Thermocouple: le principe de fonctionnement, le dispositif

Il existe une grande variété de dispositifs et de mécanismes pour mesurer la température. Certains d'entre eux sont utilisés dans la vie quotidienne, certains – pour une variété de la recherche physique, dans les procédés industriels et d'autres industries.

Un tel dispositif est un thermocouple. Le principe de fonctionnement du dispositif et le circuit sera discuté dans les sections suivantes.

La base physique des travaux thermocouple

Le principe de fonctionnement de thermocouples est basé sur les processus physiques habituels. Pour la première fois l'effet, sur la base duquel l'appareil fonctionne, a été étudiée par le scientifique allemand Thomas Seebeck.

L'essence du phénomène, qui maintient le principe d'action thermocouple comme suit. Dans le circuit électrique fermé composé de deux types de conducteurs différents, lorsqu'ils sont exposés à certaines électricité de la température de l'environnement se fait sentir.

Le courant électrique résultant et la température ambiante agissant sur les conducteurs sont sous la dépendance linéaire. Autrement dit, plus la température est élevée, plus le courant électrique généré par un thermocouple. Et sur la base de ce principe de fonctionnement du thermomètre à thermocouple et résistance.

Où l'un des contacts de thermocouple est au point où il est nécessaire de mesurer la température, elle est appelée « chaude ». Le second contact, autrement dit – « à froid » – dans la direction opposée. Demande de mesure thermocouples autorisés uniquement dans le cas où la température ambiante est inférieure à celle du site de mesure.

Une telle opération de court-circuit du thermocouple, le principe de fonctionnement. Les types de thermocouples seront discutés dans la section suivante.

types de thermocouples

Dans chaque secteur, où les mesures de température sont nécessaires, principalement utilisé thermocouple. L'appareil et le fonctionnement de différents types d'unités sont indiqués ci-dessous.

thermocouple aluminium chromel

Ces schémas de thermocouples utilisés dans la plupart des cas pour produire une variété de capteurs et sondes qui permettent de contrôler la température dans la production industrielle.

Leur caractéristique est le prix relativement bas et une large gamme de la température mesurée. Ils permettent de fixer la température de -200 à 13 000 degrés Celsius.

Il ne convient pas d'utiliser un thermocouple pour alliages similaires dans les magasins et les objets à haute teneur en soufre dans l'air, parce que cet élément chimique affecte à la fois le chrome et l' aluminium, ce qui provoque des perturbations dans le fonctionnement du dispositif.

thermocouple chromel-Copel

Le principe d'action du thermocouple, le groupe de contact qui est composé de ces alliages est le même. Mais ces appareils fonctionnent la plupart du temps dans un environnement liquide ou gazeux ayant des propriétés neutres, non corrosifs. L'indicateur de température supérieure ne dépasse pas 8000 degrés Celsius.

Applicables telles thermocouple, qui utilisent le principe de fonctionnement lui permet d'établir le degré de chauffage d'une surface quelconque, par exemple, pour détecter la température du four à sole ouverte ou d'autres structures similaires.

thermocouple fer-constantan

Cette combinaison de contacts dans le thermocouple est pas aussi commun que la première des espèces considérées. Le principe de fonctionnement de thermocouples est le même, mais cette combinaison bien performé dans l'atmosphère raréfiée. Les mesures de niveau maximal que la température ne doit pas dépasser 12 500 degrés Celsius.

Cependant, si la température commence à monter au-dessus de 7000 degrés, il y a une violation des risques de précision de mesure en raison de changements dans les propriétés physiques et chimiques du fer. Il y a même des cas de corrosion du thermocouple de contact de fer en présence de vapeur d'eau ambiante.

thermocouples en platine-platine

Le plus cher dans la fabrication de thermocouples. Le principe de fonctionnement est le même, mais il est différent de leurs homologues des lectures de température très stables et fiables. Il a une sensibilité réduite.

Les principales applications de ces appareils – mesure des températures élevées.

thermocouple de tungstène-rhénium

Il est également utilisé pour mesurer des températures très élevées. La limite maximale qui peut être verrouillé au moyen du circuit atteint 25 mille degrés Celsius.

Leur utilisation exige le respect de certaines conditions. Ainsi, lors de la mesure de température est nécessaire pour éliminer complètement l'atmosphère environnante, ce qui a un impact négatif sur les broches dans le procédé d'oxydation.

Pour ce tungstène-rhénium thermocouple est généralement placé dans un boîtier rempli d'un gaz inerte protégeant leurs éléments.

Au-dessus de chaque thermocouple existant a été examiné, l'appareil, le principe de celui-ci en fonction des alliages utilisés. Maintenant, regardez quelques-unes des caractéristiques de conception.

construction de thermocouples

Il existe deux principaux types de modèles thermocouples.

• Avec l'application de la couche isolante. Cette conception permet à la couche d'isolation de dispositif d'actionnement de thermocouple par un courant électrique. Un tel système permet l'utilisation d'un thermocouple dans le processus sans isolation de l'entrée au sol.

• Sans l'utilisation de la couche isolante. Ces thermocouples peuvent être connectés uniquement aux circuits de mesure, dont les entrées ont pas de contact avec le sol. Si cette condition ne soit pas remplie, le dispositif il y a deux circuit fermé indépendant, dans lequel les lectures obtenues à l'aide du thermocouple ne seront pas précis.

thermocouple en cours d'exécution et son application

Il y a une espèce distincte de ce dispositif, appelé « voyage ». Le principe de fonctionnement d'un thermocouple de déplacement, nous considérons maintenant plus en détail.

Cette conception est principalement utilisé pour déterminer la température de la billette d'acier lors de son traitement en tournage, fraisage et d'autres usinage.

Il convient de noter que dans ce cas d'utiliser un thermocouple classique, cependant, si le processus de fabrication nécessite un contrôle de température de haute précision, d'un thermocouple en cours d'exécution surestimée.

Lors de l'application de cette méthode à la pièce à usiner à l'avance de ses éléments de contact est fermé. Ensuite, dans le traitement de la billette, ces contacts sont exposés en continu à l'outil de travail ou une autre machine-outil, de sorte que la jonction (qui est l'élément principal pendant des caractéristiques de température de retrait), car il « tourne » des contacts.

Cet effet est largement utilisé dans l'industrie des métaux.

Caractéristiques techniques des modèles thermocouples

Dans la fabrication du circuit de thermocouple de pointe de travail est constitué de deux contacts métalliques qui sont connus pour être faits de matériaux différents. La jonction est appelée « jonction ».

Il convient de noter que le composé faisant éventuellement par l'intermédiaire des pointes. Il suffit de tourner ensemble deux contacts. Mais une telle méthode de fabrication ne sera pas un niveau de fiabilité suffisante, et peut également fournir des erreurs lors du retrait des caractéristiques de température.

Si vous avez besoin de mesure de haute température, le métal de soudure est remplacé par leur soudage. Cela est dû au fait que, dans la plupart des cas, la soudure utilisée lors de la connexion, a un bas point de fusion et est détruit en cas de dépassement de son niveau.

Schéma, la fabrication dont la soudure a été appliquée, peut résister à une large plage de températures. Mais cette méthode de connexion a ses inconvénients. La structure interne du métal lors de l'exposition à des températures élevées au cours du soudage peut être modifié, ce qui affectera la qualité des données.

De plus, il doit surveiller l'état des contacts thermocouple au cours de son fonctionnement. Ainsi, il est possible de modifier les caractéristiques des métaux dans le circuit en raison des influences environnementales agressives. L'oxydation peut se produire ou interdiffusion des matériaux. Dans une telle situation, il est nécessaire de remplacer le travail du circuit de thermocouple.

Variétés thermocouples de jonction

L'industrie moderne produit plusieurs modèles, qui sont utilisés dans la fabrication de thermocouples:

• jonction ouverte;

• jonction isolée;

• une jonction à la terre.

thermocouples caractéristique de la jonction ouverte est une faible résistance aux influences extérieures.

Les deux types de structures suivantes peuvent être utilisées dans la mesure de températures dans des environnements hostiles, peuvent avoir des effets dévastateurs sur la paire de contacts.

De plus, actuellement l'industrie développe des circuits sur les technologies de production de semi-conducteurs thermocouples.

l'erreur de mesure

Précision des caractéristiques de température obtenues par un thermocouple dépend du matériau du groupe de contact, ainsi que de facteurs externes. Ces dernières comprennent la pression, le rayonnement de fond ou d'autres raisons qui peuvent affecter les propriétés physiques et chimiques des métaux, ce qui rend les contacts.

La précision de la mesure est constitué des composants suivants:

• erreur aléatoire causé par les caractéristiques de fabrication de thermocouple;

• erreur provoquée par la violation de la température de contact « froid »;

• erreur, la cause qui a servi le bruit extérieur;

• le contrôle d'erreur de l'appareil.

Les avantages de l'utilisation thermocouples

Les avantages de l'utilisation de tels dispositifs pour le contrôle de la température, quelle que soit l'application, sont les suivants:

• grands indicateurs d'intervalle qui peuvent être enregistrées par un thermocouple;

• pic thermocouple, qui est directement impliqué dans la suppression des lectures peut être positionnée en contact direct avec le point de mesure;

• processus simple des thermocouples de fabrication, leur force et la durabilité de fonctionnement.

Inconvénients de la mesure de température en utilisant un thermocouple

Les inconvénients de l'application thermocouples comprennent:

• La nécessité de surveiller en permanence la température de contact thermocouple « froid ». Ceci est une caractéristique distinctive de la conception des instruments de mesure, qui sont basés sur le thermocouple. Le principe de fonctionnement du système réduit son champ d'application. Ils peuvent être utilisés que si la température ambiante est inférieure à la température au point de mesure.

• Violation de la structure intérieure des métaux utilisés dans la fabrication du thermocouple. Le fait est qu'en raison de l'environnement extérieur contacts perdent leur uniformité, ce qui provoque des erreurs dans les relevés de température.

• Au cours de la mesure du groupe de contact de thermocouple est exposé habituellement à des influences néfastes sur l'environnement, ce qui provoque des perturbations dans le fonctionnement. Cela nécessite à nouveau l'étanchéité des contacts, ce qui entraîne des coûts supplémentaires d'entretien de ces capteurs.

• Il existe un risque d'exposition aux ondes électromagnétiques par un thermocouple dont la construction fournit un groupe de contact prolongé. Elle peut également affecter les résultats des mesures.

• Dans certains cas, la violation se produit une relation linéaire entre le courant électrique provenant du thermocouple et de la température au niveau du site de mesure. Cette situation nécessite un appareil de commande d'étalonnage.

conclusion

En dépit de ses défauts, la méthode de mesure de la température avec thermocouples, qui a été inventé et testé au 19ème siècle, a trouvé une large application dans toutes les branches de l' industrie moderne.

En outre, il existe des applications dans lesquelles l'utilisation de thermocouples est le seul moyen d'obtenir des données de température. Et lire ce document, vous comprenez adéquatement les principes de base de leur travail.