열전대 란 무엇입니까, 작동 원리, 기본 유형 및 유형

열전대는 과학 및 기술의 모든 분야에서 온도를 측정하는 장치입니다. 이 문서에서는 장치의 설계 및 작동 원리를 분석하여 열전쌍에 대한 일반적인 개요를 제공합니다. 간략한 특성을 가진 다양한 열전대를 설명하고 측정 장치로서의 열전대에 대한 평가를 제공합니다.

열전대 설계

열전대의 작동 원리. 제벡 효과

열전대는 1821년 독일 물리학자 토마스 제벡(Tomas Seebeck)이 발견한 열전 효과를 기반으로 합니다.

이 현상은 특정 주변 온도에 노출될 때 폐쇄된 전기 회로에서 전기가 발생하는 것을 기반으로 합니다. 전류는 구성이 다른 두 도체(열전극)(이종 금속 또는 합금) 사이에 온도 차이가 있을 때 생성되며 접점(접합부)을 제자리에 유지하여 유지됩니다. 장치는 연결된 보조 장치의 화면에 측정된 온도 값을 표시합니다.

출력 전압과 온도는 선형 관계에 있습니다. 이는 측정된 온도가 증가하면 열전쌍의 자유단에서 더 높은 밀리볼트 값이 발생한다는 것을 의미합니다.

온도 측정 지점에서의 접합을 "열접점"이라고 하고 전선이 송신기에 연결되는 지점을 "냉접점"이라고 합니다.

냉접점 온도 보상(CJC)

냉접점 보상(CJC)은 열전대의 자유단 연결 지점에서 온도를 측정할 때 최종 판독값에 대한 수정 형태로 이루어진 수정입니다. 이는 실제 냉접점 온도와 0°C의 냉접점 온도에 대한 보정 차트에서 계산된 판독값 사이의 불일치 때문입니다.

CHS는 절대 온도 판독값이 알려진 냉접점 온도 값(기준 접합의 다른 이름)에서 파생되는 차동 방법입니다.

열전대 설계

열전대의 설계는 외부 환경의 "공격성", 물질의 집합 상태, 측정할 온도 범위 등과 같은 요인의 영향을 고려합니다.

열전대 디자인의 특징:

1) 도체 쌍은 추가 아크 용접(드물게 납땜)으로 꼬이거나 꼬임으로써 서로 연결됩니다.

중요한: 트위스트 방법은 접합 특성의 급격한 손실 때문에 권장되지 않습니다.

2) 열전대 전극은 접촉점을 제외하고 전체 길이에 걸쳐 전기적으로 절연되어야 합니다.

3) 절연 방법은 온도 상한을 고려하여 선택됩니다.

• 최대 100-120°C - 모든 단열재;
• 최대 1300°C - 도자기 튜브 또는 구슬;
• 최대 1950°C - Al₂영형₃;
• 2000°C 이상 - MgO, BeO, ThO의 튜브₂토, ZrO₂.

4) 보호 커버.

재료는 열전도율이 우수하고 열 및 화학적 저항성이 있어야 합니다(금속, 세라믹). 외피를 사용하면 특정 매체의 부식을 방지할 수 있습니다.

연장(확장) 전선

이 유형의 와이어는 열전대의 끝을 보조 장치 또는 장벽으로 확장하는 데 필요합니다. 열전쌍에 통합 출력 신호가 있는 내장형 트랜스미터가 있는 경우 와이어가 사용되지 않습니다. 가장 널리 사용되는 응용 프로그램은 소위 "태블릿"이라고 하는 통합 4-20mA 신호가 있는 표준 센서 터미널 헤드에 배치된 정규화 변환기입니다.

와이어의 재료는 열전극의 재료와 일치할 수 있지만 기생(유도) 열전극의 형성을 방지하는 조건을 고려하여 더 저렴한 재료로 대체되는 경우가 가장 많습니다. 연장 와이어를 사용하면 생산을 최적화하는 데도 도움이 됩니다.

팁과 트릭! 보상 와이어의 극성과 열전대에 대한 연결을 올바르게 결정하려면 MM 니모닉 규칙을 기억하십시오. 마이너스는 자기입니다. 즉, 자석을 가져 가면 플러스와 달리 보상의 마이너스가 자기가됩니다.

열전대의 종류와 종류

다양한 열전대는 사용된 금속 합금의 다양한 조합으로 인해 발생합니다. 써모커플 선택은 산업 및 필요한 온도 범위를 기반으로 합니다.

크로멜-알루멜 열전대(TXA)

양극: 크로멜 합금(90% Ni, 10% Cr).
음극: 알루멜 합금(95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).

단열재: 도자기, 석영, 금속 산화물 등

-200 ° C ~ 1300 ° C 단기 및 1100 ° C 장기 가열의 온도 범위.

작동 환경: 불활성, 산화(O₂=2-3% 또는 완전히 제외됨), 건조 수소, 단기 진공. 보호 덮개가 있는 환원 또는 산화 환원 분위기에서.

단점: 변형하기 쉽고 열 EMF의 가역적 불안정성.

대기 중에 미량의 황이 존재하고 약하게 산화되는 대기("녹색 점토")에서 크로멜이 존재하는 경우 알루멜의 부식 및 취성의 가능한 경우.

크로멜-구리 열전대(TCC)

양극: 크로멜 합금(90% Ni, 10% Cr).
음극: 코펠 합금(54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn).

-253°C ~ 800°C 장기 및 1100°C 단기 가열의 온도 범위.

작동 환경: 불활성 및 산화, 단기 진공.

단점: 열전대의 변형.

아마도 긴 진공에서 크롬의 증발; 황, 크롬, 불소를 포함하는 분위기와의 반응.

철-콘스탄탄 열전대(PCT).

양극: 기술적으로 순수한 철(연강).
음극: 콘스탄탄 합금(59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).

환원성, 불활성 매체 및 진공 측정에 사용됩니다. -203 ° C ~ 750 ° C의 온도 및 1100 ° C의 단기 가열.

응용 프로그램은 양수 및 음수 온도의 공동 측정에 접혀 있습니다. 음의 온도에만 사용하는 것은 유리하지 않습니다.

단점: 열전대의 변형, 낮은 내식성.

700 °C와 900 °C 부근에서 철의 물리적, 화학적 특성의 변화. 부식의 형성과 함께 황 및 수증기와 상호 작용합니다.

텅스텐-레늄 열전대(TVR)

양극: 합금 BP5(95% W, 5% Rh)/BP5(실리카 및 알루미늄 첨가제가 있는 BP5)/BP10(90% W, 10% Rh).
음극: 합금 BP20(80% W, 20% Rh).

단열재: 화학적으로 순수한 금속 산화물의 세라믹.

기계적 강도, 온도 저항, 오염에 대한 낮은 민감도, 제조 용이성이 특징입니다.

1800 ° C ~ 3000 ° C의 온도 측정, 하한 - 1300 ° C. 측정은 불활성 가스, 건조 수소 또는 진공 환경에서 수행됩니다. 빠르게 흐르는 공정에서 측정을 위한 산화 매질에서만.

단점: 열 EMF의 낮은 재현성, 조사 중 불안정, 온도 범위에서 불안정한 감도.

텅스텐-몰리브덴(TM) 열전대

양극: 텅스텐(기술적으로 순수한).
음극: 몰리브덴(기술적으로 순수).

절연: 알루미나 세라믹, 석영 팁으로 보호.

불활성, 수소 또는 진공 환경. 절연체가 있는 상태에서 산화 환경에서 단기 측정이 가능합니다. 측정 온도의 범위는 1400-1800 ° C이고 한계 작동 온도는 약 2400 ° C입니다.

단점: 열-EDC의 열악한 재현성 및 감도, 극성 반전, 고온에서의 취성.

열전대 백금-로듐-백금(TPP)

양극: 백금-로듐(10% 또는 13% Rh의 Pt).
음극: 백금.

단열재: 석영, 도자기(일반 및 내화물). 최대 1400 °С - Al 함량이 높은 세라믹₂영형₃O, 1400 °C 이상 - 화학적으로 순수한 Al₂영형₃.

최대 작동 온도는 장시간 동안 1400 ° C, 단시간 동안 1600 ° C입니다. 저온에서의 측정은 정상적으로 수행되지 않습니다.

작동 환경: 산화 및 불활성, 보호 장치가 있는 상태에서 환경을 감소시킵니다.

단점: 높은 비용, 조사 시 불안정성, 오염에 대한 높은 민감도(특히 백금 전극), 고온에서 금속 입자 성장.

백금-로듐-백금-로듐 열전대(PRT)

양극: 30% Rh의 Pt 합금.
음극: 6% Rh의 Pt 합금.

매체: 산화, 중성 및 진공. 보호 장치가 있는 상태에서 환원성 및 금속 또는 비금속 증기 함유 환경에서 사용하십시오.

최대 작동 온도: 장기 1600°C, 단기 1800°C.

단열재: Al로 만든 세라믹₂영형₃ 높은 순도.

백금-로듐 열전대보다 화학적 오염 및 입자 성장에 덜 민감합니다.

열전대 연결 다이어그램

• 전위차계 또는 검류계를 도체에 직접 연결합니다.
• 보상 전선과의 연결;
• 통일된 출력을 갖는 열전대에 기존 구리선을 통한 연결.

열전대 도체 색상 표준

색상으로 구분된 도체 절연은 단자에 대한 적절한 연결을 위해 열전대 전극을 서로 구별하는 데 도움이 됩니다. 표준은 국가마다 다릅니다. 도체에 대한 특정 색상 지정은 없습니다.

중요한: 오류를 방지하기 위해 공장에서 사용되는 표준을 찾아야 합니다.

측정 정확도

정확도는 열전대의 유형, 측정된 온도 범위, 재료 순도, 전기 노이즈, 부식, 접합 특성 및 제조 공정에 따라 다릅니다.

열전쌍에는 측정의 신뢰 구간을 설정하는 공차 등급(표준 또는 특수)이 할당됩니다.

중요한: 제조시 특성은 작동 중에 변경됩니다.

측정 속도

응답성은 온도 점프와 측정 기기의 후속 입력 신호 흐름에 빠르게 반응하는 기본 변환기의 능력에 의해 결정됩니다.

반응성을 높이는 요인:

1. 1차 변환기 길이의 적절한 설치 및 계산
2. 보호 써모웰이 있는 트랜스미터를 사용하는 경우 더 작은 직경의 써모웰을 선택하여 어셈블리의 질량을 줄이십시오.
3. 기본 변환기와 써모웰 사이의 공극을 최소화합니다.
4. 스프링이 장착된 1차 변환기를 사용하고 열전도성 필러로 써모웰의 공동을 채웁니다.
5. 빠르게 움직이는 매체 또는 밀도가 높은 매체(액체).

열전대 성능 확인

작동을 확인하려면 특수 측정 장치(테스터, 검류계 또는 전위차계)를 연결하거나 밀리볼트미터로 출력 전압을 측정하십시오. 화살표나 디지털 표시등이 흔들리면 열전대가 정상이며 그렇지 않으면 장치를 교체해야 합니다.

열전대 고장의 원인:

1. 보호 차폐 장치를 사용하지 않는 경우
2. 전극의 화학적 조성 변경;
3. 고온에서 발생하는 산화 과정;
4. 측정기 등의 파손

열전대 사용의 장점과 단점

이 장치를 사용할 때의 이점은 다음과 같습니다.

• 측정의 넓은 온도 범위;
• 높은 정밀도;
• 단순성과 신뢰성.

단점에는 다음이 포함되어야 합니다.

• 냉접점의 지속적인 제어 구현, 제어 장비의 검증 및 교정
• 장치 제조 중 금속의 구조적 변화;
• 대기 조성에 대한 의존성, 밀봉 비용;
• 전자파 노출로 인한 측정 오류.

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