Panoramica degli strumenti di misurazione della temperatura tramite termocoppia?

Ci sono molti strumenti di misurazione della temperatura nella produzione industriale e gli strumenti di misurazione della temperatura a termocoppia sono uno di questi. È composto da due conduttori o semiconduttori con le loro due estremità saldate o intrecciate insieme per formare un circuito chiuso, che utilizza la differenza di temperatura tra i due punti per generare forza elettromotrice e lavoro. Ci sono molti tipi di termocoppie e anche i vari metodi di classificazione sono diversi. In base ai requisiti della standardizzazione industriale, possono essere divisi in due tipi: termocoppie standardizzate e termocoppie non standard. Le termocoppie sono una delle applicazioni specifiche della teoria dell'effetto termoelettrico e hanno una vasta gamma di applicazioni nella misurazione della temperatura. Hanno i vantaggi di una struttura semplice, prestazioni stabili e facile costruzione. Le termocoppie, se utilizzate insieme a strumenti di visualizzazione, possono ottenere misurazioni remote, registrazioni automatiche e controllo automatico della temperatura.
1. Tipi di strumenti di misura della temperatura e termocoppie per la misurazione della temperatura
Esistono molti tipi di strumenti di misurazione della temperatura e, con lo sviluppo della scienza e della tecnologia e le esigenze della moderna tecnologia industriale, la tecnologia di misurazione della temperatura viene costantemente migliorata e potenziata. A causa della crescente gamma di misurazione della temperatura, sono stati realizzati diversi strumenti di misurazione della temperatura in base a diversi requisiti, tra cui principalmente termometri LCD, pirometri ottici, termometri a semiconduttore, termometri rotanti, termometri a pressione, termometri a tubo di vetro, termometri a puntatore, termometri ad alta temperatura, termometri a termocoppia, termometri a resistenza, termometri a gas e termometri a termocoppia.
In base ai diversi scopi, metodi di installazione e forme strutturali delle termocoppie, queste possono essere divise in due categorie: termocoppie ordinarie e termocoppie corazzate. Le termocoppie comunemente utilizzate, in base ai loro numeri di graduazione, includono S, R, B, N, K, E, J, T e così via. Tra queste, S, R e B appartengono alle termocoppie in metallo prezioso, mentre N, K, E, J e T appartengono alle termocoppie in metallo economico.

La caratteristica del grado S è la forte prestazione antiossidante ed è adatta per l'uso continuo in atmosfere ossidanti e inerti. La temperatura di utilizzo a lungo termine è di 1400 gradi e la temperatura di utilizzo a breve termine è di 1600 gradi. Tra tutte le termocoppie, la scala S ha il livello di precisione più elevato ed è solitamente utilizzata come termocoppia standard; Rispetto all'indice S, l'indice R ha una forza elettromotrice termica che è circa il 15% superiore e le sue altre prestazioni sono quasi identiche; La forza elettromotrice termica dell'indice B è estremamente piccola a temperatura ambiente, quindi i fili di compensazione generalmente non sono necessari durante la misurazione. La sua temperatura di utilizzo a lungo termine è di 1600 gradi e la temperatura di utilizzo a breve termine è di 1800 gradi. Può essere utilizzato in atmosfere ossidanti o neutre, nonché per l'uso a breve termine in condizioni di vuoto. Le caratteristiche della termocoppia di grado N sono una forte resistenza all'ossidazione ad alta temperatura a 1300 gradi, una buona stabilità a lungo termine della forza termoelettrica e riproducibilità dei cicli termici a breve termine, una buona resistenza alle radiazioni nucleari e alle basse temperature e può sostituire parzialmente la termocoppia di grado S; La caratteristica della scala K è una forte prestazione antiossidante ed è adatta per l'uso continuo in atmosfere ossidanti e inerti. La temperatura di utilizzo a lungo termine è di 1000 gradi e la temperatura di utilizzo a breve termine è di 1200 gradi. La più ampiamente utilizzata tra tutte le termocoppie; La caratteristica dell'indice E è che tra le termocoppie comunemente utilizzate, la sua forza elettromotrice termoelettrica è la più alta, il che significa che ha la massima sensibilità. Si consiglia di utilizzare continuamente in un'atmosfera ossidante e inerte a una temperatura di 0-800 gradi; La caratteristica del grado J è che può essere utilizzato sia in atmosfere ossidanti (con un limite di temperatura superiore di 750 gradi) che in atmosfere riducenti (con un limite di temperatura superiore di 950 gradi), ed è resistente alla corrosione dei gas H2 e CO. È utilizzato principalmente nell'industria chimica e di raffinazione; la caratteristica della scala T è che ha il livello di precisione più elevato tra tutte le termocoppie metalliche economiche e viene solitamente utilizzata per misurare temperature inferiori a 300 gradi.
2. Il principio di base della misurazione della temperatura con termocoppia
Il motivo per cui le termocoppie possono essere utilizzate per misurare la temperatura è perché convertono i segnali di temperatura in segnali termoelettrici, che vengono poi convertiti nella temperatura del mezzo misurato tramite strumenti elettrici. Il principio di base della misurazione della temperatura con termocoppia è che due conduttori omogenei con composizioni diverse formano un circuito chiuso. Quando c'è un gradiente di temperatura ad entrambe le estremità, ci sarà corrente che passerà attraverso il circuito e c'è una forza elettromotrice termoelettrica tra le due estremità

Il motivo della generazione della forza elettromotrice termoelettrica è dovuto alle diverse densità di elettroni dei diversi materiali conduttori. Anche se lo stesso materiale conduttore ha temperature diverse, la sua densità di elettroni non è la stessa. Quando i metalli eterogenei A e B formano un circuito chiuso, a causa delle diverse temperature dei contatti A e B, la densità di elettroni liberi è maggiore nelle aree ad alta temperatura dello stesso conduttore, mentre la densità di elettroni liberi è minore nelle aree a bassa temperatura. Pertanto, nel circuito chiuso, l'elevata densità di elettroni liberi deve diffondersi nelle aree a bassa densità di elettroni liberi, con conseguente flusso di carica "netto" nel circuito, ovvero c'è una forza elettromotrice eAB nel circuito, che è il motivo della generazione della forza elettromotrice di Seebeck. Quando il materiale dell'elettrodo caldo è fisso, la forza elettromotrice termica è correlata solo alla temperatura dei due contatti. In un circuito chiuso composto da una coppia di metalli eterogenei A e B, se il punto di giunzione A viene riscaldato, la temperatura dei due contatti A e B sarà diversa. Se la temperatura è diversa, verrà generata una corrente, che causa la deviazione dell'amperometro collegato al circuito. La corrente generata nel circuito della termocoppia è chiamata corrente termica. A. B è chiamato elettrodo termoelettrico e il contatto a è collegato insieme tramite saldatura. Quando si misura la temperatura, viene posizionato nel campo di temperatura misurata, noto come estremità di misurazione o estremità di lavoro. Il contatto b richiede generalmente una temperatura costante, nota come estremità di riferimento o estremità libera.
L'entità del potenziale termoelettrico è correlata alla differenza tra t e t0. Quando sono noti i materiali dei due elettrodi termoelettrici di una termocoppia, la teoria della distribuzione del potenziale termoelettrico nel circuito della termocoppia determina che la differenza di potenziale termoelettrico tra le due estremità della termocoppia può essere espressa dalla seguente equazione:
EAB (t, t{{0}})=EAB (t) - EAB (t0)
Nella formula, EAB (t, t0) - potenziale termoelettrico della termocoppia
EAB (t) - potenziale termoelettrico all'estremità di lavoro alla temperatura t;
EAB (t{{0}}) - Il potenziale termoelettrico all'estremità fredda alla temperatura t0.
Dall'equazione di cui sopra, si può vedere che quando la temperatura del mezzo misurato all'estremità di lavoro cambia, cambia anche il potenziale termoelettrico. Pertanto, finché EAB (t, t{{0}}) viene misurato e EAB (t0) è noto, è possibile ottenere EAB (t). Il potenziale termoelettrico può essere inviato allo strumento di visualizzazione per l'indicazione o la registrazione, o al microcomputer per l'elaborazione, per ottenere il valore di temperatura t all'estremità di misurazione.

3. I principali vantaggi e svantaggi della misurazione della temperatura con termocoppia
Le termocoppie sono uno dei componenti di rilevamento della temperatura più comunemente utilizzati nell'industria e i loro vantaggi includono:
① Elevata precisione di misurazione. Grazie al contatto diretto tra la termocoppia e l'oggetto misurato, non è influenzato dal mezzo intermedio.
② Ampio intervallo di misurazione. Le termocoppie comunemente utilizzate possono misurare in modo continuo da -50 a 1600 gradi, e alcune termocoppie speciali
La temperatura più bassa rilevabile è di -271-2800 gradi, come per oro, ferro, nichel, cromo e tungsteno-renio.
③ Costruzione semplice e utilizzo pratico. Le termocoppie sono solitamente composte da due diversi tipi di fili metallici e non sono limitate da dimensioni o origine. Hanno una guaina protettiva all'esterno, il che le rende molto comode da usare.
Tuttavia, le termocoppie presentano anche dei difetti, come l'utilizzo di una temperatura di riferimento costante, altrimenti i risultati delle misurazioni saranno distorti; in caso di utilizzo ad alta temperatura o a lungo termine, si verifica una degradazione dovuta all'influenza del mezzo o dell'atmosfera testati (ad esempio ossidazione, riduzione, ecc.), riducendone la durata utile.
4. Stato attuale della ricerca e tendenza allo sviluppo della misurazione della temperatura con termocoppia in Cina
Le termocoppie sono utilizzate principalmente per misurare temperature più elevate. Per quanto riguarda lo stato di sviluppo delle termocoppie ad alta temperatura in Cina, le termocoppie ad alta temperatura si riferiscono generalmente a quelle superiori a 1300 gradi, tra cui termocoppie platino rodio 10 platino, termocoppie platino rodio 13 platino, termocoppie platino rodio 30 platino rodio 6, termocoppie tungsteno renio 5 tungsteno renio 25, termocoppie platino rodio 40 platino rodio 20, termocoppie iridio rodio, termocoppie in carburo di silicio e grafite e così via. Attualmente, le termocoppie di misurazione della temperatura di tipo a contatto sono il metodo di misurazione della temperatura più affidabile. Oltre all'utilizzo di pirometri ottici e termometri a infrarossi in aree di vuoto, media frequenza e alta frequenza che non sono adatte alla misurazione della temperatura delle termocoppie, non ci sono fondamentalmente altri materiali o tecnologie che possono sostituirlo.
Nella situazione attuale, la principale tendenza di sviluppo è quella di migliorare la resistenza alla corrosione e all'ossidazione attraverso misure tecnologiche volte a migliorarne la durata utile.