Вовремя, многие домашние умельцы-кустари угоду кому) самодельных термопар, предназначенных про работы при безвыгодный очень высоких температурах, на смену сварки пользуются что раз пайкой.

Вернемся еще к рисунку 1. Буде вся эта (тело)сложение будет просто сохраняться на столе, так эффекта от нее безграмотный будет никакого. В противном случае же один с спаев чем-нибудь обвертеть вокруг пальца, ну хотя бы спичкой, ведь в замкнутой цепи изо проводников М1 и М2 потечет лепистрический ток. Пусть возлюбленный будет весьма слабым, а все-таки дьявол будет.

Чтобы в этом удостовериться, достаточно в этой электрической узы разорвать один сопровождение, причем любой, и в получившийся лаг включить милливольтметр, не мешает со средней точкой, наподобие показано на рисунках 2 и 3.

Силуэт 2.

Рисунок 3.

Если сию минуту один из спаев обвертеть вокруг пальца, например спай А, так стрелка прибора отклонится в левую сторону. Близ этом температура спая A полноте равняться TA = TB + ΔT. В этой формуле ΔT = TA — TB пожирать разность температур посредь спаями A и B.

На рисунке 3 показано, который будет, если объегорить спай B. Стрелка прибора отклонится в другую сторону, вдобавок в обоих случаях, нежели больше будет различие температур между спаями, тем получи и распишись больший угол отклонится встреча прибора.

Описанный проба как раз иллюстрирует коэффициент полезного действия Зеебека, смысл которого в часть, что если спаи проводников A и B имеют непохожие температуры, то в среде ними возникает термоэдс, имя которой пропорциональна разности температур спаев. Отнюдь не следует забывать, ровно именно разности температур, а безвыгодный какой-то температуре общий!

Если же обана спая имеют одинаковую температуру, ведь никакой термоэдс в рабство не будет. Подле этом проводники могут вертеться при комнатной температуре, нагреты до самого нескольких сот градусов, возможно ли на них хорэ воздействовать отрицательная жар – все эквивалентно никакой термоэдс получено без- будет.

Что но меряет термопара?

Скажем, что один с спаев, например A, (как всегда его называют горячим) поместили в чрен с кипящей водой, а не тот спай B (холодный) остался рядом комнатной температуре, возьмем, 25°C. Именно 25°C в учебниках физики говорят нормальными условиями.

Ликвидус кипения воды в нормальных условиях 100°C, вот п выработанная термопарой термоэдс, довольно пропорциональна разности температур спаев, которая в сих условиях составит -навсего) 100 -25 = 75°C. Если а температура окружающей среды брось изменяться, то и результаты измерений будут с лишним походить на цену для дрова, нежели возьми температуру кипящей воды. Словно же получить правильные результаты?

Резюме напрашивается сам на вывеску: нужно холодный спай охладить прежде 0°C, тем самым задав нижнюю опорную точку шкалы температуры в соответствии с Цельсию. Проще прощай это сделать, поместив свежий спай термопары в посудина с тающим льдом, как-никак именно эта жар принята за 0°C. В этом случае в предыдущем примере всегда будет правильно: депрессия температур горячего и холодного спаев составит 100 – = 100°C.

Понятно, решение простое и верное, хотя каждый раз выискивать где-то пелика с тающим льдом и длительное исполнившееся в таком виде его резервировать, просто технически проверке). Поэтому вместо льда применяются непохожие схемы компенсации температуры холодного спая.

Сиречь правило, полупроводниковым датчиком измеряется ликвидус в зоне холодного спая, а сейчас электронная схема добавляет нынешний результат в общее колесо в телеге температуры. В настоящее перепавшее выпускаются специализированные микросхемы ради термопар, имеющие встроенную схему компенсации температуры холодного спая.

В ряде случаев с целью упрощения схемы в целом дозволительно от компенсации без труда отказаться. Простой иносказание терморегулятор для паяльника: если нет паяльник постоянно в руках, в таком случае, что мешает чуть-чуть подкрутить регулятор, ослабить или прибавить температуру? В таком случае тот, кто умеет паять, видит атрибут пайки и вовремя принимает решения. Элемент такого терморегулятора немало проста и показана получи и распишись рисунке 4.

Рисунок 4. График простого терморегулятора (для того увеличения нажмите получи рисунок).

Как заметно из рисунка устройство достаточно проста и невыгодный содержит дорогих специализированных деталей. Ее основу составляет отечественная чип К157УД2 – спаренный малошумящий операционный твистрон. На ОУ DA1.1 собран именно усилитель сигнала термопары. Около использовании термопары TYPE K около нагреве до 200 — 250°C выходное ожесточение усилителя достигает эдак 7 — 8В.

На второстепенный половине ОУ собран компаратор, для инвертирующий вход которого подано острота с выхода усилителя термопары. Получи и распишись другой — задающее усилие с движка переменного резистора R8.

 (сих напряжение на выходе усилителя термопары не в такой степени. Ant. более задающего напряжения для выходе компаратора удерживается положительное попытка, поэтому работает скелет запуска симистора T1, выполненная за схеме блокинг-генератора в транзисторе VT1. Поэтому симистор T1 открывается и сквозь нагреватель EK проходит лепистрический ток, отчего возрастает драматичность на выходе усилителя термопары.

Чисто только это напряженность чуть превысит задающее острота, на выходе компаратора появляется драматизм отрицательного уровня. Следственно транзистор VT1 запирается и блокинг-источник перестает вырабатывать управляющие импульсы, сколько приводит к закрытию симистора T1, и охлаждению нагревательного элемента. Рано ли напряжение на выходе усилителя термопары достанет несколько меньше задающего напряжения. всё (до последней копейки цикл нагрева повторяется паки.

Для питания такого терморегулятора понадобится слабый блок питания с двух полярным напряжением +12, -12 В. Фокусник Тр1 выполнен нате ферритовом кольце типоразмера К10*6*4 изо феррита НМ2000. По сей день три обмотки содержат за 50 витков линия ПЭЛШО-0,1.

Несмотря нате простоту схемы, работает возлюбленная достаточно надежно, а собранная с исправных деталей требует чуть настройки температуры, которую дозволительно определить, используя хотя бы бы китайский мультиметр с термопарой.

Материалы угоду кому) изготовления термопар

Наравне уже было сказано, термопара охватывает два электрода с разнородных материалов. Общей сложности имеется около десятирублевка термопар различных типов, после международному стандарту обозначаемых буквами латинского алфавита.

С головы тип имеет близкие характеристики, что в основном обусловлено материалами электродов. Во, достаточно распространенная термопара TYPE K изготовлена с пары хромель – алюмель. Ее объем измерений – 200 — 1200 °C, член термоэдс в диапазоне температур — 1200 °C 35 — 32 мкВ/°C, словно говорит о некоторой нелинейности характеристики термопары.

Рядом выборе термопары в первую ряд следует руководствоваться тем, так чтоб в измеряемом диапазоне температур нелинейность характеристики была бы минимальной. Раз такие пироги погрешность измерений короче не столь заметна.

Кабы термопара находится для значительном удалении ото прибора, то отвод должно производиться с через специального компенсационного линия. Такой провод выполнен изо таких же материалов словно сама термопара, не более чем, как правило, приметно большего диаметра.

Ради работы при больше высоких температурах убыстренно применяются термопары с благородных металлов сверху основе платины и платиново-родиевых сплавов. Такие термопары знамо дороже. Материалы для того электродов термопар изготавливаются складно стандартам. Все многообразие термопар можно разыскать в соответствующих таблицах в любом хорошем справочнике.

Расширение читайте в следующей статье — Пока несколько видов термодатчиков: полупроводниковые датчики, датчики угоду кому) микроконтроллеров

Борис Аладышкин 

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте вентерь умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-учреждение от GeekBrains:

Рабфак Интернет вещей

Ваш брат сможете:

• Изучить C, машины отладки и программирования микроконтроллеров;

• Выбить опыт работы с реальными проектами, в команде и нетрад;

• Получить удостоверение и свидетельство, подтверждающие полученные сведения.

Starter box для первых экспериментов в пешкеш!

После прохождения курса в вашем портфолио пора и честь знать: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная яруча устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-управляющее устройство), устройство контроля влажности воздуха, способ умного полива растений, механизм контроля протечки воды…

Вас получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный аттестат, которые можно приобщить в портфолио и показать работодателю.

Подробнее в этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Колыбель