kategorier: Udvalgte artikler » Hjemmeautomatisering
Antal visninger: 116550
Kommentarer til artiklen: 2
Temperatursensorer. Del tre. Termoelementer. Seebeck-effekt
Termoelement. En kort historie om oprettelse, enhed, driftsprincip
Eksternt er termoelementet arrangeret meget enkelt: to tynde ledninger svejses simpelthen sammen i form af en pæn lille kugle. nogle moderne digitale multimetre Kinesiskfremstillet udstyret med et termoelement, som giver dig mulighed for at måle temperaturen på ikke mindre end 1000 ° C, hvilket gør det muligt at kontrollere opvarmningstemperaturen loddejern eller jern, der vil udjævne laserudskriften til fiberglas såvel som i mange andre tilfælde.
Konstruktionen af en sådan termoelement er meget enkel: begge ledninger er skjult i et glasfiberrør, og har endda ikke isolering, der er synlig for øjet. På den ene side svejses ledningerne pænt, og på den anden side har de et stik til tilslutning til enheden. Selv med en sådan primitiv konstruktion er resultaterne af temperaturmålinger ikke i tvivl, medmindre der naturligvis kræves målingernes nøjagtighed af klasse 0,5 ° C og højere.
I modsætning til de netop nævnte kinesiske termoelementer har termoelementer til brug i industrianlæg en mere kompleks struktur: målesektionen af selve termoelementet er placeret i et metalhus. Inde i sagen er termoelementet placeret i isolatorer, som regel keramik, designet til høj temperatur.
generelt termoelement er den mest almindelige og ældste temperatursensor. Hendes handling er baseret på Seebeck-effekt, som blev åbnet i 1822. For at blive bekendt med denne effekt, vil vi mentalt samle det enkle skema vist i figur 1.
Figur 1
Figuren viser to forskellige metalledere M1 og M2, hvis ender ved punkterne A og B simpelthen er svejset sammen, skønt overalt og overalt kaldes disse punkter kryds for en eller anden grund. For øvrig bruger mange hjemmelavede håndværkere til hjemmelavede termoelementer, designet til at arbejde ved ikke meget høje temperaturer, bare lodning i stedet for svejsning.
Lad os gå tilbage til figur 1. Hvis al denne konstruktion simpelthen ligger på bordet, vil der ikke være nogen virkning heraf. Hvis en af krydsene opvarmes med noget, i det mindste med en tændstik, vil der strømme en elektrisk strøm fra lederne M1 og M2 i et lukket kredsløb. Lad det være meget svagt, men stadig vil det være.
For at sikre dette er det nok at bryde en ledning i dette elektriske kredsløb og en hvilken som helst og inkludere et millivoltmeter i det resulterende mellemrum, fortrinsvis med et midtpunkt, som vist i figur 2 og 3.
Figur 2
Figur 3
Hvis en af krydsene nu opvarmes, f.eks. Kryds A, vil enhedens pil afvige til venstre side. I dette tilfælde vil forbindelsestemperaturen A være lig med TA = TB + ΔT. I denne formel er ΔT = TA - TB temperaturforskellen mellem krydserne A og B.
Figur 3 viser, hvad der sker, hvis krydset B. opvarmes. Enhedens pil afviger til den anden side, og i begge tilfælde, jo større temperaturforskellen mellem knudepunkterne er, desto større er vinklen på enhedens pil.
Den beskrevne oplevelse illustrerer bare Seebeck-effekten, hvis betydning er den hvis forbindelserne mellem lederne A og B har forskellige temperaturer, opstår der en termoelektrisk effekt mellem dem, hvis værdi er proportional med forskellen i temperaturen på krydserne. Glem ikke at det er temperaturforskellen og overhovedet ikke nogen temperatur!
Hvis begge kryds har samme temperatur, vil der ikke være nogen termopower i kredsløbet. I dette tilfælde kan lederne være ved stuetemperatur, opvarmet til flere hundrede grader, eller de vil blive påvirket af en negativ temperatur - alligevel opnås ingen termoelektrisk effekt.
Hvad måler et termoelement?
Antag, at et af krydsene, for eksempel A, (normalt kaldet varmt) blev anbragt i et kar med kogende vand, og det andet kryds B (koldt) forblev ved stuetemperatur, for eksempel 25 ° C. Det er 25 ° C i fysikbøger, der betragtes som normale forhold.
Vandkogepunktet under normale forhold er 100 ° C, så termokraften, der genereres af termoelementet, vil være proportional med temperaturforskellen på krydserne, som under disse betingelser kun vil være 100-25 = 75 ° C. Hvis omgivelsestemperaturen ændres, vil måleresultaterne være mere som prisen på brænde end temperaturen på kogende vand. Hvordan får man de rigtige resultater?
Konklusionen antyder sig selv: du er nødt til at afkøle det kolde kryds til 0 ° C og derved indstille det nedre referencepunkt for Celsius temperaturskala. Den nemmeste måde at gøre dette på er ved at anbringe et koldt kryds af termoelementet i et kar med smeltende is, fordi det er denne temperatur, der tages som 0 ° C. I det forrige eksempel vil alt være korrekt: temperaturforskellen mellem de varme og kolde kryds vil være 100 - 0 = 100 ° C.
Naturligvis er løsningen enkel og korrekt, men at kigge efter et kar med smeltende is et eller andet sted og at holde det i denne form i lang tid er simpelthen teknisk umuligt. I stedet for is anvendes derfor forskellige skemaer til kompensering af temperaturen i det kolde kryds.
Som regel, halvlederføler måler temperaturen i det kolde krydsområde, og allerede tilføjer det elektroniske kredsløb dette resultat til den samlede temperaturværdi. Aktuelt produceret specialiserede termoelementmikrokredsløb med et integreret koldt kryds temperaturkompensationskredsløb.
I nogle tilfælde kan man blot afvise erstatning for at forenkle ordningen som helhed. Enkelt eksempel temperaturregulator til loddejern: Hvis loddejernet konstant er i dine hænder, hvad forhindrer dig i at stramme regulatoren lidt, sænke eller tilføje temperatur? Når alt kommer til alt ser han, der ved, hvordan man lodder, kvaliteten af lodningen og træffer beslutninger til tiden. Skemaet for en sådan termostat er ganske enkelt og er vist i figur 4.
Figur 4. Skema med en simpel termostat (Klik på billedet for at forstørre det).
Som det ses af figuren er kredsløbet ganske enkelt og indeholder ikke dyre specialiserede dele. Det er baseret på den indenlandske K157UD2-mikrokredsløb - en dobbelt lavstøjet operationel forstærker. På DA1.1 op-forstærkeren er selve termoelementets signalforstærker samlet. Når der bruges en TYPE K-termoelement, når den opvarmes til 200 - 250 ° C, når forstærkerens udgangsspænding ca. 7 - 8V.
På den anden halvdel af op-forstærkeren samles en komparator til den inverterende indgang, som en spænding tilføres fra udgangen fra termoelementforstærkeren. På den anden - referencespændingen fra motoren i den variable modstand R8.
Så længe spændingen ved termoelementforstærkerens udgang er mindre end referencespændingen, holdes den positive spænding ved komparatorens udgang, så triggerkredsløbet fungerer triac T1, fremstillet i henhold til blokeringsgeneratorens kredsløb på transistoren VT1. Derfor åbner triac T1, og en elektrisk strøm passerer gennem varmeapparatet EK, hvilket øger spændingen ved udgangen fra termoelementforstærkeren.
Så snart denne spænding lidt overstiger referencespændingen, vises en negativ spænding ved komparatorens udgang. Derfor er transistoren VT1 låst, og blokeringsgeneratoren holder op med at generere kontrolimpulser, hvilket fører til lukningen af triac T1 og afkøling af varmeelementet. Når spændingen ved udgangen fra termoelementforstærkeren bliver lidt mindre end referencespændingen. hele varmecyklussen gentages igen.
For at drive en sådan temperaturregulator har du brug for en strømforsyningsenhed med lav effekt med to polære spændinger +12, -12 V. Transformator Tr1 er lavet på en ferritring i størrelse K10 * 6 * 4 af ferrit НМ2000. Alle tre viklinger indeholder 50 omdrejninger af PELSHO-0.1 ledning.
På trods af kredsløbets enkelhed fungerer det pålideligt nok, og samlingen fra reparationsdele kræver kun en temperaturindstilling, der kan bestemmes ved hjælp af mindst et kinesisk multimeter med et termoelement.
Materialer til fremstilling af termoelementer
Som allerede nævnt indeholder et termoelement to elektroder lavet af forskellige materialer. I alt er der omkring et dusin termoelementer af forskellige typer, der er angivet med bogstaverne i det latinske alfabet i henhold til den internationale standard.
Hver type har sine egne egenskaber, der hovedsageligt skyldes materialerne i elektroderne.For eksempel er den temmelig almindelige TYPE K termoelement lavet af et krom-aluminiumpar. Dets måleområde er 200 - 1200 ° C, den termoelektriske koefficient i temperaturområdet 0 - 1200 ° C er 35 - 32 μV / ° C, hvilket indikerer en vis ikke-linearitet i termoelementets egenskaber.
Når du vælger en termoelement, skal du først og fremmest ledes af det faktum, at egenskabets ikke-linearitet i det målte temperaturområde er minimal. Derefter vil målefejlen ikke blive så mærkbar.
Hvis termoelementet er placeret i en betydelig afstand fra enheden, skal forbindelsen foretages ved hjælp af en speciel kompensationstråd. En sådan ledning er lavet af de samme materialer som selve termoelementet, men er som regel mærkbar større i diameter.
For at arbejde ved højere temperaturer bruges ofte termoelementer lavet af ædle metaller baseret på platin- og platin-rhodium-legeringer. Sådanne termoelementer er uden tvivl dyrere. Materialer til termoelementelektroder fremstilles i henhold til standarder. Alle forskellige termoelementer findes i de tilsvarende tabeller i enhver god reference.
Læs videre i næste artikel - Et par flere typer temperatursensorer: halvleder sensorer, sensorer til mikrokontrollere
Boris Enladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: