Tipos e princípios de trabalho de termopares

Tipos e princípios de trabalho de termopares
Princípio de trabalho do termopar:
When two different conductors and semiconductors A and B form a circuit with their two ends connected to each other, as long as the temperature at the two nodes is different, with one end having a temperature of T, called the working end or hot end, and the other end having a temperature of TO, called the free end (also known as the reference end) or cold end, a current is generated in the circuit, and the electromotive force present in the circuit is called the thermoelectric potential. O fenômeno da geração de força eletromotiva devido a diferenças de temperatura é chamada de efeito Seebeck. Existem dois efeitos relacionados a Seebeck: primeiro, quando uma corrente flui através da conexão entre dois condutores diferentes, o calor é absorvido ou liberado (dependendo da direção da corrente), que é chamada de efeito Peltier; Em segundo lugar, quando uma corrente flui através de um condutor com um gradiente de temperatura, o condutor absorve ou libera calor (dependendo da direção da corrente em relação ao gradiente de temperatura), conhecido como efeito Thomson. A combinação de dois condutores ou semicondutores diferentes é chamada de termopar. O potencial termoelétrico EAB (t, t 0) de um termopar é composto de potencial de contato e potencial termoelétrico. O potencial de contato refere -se ao potencial elétrico gerado no ponto de contato entre dois condutores diferentes ou semicondutores, relacionados às propriedades dos dois condutores ou semicondutores e à temperatura no ponto de contato. O potencial termoelétrico refere -se ao potencial gerado em duas extremidades do mesmo condutor ou semicondutor em diferentes temperaturas. Esse potencial está relacionado apenas às propriedades do condutor ou semicondutor e à temperatura nas duas extremidades, e é independente do comprimento, tamanho da seção transversal e distribuição de temperatura ao longo da direção do comprimento do condutor. Tanto o potencial de contato quanto o potencial termoelétrico são gerados devido aos diferentes números de elétrons concentrados nos pontos finais do contato, e o potencial termoelétrico medido por um termopar é uma combinação dos dois. Quando o circuito é desconectado, há uma diferença de força eletromotiva △ V entre os pontos desconectados A e B, cuja polaridade e magnitude são consistentes com o potencial termoelétrico no circuito. E é estipulado que na extremidade fria, quando a corrente flui de A a B, A é chamada de eletrodo positivo e B é o eletrodo negativo. As experiências mostraram que quando Δ v é pequeno, Δ v é diretamente proporcional a Δ T. O potencial termoelétrico diferencial de Δ v versus Δt é definido como taxa de potencial termoelétrico, também conhecida como coeficiente de Seebeck. O sinal e a magnitude do coeficiente de Seebeck dependem das propriedades termoelétricas dos dois condutores que compõem o termopar e a diferença de temperatura na junção. Tipos de termopares
Os termopares comumente usados ​​podem ser divididos em duas categorias: termopares padrão e termopares não padrão. O chamado termopar padrão refere-se a um termopar que possui um padrão nacional que especifica a relação entre seu potencial termoelétrico e temperatura, permite erros e possui uma escala padrão unificada. Possui um instrumento de exibição correspondente disponível para seleção. Os termopares não padronizados não são tão amplamente utilizados ou da mesma ordem de magnitude que os termopares padronizados e geralmente não possuem uma tabela de calibração unificada. Eles são usados ​​principalmente para medições em certas ocasiões especiais. Desde 1º de janeiro de 1988, todos os termopares e termistores na China foram produzidos de acordo com os padrões internacionais da IEC, e sete termopares padronizados, a saber, S, B, E, K, R, J e T, foram designados como termopares unificados de design na China.
1. Níquel de níquel do tipo K-tipo K (termoparopar de níquel (níquel de alumínio))
O termopar do tipo K é um termopar metal de baixo custo com forte resistência a oxidação, que pode medir a temperatura do meio de 0 a 1300 graus. É adequado para uso contínuo em gases oxidantes e inertes, com uma temperatura de uso a curto prazo de 1200 graus e uma temperatura de uso a longo prazo de 1000 graus. A relação entre seu potencial termoelétrico e temperatura é aproximadamente linear, tornando -a atualmente o termopar mais amplamente utilizado. No entanto, não é adequado para o uso de arame descalço em atmosferas de vácuo, contendo enxofre e carbono e atmosferas alternadas de redução de oxidação; Quando a pressão parcial do oxigênio é baixa, o cromo no eletrodo de cromo de níquel oxidar preferencialmente, causando uma mudança significativa no potencial termoelétrico. No entanto, a influência do gás metálico nele é relativamente pequena, portanto, os tubos de proteção de metal são frequentemente usados.
Desvantagens do termopar do tipo K:
(1) a estabilidade de alta temperatura do potencial termoelétrico é inferior à dos termopares do tipo N e termopares de metais preciosos, e é frequentemente danificado devido à oxidação em temperaturas mais altas (como mais de 1000 graus);
(2) A estabilidade do ciclismo térmico de curto prazo não é boa dentro da faixa de 250-500, ou seja, no mesmo ponto de temperatura, as leituras de potencial termoelétrico são diferentes durante o processo de aquecimento e resfriamento, e a diferença pode atingir 2-3};
(3) O eletrodo negativo sofre transformação magnética dentro da faixa de temperatura de 150-200, resultando em desvios da tabela de calibração na faixa de temperatura da temperatura ambiente para 230 graus. Especialmente quando usado em um campo magnético, ocorre frequentemente interferência termoelétrica independente do tempo;
(4) A exposição a longo prazo ao ambiente de irradiação do sistema de alto rendimento pode causar mudanças significativas no potencial termoelétrico devido à degradação de elementos como manganês (Mn) e cobalto (CO) no eletrodo negativo, resultando em baixa estabilidade.
2. Termoparo do tipo S (Platinum Rhodium 10 Platinum Thermopple)
O eletrodo positivo deste termopar é composto por liga de ródio de platina contendo 10% de ródio e o eletrodo negativo é de platina pura.
Suas características são:
(1) Desempenho termoelétrico estável, forte resistência a oxidação, adequada para uso contínuo em uma atmosfera oxidante, a temperatura de uso a longo prazo pode atingir 1300 graus. Mesmo no ar, o fio puro de platina recristalizará, causando grãos grossos e fraturas ao exceder 1400 graus;
(2) alta precisão, com o maior nível de precisão entre todos os termopares, geralmente usado como padrão ou para medir temperaturas mais altas;
(3) amplamente aplicável, com boa uniformidade e intercambiabilidade;
(4) As principais desvantagens são: o potencial termoelétrico diferencial é pequeno, resultando em baixa sensibilidade; Preço caro, baixa resistência mecânica, não
Adequado para uso sob atmosfera ou condições de redução com vapor de metal.
3. Termoparo do tipo E (níquel de cobre de níquel cromo [constantan] termopar)
O termopar do tipo E é um produto relativamente novo, com liga de cromo de níquel como o eletrodo positivo e a liga de níquel de cobre (Constantan) como eletrodo negativo. Sua maior característica é que, entre os termopares comumente usados, possui o maior potencial termoelétrico, ou seja, a maior sensibilidade; Embora sua faixa de aplicação não seja tão ampla quanto o termopar do tipo K, é frequentemente selecionado em condições que requerem alta sensibilidade, baixa condutividade térmica e tolerância à alta resistência; As condições limitantes durante o uso são as mesmas do tipo K, mas não é muito sensível à corrosão em ambientes com maior umidade.
4. Termoparo do tipo N (níquel Chromium Silicon Nickel Silicon Thermopple)
As principais características deste termopar são: forte resistência à temperatura e oxidação abaixo de 1300 graus, boa estabilidade a longo prazo e reprodutibilidade do ciclo térmico de curto prazo, boa resistência à radiação nuclear e desempenho de baixa temperatura. Além disso, dentro da faixa de 400-1300, a linearidade das características termoelétricas dos termopares do tipo n é melhor que a dos termopares do tipo K; No entanto, o erro não linear é relativamente grande na faixa de baixa temperatura (-200 ~ 400 graus), e o material é difícil e difícil de processar.
5. Termopar do tipo J (termopar de ferro Constantan)
Termoparo do tipo J: O eletrodo positivo deste termopar é de ferro puro e o eletrodo negativo é Constantan (liga de níquel de cobre). É caracterizado por seu preço baixo e é adequado para redução de oxidação a vácuo ou atmosfera inerte. A faixa de temperatura é de -200 a 800 graus, mas a temperatura comumente usada está abaixo de 500 graus, porque além dessa temperatura, a taxa de oxidação do eletrodo ferroelétrico é acelerada. Se for usado diâmetro espesso do fio, ele ainda poderá ser usado em altas temperaturas e tem uma vida útil mais longa; Esse termopar é capaz de suportar a corrosão dos gases de hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO), mas não pode ser usado em atmosferas de alta temperatura (como 500 graus) de enxofre (s).
6. Termoparo do tipo T (termopar níquel de cobre)
Termoparo do tipo T: O eletrodo positivo deste termopar é puro de cobre e o eletrodo negativo é a liga de níquel de cobre (também conhecida como Constantan). Suas principais características são:
Entre termopares de metal de baixo custo, possui a maior precisão e boa uniformidade do eletrodo termoelétrico; Sua temperatura operacional é -200 ~ 350 graus. Devido à fácil oxidação e descolamento do filme de óxido do eletrodo quente de cobre, geralmente não deve exceder 300 graus quando usado em uma atmosfera oxidante. Dentro da faixa de -200 ~ 300 graus, eles têm alta sensibilidade. Outra característica dos termopares de cobre Constantan é que eles são baratos e são os mais baratos entre vários produtos padronizados comumente usados.
7. Termoparo do tipo R (Platinum Rhodium 13 Platinum Thermopple)
O eletrodo positivo deste termopar é uma liga de ródio de 13% de platina e o eletrodo negativo é puro platina. Comparado com o tipo S, sua taxa potencial é cerca de 15% maior.
(1) Desempenho termoelétrico estável, forte resistência a oxidação, adequada para uso contínuo em uma atmosfera oxidante, a temperatura de uso a longo prazo pode atingir 1300 graus. Mesmo no ar, o fio puro de platina recristalizará, causando grãos grossos e fraturas ao exceder 1400 graus;
(2) alta precisão, com o maior nível de precisão entre todos os termopares, geralmente usado como padrão ou para medir temperaturas mais altas;
(3) amplamente aplicável, com boa uniformidade e intercambiabilidade;
(4) As principais desvantagens são: o potencial termoelétrico diferencial é pequeno, resultando em baixa sensibilidade; Preço caro, baixa resistência mecânica, não
Adequado para uso sob atmosfera ou condições de redução com vapor de metal.