열전 변환기(열전대)

열전쌍 작동 원리

이미 1821년에 Seebeck은 e가 다른 전도성 물질로 구성된 폐쇄 회로에 나타난다는 사실로 구성된 그의 이름을 딴 현상을 발견했습니다. 등. (소위 열EMC) 이러한 재료의 접점이 다른 온도에서 유지되는 경우.

가장 간단한 형태로 전기 회로가 두 개의 서로 다른 전도체로 구성된 경우 열전쌍 또는 열전쌍이라고 합니다.

Seebeck 현상의 본질은 와이어에 전류를 발생시키는 자유 전자의 에너지가 다르며 온도에 따라 다르게 변한다는 사실에 있습니다. 따라서 와이어를 따라 온도 차이가 있는 경우 핫 엔드의 전자는 콜드 엔드에 비해 더 높은 에너지와 속도를 가지므로 와이어의 핫 엔드에서 콜드 엔드로 전자 흐름이 발생합니다. 결과적으로 전하가 양쪽 끝에 축적됩니다. 즉, 추위에서는 음수이고 뜨거울 때는 양수입니다.

이러한 전하가 와이어마다 다르기 때문에 두 개를 열전쌍으로 연결하면 차동 열전쌍이 나타납니다. 등. c) 열전대에서 발생하는 현상을 해석하기 위해서는 열전대가 발생했다고 가정하면 편리하다. 등. c. E는 두 접촉 기전력 e의 합이며 접촉 지점에서 발생하며 이러한 접촉 온도의 함수입니다(그림 1, a).

쌀. 1. 2선식 및 3선식 열전 회로 다이어그램, 전기 측정 장치를 접합부에 연결하는 다이어그램 및 열전대가 있는 열전극.

서로 다른 두 도체의 회로에서 발생하는 열기전력은 양 끝단의 기전력 차이와 같습니다.

이 정의에서 열전대 끝의 동일한 온도에서 열전력을 따릅니다. 등. s는 0이 됩니다. 여기에서 열전쌍을 온도 센서로 사용할 수 있다는 매우 중요한 결론을 도출할 수 있습니다.

열전쌍의 기전력은 끝의 온도가 같으면 회로에 세 번째 와이어를 도입해도 변경되지 않습니다.

이 세 번째 와이어는 접합부 중 하나와 와이어 중 하나의 섹션에 모두 포함될 수 있습니다(그림 1.6, c). 이 결론은 끝에 있는 온도가 동일한 한 열전대 회로에 도입된 여러 와이어로 확장될 수 있습니다.

따라서 측정 장치(또한 와이어로 구성됨)와 이에 연결되는 연결 와이어는 열전대 회로에서 발생하는 열전 전력을 변경하지 않고 열전쌍 회로에 포함될 수 있습니다. 이자형.c, 지점 1과 2 또는 3과 4(그림 1, d 및 e)의 온도가 동일한 경우에만. 이 경우 이 지점의 온도는 장치의 단자 온도와 다를 수 있지만 두 단자의 온도는 동일해야 합니다.

열전대 회로의 저항이 변경되지 않은 경우 회로를 통해 흐르는 전류(따라서 장치 판독값)는 열전대 전력에만 의존합니다. d. 즉, 작업(뜨거운) 끝과 자유(차가운) 끝의 온도에서.

또한 열전쌍의 자유단 온도가 일정하게 유지되면 미터 판독값은 열전쌍의 작동 끝단 온도에만 의존합니다. 이러한 장치는 열전대의 작동 접합 온도를 직접 나타냅니다.

따라서 열전 고온계는 열전대(열전극), 직류 측정기 및 연결 와이어로 구성됩니다.

위의 내용으로부터 다음과 같은 결론을 도출할 수 있습니다.

1. 열전대 작동단의 제조방법(용접, 납땜, 꼬임 등)은 그에 의해 발생하는 열기전력에 영향을 미치지 않는다. 등. 작업 끝의 치수만 모든 지점의 온도가 동일한 경우.

2. 장치에 의해 측정된 매개변수가 열전기가 아니기 때문입니다. 열전대 회로 전류와 함께 작동 회로 저항이 변경되지 않고 교정 중에 그 값과 같아야 합니다.그러나 실제로 불가능하기 때문에 열전극과 연결 와이어의 저항이 온도에 따라 변하기 때문에 방법의 주요 오류 중 하나가 발생합니다. 교정 중 회로 저항과 저항 사이의 불일치 오류입니다.

이 오류를 줄이기 위해 열 측정 장치는 높은 저항(대략적인 측정의 경우 50-100옴, 보다 정확한 측정의 경우 200-500옴)과 저온 전기 계수로 만들어지므로 회로의 총 저항(및 따라서 전류와 —e.d.s.) 사이의 관계는 주변 온도의 변동에 따라 최소로 변합니다.

3. 열전 고온계는 항상 열전쌍의 자유단의 잘 정의된 온도인 0°C에서 교정됩니다. 일반적으로 이 온도는 작동 중인 교정 온도와 다르기 때문에 방법의 두 번째 주요 오류가 발생합니다. : Free Thermocouple 끝의 온도 오차.

이 오류는 수십도에 달할 수 있으므로 장치 판독 값을 적절하게 수정해야 합니다. 이 보정은 라이저의 온도를 알고 있는 경우 계산할 수 있습니다.

교정 중 열전쌍의 자유 단 온도는 0 ° C이고 작동 중에는 일반적으로 0 ° C 이상입니다 (자유 단은 일반적으로 실내에 있으며 종종 온도가 측정되는 오븐 근처에 위치합니다 ), 고온계는 실제 측정된 온도와 비교하여 과소 평가하고 후자의 표시 및 값은 보정 값만큼 증가해야 합니다.

이것은 일반적으로 그래픽으로 수행됩니다. 이것은 일반적으로 열경화성 수지 사이에 비례가 없다는 사실 때문입니다.등. pp. 및 온도. 그들 사이의 관계가 비례하는 경우 교정 곡선은 직선이며 이 경우 열전쌍의 자유단 온도에 대한 보정은 온도와 직접적으로 동일합니다.

열전대의 설계 및 유형

열전극 재료에는 다음 요구 사항이 적용됩니다.

1) 높은 열전도. 등. v. 온도 변화의 비례 특성에 가깝습니다.

2) 내열성(고온에서 비산화);

3) 측정된 온도 내에서 시간 경과에 따른 물리적 특성의 불변성;

4) 높은 전기 전도성;

5) 저온 저항 계수;

6) 물성이 일정한 대량 생산이 가능하다.

IEC(International Electrotechnical Commission)는 몇 가지 표준 유형의 열전쌍(표준 IEC 584-1)을 정의했습니다. 요소는 측정된 온도 범위에 따라 인덱스 R, S, B, K, J, E, T를 갖습니다.

산업계에서 열전대는 최대 600 — 1000 — 1500˚C의 고온을 측정하는 데 사용됩니다. 산업용 열전대는 두 개의 내화 금속 또는 합금으로 구성됩니다. 열접점(문자 «G»로 표시됨)은 온도가 측정되는 위치에 배치되고 냉접점(«X»)은 측정 장치가 있는 영역에 위치합니다.

다음 표준 열전대가 현재 사용 중입니다.

백금-로듐-백금 열전쌍. 이 열전대는 산화 분위기에서 사용하는 경우 장기간 사용 시 최대 1300°C, 단기간 사용 시 최대 1600°C의 온도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.중간 온도에서 백금-로듐-백금 열전대는 매우 신뢰할 수 있고 안정적인 것으로 입증되었으므로 630-1064 °C 범위에서 예로 사용됩니다.

크롬-알루멜 열전대. 이 열전대는 최대 1000 ° C의 장기 사용 및 최대 1300 ° C의 단기 사용 온도를 측정하도록 설계되었습니다. 산소가 금속에 침투하는 것을 방지하는 얇은 보호 산화막 인 전극 표면에서 가열됩니다.

Chromel-Copel 열전대… 이 열전대는 장시간 최대 600°C, 단시간 최대 800°C의 온도를 측정할 수 있습니다. 그들은 산화 및 환원 대기와 진공에서 모두 성공적으로 작동합니다.

Iron Copel 열전대... 측정 한계는 chromel-copel 열전대와 동일하며 작동 조건은 동일합니다. 그것은 더 적은 열을 제공합니다. 등. 대 XK 열전대와 비교: 500 °C에서 30.9 mV이지만 온도 의존성은 비례에 더 가깝습니다. LC 열전쌍의 중요한 단점은 철 전극의 부식입니다.

구리-구리 열전대... 산화 분위기의 구리는 이미 350 ° C에서 집중적으로 산화되기 시작하기 때문에 이러한 열전대의 적용 범위는 장시간 350 ° C, 단시간 500 ° C입니다. 진공 상태에서 이 열전대는 최대 600°C까지 사용할 수 있습니다.

Thermo-e 종속성 곡선. 등. 가장 일반적인 열전대의 온도. 1 — 크로멜 놈; 2 — 철 놈; 3 — 구리 놈; 4 — TGBC -350M; 5 — TGKT-360M; 6 — 크로멜-알루멜; 7-백금-로듐-백금; 8 — TMSV-340M; 9 — PR -30/6.

비금속으로 만들어진 표준 열전대의 열전극 저항은 길이 1m당 0.13-0.18옴(양쪽 끝)이며, 백금-로듐-백금 열전대의 경우 1m당 1.5-1.6옴 허용 열전기 전력 편차. 등. non-noble 열전대의 교정에서 ± 1%, 백금-로듐-백금 ± 0.3-0.35%입니다.

표준 열전대는 직경이 21-29mm이고 길이가 500-3000mm인 막대입니다. 보호 튜브의 상단에는 카볼라이트 또는 베이클라이트 플레이트가 있는 스탬핑 또는 주조(일반적으로 알루미늄) 헤드가 있으며, 이 헤드에는 쌍으로 연결된 나사 클램프로 두 쌍의 와이어가 압착됩니다. 열전극은 한 단자에 부착되고 다른 단자에는 측정 장치로 연결되는 연결 와이어가 연결됩니다. 때로는 연결 와이어가 유연한 보호 호스에 둘러싸여 있습니다. 열전대가 설치된 구멍을 밀봉해야 하는 경우 열전대에 나사산 피팅이 제공됩니다. 욕조의 경우 열전대도 팔꿈치 모양으로 만들어집니다.

열전대의 법칙

내부 온도 법칙: 균질 도체에 온도 구배가 있어도 전류가 나타나지 않습니다(추가 EMF가 발생하지 않음).

중간 도체의 법칙: 금속 A와 B의 두 균질 도체가 온도 T1(열접점)과 T2(냉접점)에서 접촉하는 열전기 회로를 형성한다고 하자. 와이어 A의 파열에 금속 X의 와이어가 포함되어 두 개의 새로운 접점이 형성됩니다. «와이어 X의 온도가 전체 길이에 걸쳐 동일하면 열전대의 결과 EMF는 변경되지 않습니다(추가 접합부에서 EMF가 발생하지 않음).»