Разработка электрического термопреобразователя от солнечного коллектора | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 21 декабря, печатный экземпляр отправим 25 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Скороходов В. И., Шкандюк Д. О., Киселёв Г. Ю. Разработка электрического термопреобразователя от солнечного коллектора // Молодой ученый. — 2016. — №28.2. — С. 81-84. — URL https://moluch.ru/archive/132/36968/ (дата обращения: 09.12.2019).



В данной статье рассмотрено описание термопреобразователя для измерения температуры, его виды, таблица основных характеристик, места эксплуатации, виды устройств, в которых он применяется с подробным описанием работы, также составлена основная формула для определения значения термоэлектродвижущей силы, рассмотрен ряд достоинств и недостатков с подробным рассмотрением.

Ключевые слова: термопреобразователь, солнечный коллектор, измерение температуры.

Востребованность альтернативных источников энергии ставит новые цели в улучшении способов преобразования, и хранения электрической энергии. Одним из альтернативных источников энергии является солнечная [1]. Её преобразовывают с помощью коллекторов, в основе которых лежит электрический термопреобразователь. Это устройство, предназначенное для измерения температуры, состоящее из двух неоднородных проводников, контактирующих друг с другом в одной или нескольких точках, которые иногда соединяют компенсационные провода. В тот момент времени, когда на одном из участков изменяется температура, создается установленное напряжение.

Электрические термопреобразователи также имеют другое название – термопары (рис. 1) [2]. Термопары в основном используют для контроля температур веществ, имеющие разнообразные агрегатные состояния, а также для преобразования температуры в энергию, в частности, в электрический ток [3].

Рис.1. Термопара

Существует два основных вида подключения термопары к приборам измерения и преобразования (рис 2). В первом случае прибор подключен непосредственно к свободным концам термоэлектродов (а), а во втором в разрыв одного термоэлектрода (б) [4].

Схемы включения термопары в измерительную цепь: а - измерительный прибор 1 подключен соединительными проводами 2 к...

а) б)

Рис.2. Схемы подключения термопары к приборам измерения и преобразования.

1 - прибор измерения или преобразования; 2 - соединительные провода; 3,4 - термоэлектроды; Т 1, Т2 - температуры "горячего" и "холодного" спаев

Величину термо-ЭДС можно определить по следующей формуле:

Εтт*12),(1)

где - постоянный коэффициент пропорциональности [5].

Основным назначением электрических термопреобразователей является высокоточное определение температуры физических объектов различного строения и сред с разными агрегатными состояниями. Также термопары используют для автоматизированных систем в роли контроллеров температуры. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны.

Для создания термопары применяют чистые материалы и различные сплавы с высоким электрическим сопротивлением. На данный момент времени самая эффективная высокотемпературная термопара-это сплав вольфрам-рений, её придельная температура измерений равна 2500о С [6]. Особенностью их использования является необходимость устранения окислительной атмосферы, разрушающей проволоку. Для вольфрам-рениевых термопар используют специальные герметичные конструкции чехлов, заполненные инертным газом, а также танталовые и молибденовые чехлы с неорганической изоляцией из оксида бериллия и оксида магния. Одно из важных применений вольфрам-рениевых термопар состоит в измерении температур в ядерной энергетике в присутствии потока нейтронов.

Как и любое устройство термопара имеет свою основную характеристики, которыми являются:

– градуировочная характеристика – обуславливает значение зависимости между температурой рабочего спая и значением термоЭДС термопары;

– чувствительность;

– погрешность

Термопара имеет следующие причины погрешности: отклонение от стандарта характеристик термопары; непостоянство характеристики термопары с течением времени; у защитной арматуры в процессе лучеиспускания и теплопроводности происходит потеря тепла; температура свободных концов отклоняется от градуировочных значений; инерция, происходящая от тепла;

От стандартных значений характеристик термопары отклоненные характеристики, обуславливаются следующими причинами: термоэлектроды имеют в составе разнородные сплавы, напряжениями, вызванными механическими способами и др.

В таблице 1 представлены наиболее распространенные виды термопар, применяемых в различных сферах [7].

Таблица 1

Виды термопар

Тип термо-
пары

Буквенное обозна-
чение НСХ*

Материал термоэлектродов

Коэффициент термоЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С)

Диапазон рабочих температур, °С

Предельная температура при кратко временном применении, °С

положительного

отрицательного

ТЖК

J

Железо (Fe)

Сплав константен (45% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)

50-64 (0-800)

от -200 до +750

900

ТХК

L

Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)

Сплав копель (56% Си + 44% Ni}

64-88 (0-600)

от -200 до +600

800

ТПП10

S

Сплав платина-родий (87% Pt - 13% Rh)

платина (Pt)

10-14 (600-1600)

от 0 до +1300

1600

ТПР

В

Сплав платина-родий (70% Pt - 30% Rh}

Сплав платина-родий (94% Pt-6%Rh)

10-14(1000-1800)

от 600 до+1700

1800

ТВР

А-1
А-2
А-3

Сплав вольфрам-рений (95% W - 5% Re)

Сплав вольфрам-рений (80% W-20% Re)

14-7 (1300-2500)

от 0 до +2200
от 0 до +1800
от 0 до +1800

2500

Термопары в настоящее время нашли широкое применение в промышленности и бытовой сфере. Их стали применять для контроля температуры двигателей разного назначения, электрических и газовых котлов, в автономных системах отопления. В 20—30-х годах прошлого столетия термопары имели совсем необычное применение. Они питали радиоприемники простейшего исполнения, а также некоторые другие приборы имеющие малый ток.

Электрические термопреобразователи используются в насадочных колоннах, где они измеряют температуру разделяемого либо перерабатываемого вещества [8]. Применяется также в установках для исследования термоосмотического течения воды в пористых стеклах [9]. В установках для измерения токов разрядки, где термопара измеряет температуру в измерительной ячейке установки [10].

Термопара применяется в системе газ-контроль. При возникновении утечки газа специальное устройство, состоящее из термопары и электромагнитного клапана, перекрывает подачу газа в устройстве, что обеспечивает безопасность работы. Принцип работы механизма таков: спай термопары находится непосредственно в месте горения газа, тем самым на другом конце образуется слабый электрический ток, поддерживающий электромагнитный клапан открытым. Как только происходит прекращение горения газа, спай охлаждается и тем самым электрический ток на других концах ослабевает и вовсе пропадает, что позволяет внутреннему механизму привести клапан в закрытое положение, предотвращая утечку газа.

Любое техническое устройство имеет свой ряд достоинств и недостатков. Электрический термопреобразователь имеет следующие достоинства:

– высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С), что позволяет точно определять температуру;

– большой температурный диапазон измерения: от −250 °C до +2500 °C, применение возможно при любом агрегатном состоянии вещества;

– простота конструкции, не будет возникать затруднений при установке;

– низкая стоимость, что существенно облегчает ее внедрение;

– высокая надежность, что означает выход устройства из эксплуатации сведено к минимуму.

И, следовательно, у него есть свои недостатки, которыми являются:

– необходима индивидуальная градуировка термопары для произведения высокоточного измерения температуры (до ±0,01 °С);

– нелинейная зависимость термоЭДС от температуры. Возникают проблемы при выработке вторичных преобразователей сигнала;

– в результате резких перепадов температур появляются термоэлектрические неоднородности, напряжения, вызванные механически;

– появляется эффект «антенны» при значительной длине термопарных и удлинительных проводов, для уже существующих электромагнитных полей.

Литература:

  1. Бубенчиков А.А., Николаев М.И., Киселёв Г.Ю., Есипович Н.В., Феофанов М.К., Шкандюк Д.О. Возможность применения солнечной энергии на территории России и Омской области // Современная наука и практика. — 2015. — № 4 (4). — С. 85-89.
  2. Рогельберг И.Л. Сплавы для термопары: справочное издание / И.Л. Рогельберг, В.М. Бейлин. — М.: Металлургия, 1983. — 360 с.
  3. Сосновский Л.Г. Измерение температур / Л.Г. Сосновский, Н.И. Столяров. — М.: Издательство комитета стандартов, мер и измерительных приборов, 1970. — 260 с.
  4. Крамарухин Ю. Е. Приборы для измерения температуры / Ю. Е. Крамарухин. — М.: Машиностроение, 1990. — 208 с.
  5. Крамарухин Ю.Е. Общий курс физики.Т.3. Электричество / Ю.Е. Крамарухин. — М.: Наука, 1977. — 704 с.
  6. Куритнык И.П. Материалы высокотемпературной термометрии / И.П. Куритнык, Г.С. Бурханов, Б.И. Стаднык. — М.: Металлургия, 1986. — 205 с.
  7. Журавлева Л.В. Электроматериаловедение / Л. В. Журавлева— М.: ПрофОбрИздат, 2001. — 312 с.
  8. Вольфкович С.И. Методы и процессы химической технологии / С.И. Вольфкович, Н.М. Жаворонков, И.А. Поспелов. — Москва-Ленинград: «Академия наук СССР», 1955. — 234 с.
  9. Дерягин Б.В. Поверхностые силы / Б.В. Дерягин, Н.В. Чураев, В.М. Муллер. — М.: Наука, 1985. — 389 с.
  10. Лущейкин Г.А. Полимерные электреты / Г.А. Лущейкин. — М.: «Химия», 1976. — 224 с.
Основные термины (генерируются автоматически): сплав, термопара, измерение температуры, прибор измерения, момент времени, измерение температур, альтернативный источник энергии, электрический ток, электрический термопреобразователь, ряд достоинств.


Ключевые слова

солнечный коллектор, термопреобразователь, измерение температуры

Похожие статьи

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Время измерения температуры электронным термометром относительно небольшое − 30–60 секунд.

В момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный (эффект...

Контроль температуры зерна в СВЧ камере | Статья в сборнике...

Однако их невозможно использовать для измерения температуры внутри зерновки, кроме того они инерционны. При проведении различных исследований по СВЧ обработке и сушке зерна [3, 4, 5] измерение температуры материала проводили при помощи термопар...

Микроконтроллерный измеритель высоких температур

Разработанный измеритель для лабораторных высокотемпературных измерений низкотемпературными датчиками обладает рядом практических преимуществ по сравнению с традиционными методами измерения высоких температур при помощи термопар или...

Автоматизированная система для измерения теплопроводности...

Измерение перепада температуры на образце осуществляется ленточными термопарами 3 и 4. Датчики температуры расположены в эластичных резиновых прокладках, исключающих появление контактных термических сопротивлений.

Обоснование выбора первичных преобразователей...

Термопары — наиболее удобные и распространенные датчики температуры. С их помощью можно проводить измерения от -200 до +3000°С, а возможность преобразования температуры в электрический сигнал позволяет проводить дистанционные измерения.

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

6.Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения

Электрическая схема состоит из двух самостоятельных цепей: измерительной 1 и подогревной 2 (рис. 1). Термосопротивление 3 включается в одно из плеч...

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

Датчик предназначен для измерения температуры в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. К датчикам температуры относят:  термопары

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

Для этого необходимы датчики температуры. Так как диапазон измерений и их условия

А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь).

Рис. 2. Термопреобразователь ТСМУ-205-Н.

Разработка лабораторного стенда для количественного...

Основным достоинством «резисторной памяти» является энергонезависимость

Далее для перехода во включенное состояние требуется приложить электрическое поле в направлении, замыкающем канал.

Разработка стенда для измерения термо-ЭДС.

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Время измерения температуры электронным термометром относительно небольшое − 30–60 секунд.

В момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный (эффект...

Контроль температуры зерна в СВЧ камере | Статья в сборнике...

Однако их невозможно использовать для измерения температуры внутри зерновки, кроме того они инерционны. При проведении различных исследований по СВЧ обработке и сушке зерна [3, 4, 5] измерение температуры материала проводили при помощи термопар...

Микроконтроллерный измеритель высоких температур

Разработанный измеритель для лабораторных высокотемпературных измерений низкотемпературными датчиками обладает рядом практических преимуществ по сравнению с традиционными методами измерения высоких температур при помощи термопар или...

Автоматизированная система для измерения теплопроводности...

Измерение перепада температуры на образце осуществляется ленточными термопарами 3 и 4. Датчики температуры расположены в эластичных резиновых прокладках, исключающих появление контактных термических сопротивлений.

Обоснование выбора первичных преобразователей...

Термопары — наиболее удобные и распространенные датчики температуры. С их помощью можно проводить измерения от -200 до +3000°С, а возможность преобразования температуры в электрический сигнал позволяет проводить дистанционные измерения.

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

6.Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения

Электрическая схема состоит из двух самостоятельных цепей: измерительной 1 и подогревной 2 (рис. 1). Термосопротивление 3 включается в одно из плеч...

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

Датчик предназначен для измерения температуры в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. К датчикам температуры относят:  термопары

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

Для этого необходимы датчики температуры. Так как диапазон измерений и их условия

А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь).

Рис. 2. Термопреобразователь ТСМУ-205-Н.

Разработка лабораторного стенда для количественного...

Основным достоинством «резисторной памяти» является энергонезависимость

Далее для перехода во включенное состояние требуется приложить электрическое поле в направлении, замыкающем канал.

Разработка стенда для измерения термо-ЭДС.

Похожие статьи

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Время измерения температуры электронным термометром относительно небольшое − 30–60 секунд.

В момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный (эффект...

Контроль температуры зерна в СВЧ камере | Статья в сборнике...

Однако их невозможно использовать для измерения температуры внутри зерновки, кроме того они инерционны. При проведении различных исследований по СВЧ обработке и сушке зерна [3, 4, 5] измерение температуры материала проводили при помощи термопар...

Микроконтроллерный измеритель высоких температур

Разработанный измеритель для лабораторных высокотемпературных измерений низкотемпературными датчиками обладает рядом практических преимуществ по сравнению с традиционными методами измерения высоких температур при помощи термопар или...

Автоматизированная система для измерения теплопроводности...

Измерение перепада температуры на образце осуществляется ленточными термопарами 3 и 4. Датчики температуры расположены в эластичных резиновых прокладках, исключающих появление контактных термических сопротивлений.

Обоснование выбора первичных преобразователей...

Термопары — наиболее удобные и распространенные датчики температуры. С их помощью можно проводить измерения от -200 до +3000°С, а возможность преобразования температуры в электрический сигнал позволяет проводить дистанционные измерения.

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

6.Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения

Электрическая схема состоит из двух самостоятельных цепей: измерительной 1 и подогревной 2 (рис. 1). Термосопротивление 3 включается в одно из плеч...

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

Датчик предназначен для измерения температуры в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. К датчикам температуры относят:  термопары

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

Для этого необходимы датчики температуры. Так как диапазон измерений и их условия

А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь).

Рис. 2. Термопреобразователь ТСМУ-205-Н.

Разработка лабораторного стенда для количественного...

Основным достоинством «резисторной памяти» является энергонезависимость

Далее для перехода во включенное состояние требуется приложить электрическое поле в направлении, замыкающем канал.

Разработка стенда для измерения термо-ЭДС.

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Время измерения температуры электронным термометром относительно небольшое − 30–60 секунд.

В момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный (эффект...

Контроль температуры зерна в СВЧ камере | Статья в сборнике...

Однако их невозможно использовать для измерения температуры внутри зерновки, кроме того они инерционны. При проведении различных исследований по СВЧ обработке и сушке зерна [3, 4, 5] измерение температуры материала проводили при помощи термопар...

Микроконтроллерный измеритель высоких температур

Разработанный измеритель для лабораторных высокотемпературных измерений низкотемпературными датчиками обладает рядом практических преимуществ по сравнению с традиционными методами измерения высоких температур при помощи термопар или...

Автоматизированная система для измерения теплопроводности...

Измерение перепада температуры на образце осуществляется ленточными термопарами 3 и 4. Датчики температуры расположены в эластичных резиновых прокладках, исключающих появление контактных термических сопротивлений.

Обоснование выбора первичных преобразователей...

Термопары — наиболее удобные и распространенные датчики температуры. С их помощью можно проводить измерения от -200 до +3000°С, а возможность преобразования температуры в электрический сигнал позволяет проводить дистанционные измерения.

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

6.Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения

Электрическая схема состоит из двух самостоятельных цепей: измерительной 1 и подогревной 2 (рис. 1). Термосопротивление 3 включается в одно из плеч...

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

Датчик предназначен для измерения температуры в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. К датчикам температуры относят:  термопары

Контроль технологических параметров при производстве изделий...

Для этого необходимы датчики температуры. Так как диапазон измерений и их условия

А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь).

Рис. 2. Термопреобразователь ТСМУ-205-Н.

Разработка лабораторного стенда для количественного...

Основным достоинством «резисторной памяти» является энергонезависимость

Далее для перехода во включенное состояние требуется приложить электрическое поле в направлении, замыкающем канал.

Разработка стенда для измерения термо-ЭДС.

Задать вопрос