¿Cuál es el principio de funcionamiento del termopar tipo K?

Los números de graduación de termopares comúnmente utilizados incluyen S, B, K, E, T, J, etc. Estos son termopares estandarizados. Entre ellos, el tipo K es un termopar de níquel-cromo-níquel-silicio, que es un termopar económico que puede medir temperaturas más altas. Dado que esta aleación tiene buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas, puede usarse en medios oxidantes o neutros. Puede medir altas temperaturas de 1000 grados durante un período prolongado y 1200 grados durante un período breve. No se puede utilizar en medios reductores, de lo contrario se corroerá rápidamente. En este caso, solo se puede utilizar para mediciones por debajo de 500 grados. Es mucho más económico que el termopar tipo S, su repetibilidad es muy buena, el potencial termoeléctrico que genera es grande, por lo que la sensibilidad es muy alta y su linealidad es muy buena. Aunque su precisión de medición es ligeramente menor, puede cumplir completamente con los requisitos de la medición de temperatura industrial, por lo que es el termopar más utilizado en la industria.

Descripción general:

Como uno de los sensores de temperatura más utilizados en la medición de temperatura industrial, los termopares, junto con las resistencias térmicas de platino, representan aproximadamente el 60% del total de termopares. Se utilizan generalmente junto con instrumentos de visualización para medir directamente las temperaturas de la superficie de líquidos, vapores, medios gaseosos y sólidos en el rango de -40 a 1800 °C en diversos procesos de producción.

El principio de funcionamiento de un termopar:

Los dos extremos de dos conductores diferentes (llamados cables de termopar o electrodos calientes) se conectan para formar un bucle cuando las temperaturas de las juntas son. diferente, Se genera una fuerza electromotriz en el circuito, fenómeno llamado efecto termoeléctrico, y esta fuerza electromotriz se llama potencial termoeléctrico. Los termopares utilizan este principio para medir la temperatura. Un extremo que se usa directamente para medir la temperatura del medio se llama extremo de trabajo (también llamado extremo de medición) y el otro extremo se llama extremo frío (también llamado extremo de compensación). ; Extremo frío y pantalla El medidor o medidor de soporte está conectado y el medidor de pantalla indicará el potencial termoeléctrico generado por el termopar.

Un termopar es en realidad un convertidor de energía que convierte la energía térmica en energía eléctrica y utiliza el potencial termoeléctrico generado para medir la temperatura. Respecto al potencial termoeléctrico de un termopar, cabe señalar las siguientes cuestiones:

(1) El potencial termoeléctrico de un termopar es la diferencia entre las funciones de temperatura en ambos extremos del termopar, no la diferencia de temperatura entre los dos extremos del termopar;

(2) El potencial termoeléctrico generado por el termopar El tamaño del potencial, cuando el material del termopar es uniforme, no tiene nada que ver con la longitud y el diámetro del termopar, solo está relacionado con la composición del material del termopar y la diferencia de temperatura. entre los dos extremos;

(3) Cuando los dos extremos del termopar después de determinar la composición del material del cable del termopar, el tamaño del potencial termoeléctrico del termopar solo está relacionado con la diferencia de temperatura de el termopar; si la temperatura del extremo frío del termopar permanece constante, el potencial termoeléctrico del termopar es solo una función de un solo valor de la temperatura del extremo de trabajo.

La estructura básica de un termopar:

La estructura básica de un termopar utilizado para la medición de temperatura industrial incluye cable de termopar, tubo aislante, tubo protector y caja de conexiones.

1. Materiales de alambre de termopar de uso común y sus propiedades

1. Termopar de platino-rodio 10 (el número de gradación es S, también conocido como termopar simple de platino-rodio)

El electrodo positivo de este termopar es una aleación de platino-rodio que contiene rodio 10, y el electrodo negativo es platino puro. Sus características son:

(1) Rendimiento termoeléctrico estable, fuerte resistencia a la oxidación; Es adecuado para su uso continuo en una atmósfera oxidante y la temperatura de uso a largo plazo puede alcanzar los 1300 °C. Cuando la temperatura supera los 1400 °C, el alambre de platino puro se recristalizará incluso en el aire, lo que provocará que los granos se vuelvan gruesos. y fractura;

(2) Alta precisión, tiene el nivel de precisión más alto entre todos los termopares y generalmente se usa como estándar o para medir temperaturas más altas;

(3) tiene una amplia gama de uso, uniformidad y buena intercambiabilidad;

(4) Las principales desventajas son: el potencial termoeléctrico diferencial es pequeño, por lo que la sensibilidad es baja, el precio es caro y la resistencia mecánica es baja; , y no es adecuado para su uso en atmósferas o condiciones reductoras con vapor metálico.

2. Termopar platino-rodio 13-platino (el número de graduación es R, también llamado termopar único platino-rodio)

El positivo de este termopar es platino-rodio que contiene 13 Aleación, el electrodo negativo es platino puro. En comparación con el tipo S, su tasa de potencial es aproximadamente 15 mayor y otras propiedades son casi las mismas. Este tipo de termopar se usa más comúnmente como termopar de alta temperatura en la industria japonesa. mientras que en China es menor;

3. Termopar platino-rodio 30-platino-rodio 6 (el número de gradación es B, también llamado termopar doble platino-rodio)

El positivo El electrodo de este termopar es una aleación de platino-rodio que contiene rodio 30, y el electrodo negativo es una aleación de platino-rodio que contiene rodio 6. A temperatura ambiente, su potencial termoeléctrico es muy pequeño, por lo que generalmente no se necesita el cable de compensación durante la medición. y se puede ignorar la influencia del cambio de temperatura del extremo frío; la temperatura de uso a largo plazo es 1600 ℃, a corto plazo es 1800 ℃ Debido a que el potencial termoeléctrico es pequeño, es necesario utilizar un instrumento de visualización con mayor sensibilidad.

El termopar tipo B es apto para uso en atmósferas oxidantes o neutras, pudiendo ser utilizado también por períodos cortos en atmósferas de vacío incluso en atmósferas reductoras, su vida útil es de 10 a 20 veces mayor que la del tipo R o S; Dado que sus electrodos están hechos de aleación de platino-rodio, no tiene todas las deficiencias del electrodo negativo del termopar de platino-rodio-platino, tiene poca tendencia a cristalizar a altas temperaturas y al mismo tiempo tiene mayor resistencia mecánica; debido a su Tiene menos impacto en la absorción de impurezas o la migración de rodio, por lo que su potencial termoeléctrico no cambia seriamente después de un uso prolongado. La desventaja es que es costoso (en comparación con el platino simple y el rodio).

4. Termopar de níquel-cromo-níquel-silicio (níquel-aluminio) (el número de gradación es K)

El electrodo positivo de este termopar es una aleación de níquel-cromo que contiene cromo 10. , y el electrodo negativo es una aleación de níquel-silicio que contiene silicio 3 (el negativo de los productos en algunos países es níquel puro). Puede medir la temperatura media de 0 a 1300 °C. Es adecuado para uso continuo en gases oxidantes e inertes. La temperatura de uso a corto plazo es de 1200 °C y la temperatura de uso a largo plazo es de 1000 °C. el potencial termoeléctrico y la temperatura son aproximadamente lineales y el precio es económico. Actualmente es el termopar más utilizado.

Los termopares tipo K son termopares de metal base con una fuerte resistencia a la oxidación. No son adecuados para su uso con cables desnudos en atmósferas de vacío, que contienen azufre, que contienen carbono y atmósferas redox alternas cuando la presión parcial de oxígeno; es alta Cuando la temperatura es baja, el cromo en el electrodo de níquel-cromo se oxidará preferentemente, provocando grandes cambios en el potencial termoeléctrico, pero el gas metálico tiene poco efecto sobre él. Por lo tanto, a menudo se utilizan tubos protectores metálicos.

Desventajas de los termopares tipo K:

(1) La estabilidad a alta temperatura del potencial termoeléctrico es peor que la de los termopares tipo N y los termopares de metales preciosos a temperaturas más altas (. como exceder los 1000 ℃) a menudo se dañan debido a la oxidación;

(2) La estabilidad del ciclo térmico a corto plazo no es buena en el rango de 250 ~ 500 ℃, es decir, al mismo punto de temperatura , durante el proceso de calentamiento y enfriamiento, su potencial termoeléctrico muestra Los valores son diferentes y la diferencia puede alcanzar de 2 a 3 ° C;

(3) El polo negativo sufre una transformación magnética en el rango de 150 a 200 °C, lo que hace que el valor de graduación tienda a cambiar en el rango de temperatura ambiente a 230 °C. La desviación de la escala, especialmente cuando se usa en un campo magnético, a menudo causa interferencia de potencial termoeléctrico independiente del tiempo;

(4) En un entorno de irradiación de sistema medio de alto flujo durante mucho tiempo, debido a que el manganeso en el electrodo negativo (elementos como Mn) y el cobalto (Co) se transforman, lo que resulta en una estabilidad deficiente y grandes cambios en el potencial termoeléctrico.

5. Termopar de níquel-cromo-silicio-níquel-silicio (el número de gradación es N)

Las características principales de este termopar son: fuerte regulación de temperatura y resistencia a la oxidación por debajo de 1300 °C. Tiene buena estabilidad a largo plazo y reproducibilidad del ciclo térmico a corto plazo, buena resistencia a la radiación nuclear y resistencia a bajas temperaturas. Además, en el rango de 400 ~ 1300 ℃, la linealidad de las características termoeléctricas del termopar tipo N es. mejor que el del termopar tipo K; pero en el rango de baja temperatura. El error no lineal dentro del rango de temperatura (-200~400 ℃) es grande y, al mismo tiempo, el material es duro y difícil de procesar.

6. Termopar de cobre-cobre-níquel (el número de gradación es T)

Termopar tipo T, el electrodo positivo del termopar es cobre puro y el electrodo negativo es cobre-. aleación de níquel (también conocida como Constantan), sus características principales son: entre los termopares de metal base, tiene la mayor precisión y buena uniformidad del electrodo caliente; su temperatura de funcionamiento es de -200 ~ 350 °C, porque los electrodos calientes de cobre son fáciles de usar; se oxida y la película de óxido se desprende fácilmente, por lo que cuando se usa en una atmósfera oxidante, generalmente no puede exceder los 300 °C. En el rango de -200 a 300 °C, su sensibilidad es relativamente alta. Los termopares Constantan son baratos y se utilizan comúnmente. Los más baratos de varios productos de peinado.

7. Termopar de hierro-constantán (el número de gradación es J)

Termopar tipo J, el electrodo positivo de este termopar es hierro puro y el electrodo negativo es constante (cobre- Aleación de níquel), que se caracteriza por su bajo precio y es adecuada para la oxidación al vacío en atmósferas reductoras o inertes. El rango de temperatura es de -200 a 800 °C, pero la temperatura comúnmente utilizada solo es inferior a 500 °C, porque más allá de esta temperatura. , la tasa de oxidación del electrodo caliente de hierro se acelera; si se usa alambre de diámetro grueso, aún se puede usar a altas temperaturas y tiene una vida útil más larga. El termopar puede resistir la corrosión por gas de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO); , pero no se puede utilizar a altas temperaturas (como 500 °C) que contengan atmósferas de azufre (S).

8. Termopar de níquel-cromo-cobre-níquel (constantan) (el número de gradación es E)

El termopar tipo E es un producto relativamente nuevo y su electrodo positivo es de níquel- aleación de cromo, el electrodo negativo es una aleación de cobre y níquel (Constantan), su característica más importante es que entre los termopares de uso común, tiene el potencial termoeléctrico más grande, es decir, la sensibilidad más alta, aunque su rango de aplicación no es tan amplio; del par tipo K, se puede utilizar cuando se requiere alta sensibilidad, baja conductividad térmica y puede tolerar una gran resistencia; a menudo se selecciona con las mismas restricciones de uso que el tipo K, pero no es muy sensible a la corrosión; en atmósferas que contienen mayor humedad.

Además de los 8 termopares de uso común anteriores, los termopares no estandarizados incluyen termopares de tungsteno-renio, termopares de platino-rodio, termopares de iridio-germanio, termopares de platino-molibdeno y termopares de material no metálico. etc.

2. Tubo aislante

Los extremos de trabajo del termopar están firmemente soldados entre sí y los electrodos calientes deben protegerse mediante tubos aislantes. Hay muchos materiales de aislamiento para termopares, que se pueden dividir aproximadamente en dos tipos: aislamiento orgánico e inorgánico. El aislante en el extremo de alta temperatura debe ser inorgánico. Por lo general, los tubos aislantes de arcilla se usan por debajo de 1000, los tubos de aluminio se usan por debajo de 1300. , y los tubos de alto aluminio se utilizan por debajo de 1600. Elija el tubo de corindón.

3. Tubo de protección

La función del tubo de protección es utilizar el electrodo termopar para que no esté en contacto directo con el medio medido, no solo puede extender la vida útil del. termopar, pero también sirve como soporte y la fijación del electrodo caliente aumenta su resistencia; por lo tanto, si el tubo de protección del termopar y la selección de aislamiento son apropiados afectará directamente la vida útil del termopar y la precisión de la medición. Los tubos se dividen principalmente en categorías de metales y no metales.