Categories: Articles destacats » Domòtica
Nombre de visualitzacions: 116550
Comentaris sobre l'article: 2
Sensors de temperatura. Tercera part. Termocopies. Efecte seebeck
Termocopa Breu historial de creació, dispositiu, principi de funcionament
Exteriorment, el termopar s’ordena de manera senzilla: dos fils prims es solden simplement en forma de petita bola. Alguns moderns mil·límetres digitals Feta xinesa equipada amb un termopar, que permet mesurar la temperatura no inferior a 1000 ° C, cosa que permet comprovar la temperatura de la calefacció soldadura o el ferro, que suavitzarà la impressió làser a la fibra de vidre, així com en molts altres casos.
El disseny d’aquest termopar és molt senzill: tots dos cables es troben ocults en un tub de fibra de vidre i, fins i tot, no tenen un aïllament perceptible per a l’ull. Per una banda, els fils estan perfectament soldats i, de l’altra, disposen d’un endoll per connectar-lo al dispositiu. Fins i tot amb un disseny tan primitiu, els resultats de les mesures de temperatura no són dubtes, tret que, per descomptat, calgui precisió de la classe de mesurament de 0,5 º C i superior.
A diferència dels termoparells xinesos que s’acaben d’esmentar, els termoparells per a ús en plantes industrials tenen una estructura més complexa: la secció de mesura del mateix termopar es col·loca en una caixa de metall. A l'interior de la caixa, la termopar es troba en aïllants, generalment ceràmics, dissenyats per a altes temperatures.
Generalment El termopar és el sensor de temperatura més comú i antic. La seva acció es basa en Efecte seebeck, que es va inaugurar el 1822. Per tal de conèixer aquest efecte, ensenyarem mentalment l’esquema senzill que es mostra a la figura 1.
Figura 1
La figura mostra dos conductors metàl·lics diferents M1 i M2, els extrems dels quals en els punts A i B es solden simplement entre si, tot i que arreu i arreu aquests punts s'anomenen juntes per alguna raó. Per cert, molts artesans casolans de termocopis casolans, dissenyats per treballar a temperatures no gaire altes, utilitzen només soldadura en lloc de soldar.
Tornem a la figura 1. Si tota aquesta construcció es troba simplement sobre la taula, no hi haurà cap efecte. Si una de les connexions s’escalfa amb alguna cosa, almenys amb un llumí, llavors passarà un corrent elèctric des dels conductors M1 i M2 en un circuit tancat. Que sigui molt feble, però així serà.
Per assegurar-nos d’això, n’hi ha prou amb trencar un fil en aquest circuit elèctric i qualsevol, i incloure un mil·ligolímetre en el buit resultant, preferiblement amb un punt mig, com es mostra a les figures 2 i 3.
Figura 2
Figura 3
Si ara s'escalfa una de les juntes, per exemple la unió A, la fletxa del dispositiu es desviarà cap a l'esquerra. En aquest cas, la temperatura de la unió A serà TA = TB + ΔT. En aquesta fórmula, ΔT = TA - TB és la diferència de temperatura entre les juntes A i B.
La figura 3 mostra què passa si la unió s’escalfa B. La fletxa del dispositiu es desvia cap a l’altra banda i, en els dos casos, com més gran sigui la diferència de temperatura entre les juntes, més gran serà l’angle de la fletxa del dispositiu.
L’experiència descrita només il·lustra l’efecte Seebeck, el significat d’aquest si les juntes dels conductors A i B presenten temperatures diferents, es produeix una potència termoelèctrica entre ells, el valor de la qual és proporcional a la diferència de temperatura de les juntes. No oblideu que és la diferència de temperatura, i no la temperatura.
Si ambdues juntes tenen la mateixa temperatura, no hi haurà cap termoenergia al circuit. En aquest cas, els conductors poden estar a temperatura ambient, escalfar-se a diversos centenars de graus o es veuran afectats per una temperatura negativa, de totes maneres, no s’obtindrà energia termoelèctrica.
Què mesura un termopar?
Suposem que una de les juntes, per exemple A, (normalment anomenada calenta) es va col·locar en un recipient amb aigua bullent, i l’altra unió B (freda) es va mantenir a temperatura ambient, per exemple, 25 ° C. Es tracta de 25 ° C als llibres de text de física que es consideren condicions normals.
El punt d’ebullició de l’aigua en condicions normals és de 100 ºC, de manera que el termoprotector generat pel termopar serà proporcional a la diferència de temperatura de les juntes, que en aquestes condicions serà només de 100 a 25 = 75 ºC. Si canvia la temperatura ambiental, els resultats de la mesura s'assemblaran més al preu de la llenya que a la temperatura de l'aigua bullent. Com obtenir els resultats adequats?
La conclusió suggereix: es necessita refredar la unió freda a 0 ° C, establint així el punt de referència inferior de l'escala de temperatura Celsius. La manera més fàcil de fer-ho és col·locant una unió freda del termopar en un recipient amb gel fonent, ja que és aquesta temperatura que es pren com a 0 ° C. A l'exemple anterior tot serà correcte: la diferència de temperatura entre les juntes calentes i les fredes serà de 100 - 0 = 100 ° C.
Per descomptat, la solució és senzilla i correcta, però buscar un vas amb gel fonent en algun lloc i mantenir-lo en aquesta forma durant molt de temps és senzillament tècnicament impossible. Per tant, en lloc de gel, s'utilitzen diversos esquemes de compensació de la temperatura de la unió freda.
Generalment El sensor de semiconductor mesura la temperatura a la zona de la unió fredai ja el circuit electrònic afegeix aquest resultat al valor de temperatura total. Actualment produït microcircuits especialitzats en termopar amb circuit integrat de compensació de temperatura de la unió freda.
En alguns casos, per simplificar el sistema en general, es pot negar simplement una indemnització. Exemple senzill regulador de temperatura de soldadura: si la soldadura està constantment a les mans, què impedeix apretar una mica el regulador, baixar o afegir la temperatura? Al cap i a la fi, qui sap soldar veu la qualitat de la soldadura i pren decisions puntuals. L'esquema d'un termòstat és molt simple i es mostra a la figura 4.
Figura 4. Esquema d’un termòstat simple (feu clic a la imatge per ampliar-la).
Com es pot observar a la figura, el circuit és força senzill i no conté peces especialitzades cares. Es basa en el microcircuit K157UD2 domèstic: un amplificador operatiu dual de baix soroll. A l'amplificador operatiu DA1.1, s'hi ampla l'amplificador de senyal de termopar. Quan s'utilitza un termopar de tipus K quan s'escalfa a 200 - 250 ° C, la tensió de sortida de l'amplificador arriba a uns 7 - 8V.
A la segona meitat de l’amplificador op, es combina un comparador, a l’entrada inversora de la qual s’ofereix una tensió a partir de la sortida de l’amplificador de termopar. De l’altra - la tensió de referència del motor de la resistència variable R8.
Sempre que la tensió a la sortida de l’amplificador de termopar sigui inferior a la tensió de referència, el voltatge positiu es manté a la sortida del comparador, de manera que el circuit de disparador funciona triac T1, realitzat segons el circuit generador de bloqueig del transistor VT1. Per tant, el triac T1 s’obre i un corrent elèctric passa pel escalfador EK, que augmenta el voltatge a la sortida de l’amplificador de termopar.
Tan aviat com aquesta tensió supera lleugerament la tensió de referència, a la sortida del comparador apareix un voltatge de nivell negatiu. Per tant, el transistor VT1 es bloqueja i el generador de bloqueig deixa de generar impulsos de control, la qual cosa condueix al tancament del triac T1 i al refredament de l’element calefactor. Quan la tensió a la sortida de l’amplificador de termopar es converteix lleugerament inferior a la tensió de referència. es torna a repetir tot el cicle de calefacció.
Per alimentar un regulador de temperatura, necessiteu una font d’alimentació de baixa potència amb dues tensions polars +12, -12 V. El transformador Tr1 es realitza en un anell de ferrita de mida K10 * 6 * 4 de ferrita НМ2000. Els tres enrotllaments contenen 50 voltes de filferro PELSHO-0.1.
Malgrat la senzillesa del circuit, funciona prou de manera fiable, i el muntatge de peces reparables només requereix una configuració de temperatura que es pugui determinar amb almenys un multímetre xinès amb un termopar.
Materials per a la fabricació de termoparells
Com ja s’ha dit, un termopar conté dos elèctrodes fets de materials diferents. En total hi ha aproximadament una dotzena de termoparells de diversos tipus, que s’indiquen amb les lletres de l’alfabet llatí segons l’estàndard internacional.
Cada tipus té les seves pròpies característiques, que es deu principalment als materials dels elèctrodes.Per exemple, el termopar tipus TYPE K, força habitual, està format per un parell de cromos-alumels. El seu rang de mesurament és de 200 - 1200 ° C, el coeficient termoelèctric en l’interval de temperatures 0 - 1200 ° C és de 35 - 32 μV / ° C, cosa que indica una certa no-linealitat de les característiques del termopar.
Quan escolliu un termopar, primer us heu de guiar pel fet que, en el rang de temperatura mesurat, la no linealitat de la característica fos mínima. Aleshores, l'error de mesurament no serà tan notori.
Si el termopar es troba situat a una distància considerable del dispositiu, la connexió s'ha de fer amb un cable de compensació especial. Aquest filferro està fabricat amb els mateixos materials que el termopar, però, per regla general, és de diàmetre sensiblement més gran.
Per treballar a temperatures més elevades, s’utilitzen sovint termocopis de metalls preciosos a base de platí i aliatges de platí-rodi. Aquestes termocopies són sens dubte més cares. Els materials per a elèctrodes de termopar es fabriquen segons normes. Tota la varietat de termoparells es pot trobar a les taules corresponents en qualsevol bona referència.
Vegeu el següent article: Alguns tipus més de sensors de temperatura: sensors de semiconductors, sensors de microcontroladors
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: