Термопара на мультиметре для чего

Меряем температуру термопарой

Краткие теоретические сведения и постановка задачи 🙂

Электроника
ЭДС вырабатываемая термопарой очень небольшая — порядка нескольких миливольт, поэтому без усилителя не обойтись. Поискав в интернете я нашел 5 различных схем усилителей под термопару и на основе одной из них нарисовал свою

Как потом понял R3 лишний и его можно из схемы выбросить — коэффициент усиления мы все равно учтем потом программно.

Ну тут мне немного повезло — термопара паяльника (который нужно подключить) и имеющегося у меня мультиметра имели одинаковые характеристики, поэтому я просто крокодильчиками мультиметра «сел» на выход термопары, а второй мультиметр прицепил на выход схемы. Нагревая кончик паяльника(а соответственно и термопару) горелкой записал значения температуры и соответствующие им значения напряжения на выходе схемы.

Немножко математики
Заносим полученные данные в Excel, выделяем их и нажимаем кнопочку «мастер диаграмм»

Далее выбираем тип диаграммы «точечная» и нажимаем «готово»

Получили нашу зависимость «температура — напряжение» графически.

Если полученные точки не лежат примерно на одной линии, то значит намеряли мы чегой то неправильно — перемеряем. Если все «Ок», то клацаем мышкой на любой из построенных точек и, нажав на правую кнопочку, получим окошко, где выбираем «Добавить линию тренда».

В открывшимся окошке проверяем, чтобы «Тип» был «Линейный», а на вкладке «Параметры» нужно поставить галочку напротив «Показать уравнение на диаграмме».

Добавившееся на графике уравнение и есть искомая зависимость «напряжение-температура»

Сборка
Описывать в данном пункте особо нечего — цепляем нашу схему к МК или платке Ардуино, подключаем туда же цифровую панель отсюда — www.drive2.ru/b/2826794/

Программа
Программу тоже берем для цифровой панели, изменив только основной цикл
void loop() <
unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 1000;
int sensorValue;
int temp_real;
//cчитываем показания АЦП
unsigned long currentMillis = millis();

Результат
Как то так

Источник

Как правильно проверить термопару мультиметром

Термопары (ТП) функционируют во многих тепловых процессах в качестве первичных датчиков температуры автоматической системы безопасности и регулирования. На объектах бытовой теплоэнергетики они устанавливаются для защиты горелок от отрыва пламени на газовых котлах, колонках и плитах, для приготовления пищи.

Они работают в высокотемпературной зоне газового факела, в связи с чем могут выходить из строя. При этом автоматика безопасности мгновенно отключает газоиспользующее оборудование. Для того, чтобы обеспечить безаварийную и продолжительную работу газовых плит, колонок и котлов, необходимо исключить ложное срабатывание защиты, а так же требуется знать, как проверить термопару мультиметром. В домашних условиях это возможно выполнить без проблем.

Что такое термопара

Термопара — это устройство, состоящее из спаянных разнородных проводников или полупроводников, образующих единую электроцепь. ТП работает на базе термоэлектрического эффекта, известного как «эффект Зеебека».

Эффект, когда два спаянных разнородных металла при определенной температуре генерируют напряжение, пропорциональное полученной тепловой энергии. Чем выше температурный напор в точке спая, тем больше термопара вырабатывает Э.Д.С.

Конструкция

Эффективность работы и высокая точность срабатывания данного первичного датчика температур базируется на простом принципе.

Его работа обеспечена такими основными элементами конструкции:

Важно! В состав спая могут быть включены как цветные, так и благородные металлы. В зависимости от этого термопары группируются по нескольким модификациям, характеристика которых представлена ниже.

Принцип работы

Термопара устанавливается в измеряемую зону с высокой температурой. Сплав металлов нагревается до рабочей температуры. Между холодными и горячими соединениями в цепи образуется напряжение. К холодным выводам термопары подключается токоприемник или измерительный прибор, тем самым замыкая цепь. Возникшее напряжение в катушке газового клапана-отсекателя электромагнитного типа создает индукцию, в связи чем он открывается и пропускает газ к горелке.

Для того, чтобы запустить котел или газовую колонку, вначале в ручном режиме потребуется нажать на шток. Начнется пропуск газа к горелке и пьезозапальник подожгет факел. В течении 30 сек будет происходить разогрев термопары. При выработке термопарой рабочего напряжения, электромагнитный клапан будет удерживаться этим напряжением в открытом положении. После того, как газ перестанет попадать в топку или произойдет аварийный отрыв факела от горелки, спай термопары остывает и прекращается подача напряжения на газовый клапан, который закрывается, тем самым отсекая подачу топлива в котел или газовую колонку.

Справка. По этому принципу функционирует система безопасности не только в бытовых газовых установках, но и на мощных энергетических станциях от ТЭЦ до АЭС, а также на металлургических, химических и других видах производств, которые используют газ в технологических процессах.

Для чего нужно проверять термопары

Любой энергетический агрегат будет отключен аварийно, если не сработает датчик температур. Замена термопары дорогостоящий процесс, тем более что она нужна не во всех случаях. Чтобы исключить ложное срабатыватывание автоматики безопасности по факелу пламени, лучше провести проверку ТП. Восстановление его работоспособности начинают с визуального осмотра термопары.

Как правило, она выходит из строя по причине перегорания термального индикатора, что случается довольно часто в котлах. В этом случае на поверхности датчика можно обнаружить черную вмятину либо даже сквозную дыру. В таком случае такой измеритель отбраковывается сразу и потребуется установить новый.

Важно! В некоторых случаях термопара не имеет внешних отклонений. В этом случае ее работоспособность можно проверить только с помощью мультиметра.

Какой прибор выбрать для измерения

Для выполнения тестирования термопары подойдет самый простой мультиметр, который обычно имеется в арсенале у домашнего мастера. В том случае, если потребуется купить новый, то лучше взять модель способную решать многие задачи, в том числе и замер температур.

Также нужно обратить внимание на то, чтобы мультиметр, кроме стандартных замеров напряжения, сопротивления и проводимости электроцепей, обладал такими функциями:

Важно! Мультиметр обязан быть безопасным для пользования. Данные по его электробезопасности указывается в инструкции завода-изготовителя и наносятся на корпус прибора. Для тестирования термопары достаточно приборов класса CAT II / IIІ, соответствующим электробезопасности для внутридомовых распредсетей и локальных сетей питания.

Также можно проверить термопару авометром — это прибор комбинированного принципа действия. В основном измеряет постоянные характеристики тока, сопротивления и напряжения. В сущности, название «авометр» собрано из названий 3-х приборов, которые традиционно используют для замера отмеченных параметров: амперметра, вольтметра, омметра.

Пошаговая инструкция проверки термопары

Проверка термопары тестером не является сложной. Тем не менее, она связана с определенными рисками из-за наличия высокой температуры, газа и опасного напряжения. Поэтому пользователь должен придерживаться при работе следующих правил:

Внимание! При тестировании термопары ее корпус может сильно нагреваться до середины длины корпуса, поэтому работу проводят в защитных перчатках.

Принцип проверки термопары мультиметром одинаков, но могут быть некоторые отличия в зависимости от конструкции газоиспользующего оборудования, например, для котла или газовой плиты.

Отопительный газовый котел

Если газовый котел остановлен аварийно, а диагностика котла сообщает владельцу, что отсутствует пламя на горелке, то первым делом потребуется проверить работоспособность термопары мультиметром:

Для того чтобы правильно выбрать новую ТП для замены, нужно ориентироваться по марке котла, так как термопара может производиться по классификации ЕС, а не по отечественным стандартам, и это создает определенную путаницу.

Газовая плита

Все современные газовые плиты имеют систему газ-контроль, которая работает с термопарой. В том случае, когда плита не запускается из-за срабатывания защиты по данному показателю, скорее всего, засорилась либо вышла из строя термопара.

Важно! Перед началом тестирования нужно закрыть подачу газа на конфорки и духовку, отключить плиту от электросети и убрать все приспособления, посуду.

Пошаговая инструкция проверки работоспособности термопары мультиметром в газовых плитах:

Советы по проверке термопары

В том случае, если пользователь не хочет прежде времени снимать ТП с котла, то можно ее протестировать на действующем оборудовании. Для этого отключают трубку ТП от системы автоматики и подсоединяют мультиметр. Удерживая клавишу клапана-отсекателя, разжигают запальное устройство и через 30–40 сек. снимают показания напряжения первичного датчика.

Преимуществом этого метода является простота измерений, а недостатком — отсутствие визуального обследования датчика и невозможность очистки его поверхности от сажи, что также может быть причиной аварийного срабатывания котла.

В целом считается, что термопары менее точные и чувствительные датчики температуры, чем, например, термисторы. Но благодаря своей низкой стоимости и высокой надежности эти термопары десятилетиями успешно использовались в нагревательных процессах.

Невзирая на то, что конструкция термопары довольно простая, она считается исключительно важным элементом современной защиты газового оборудования. Выполняя роль первичного измерителя температуры в системе «газ-контроль», термопара создает надежную защиту газового оборудования от возможных аварийных ситуаций. Работоспособность термопары — залог безопасности в доме и контролировать ее можно с помощью простых замеров, выполняемых мультиметром.

Видео по теме

Источник

Как измерить температуру мультиметром?

Мультиметр (тестер) это специальное измерительное устройство, благодаря использованию которого пользователь может снимать показания с разнообразных электроприборов, проверять электрическую цепь на предмет ее целостности. Как правило, такими приборами активно пользуются радиолюбители, а также электрики во время проведения ремонта либо диагностики разнообразного электрооборудования. Однако в некоторых случаях, когда возникает острая необходимость, при помощи обыкновенного мультиметра, пользователь может проводить и снимать измерения температуры с разнообразных объектов либо веществ.

Зачем измерять температуру мультиметром

Такие измерительные приборы как мультиметры используются в роли термометров в тех случаях, когда необходимо провести измерения показателей температурного режима разнообразных объектов в сложных местах либо условиях. Например, при помощи такого прибора можно сделать замеры и снять показатели слишком горячих, разогретых твердых предметов, разнообразных ядовитых веществ, открытого пламени.

Кроме того, тестер позволяет измерить температуру разнообразных объектов, находящихся в труднодоступных местах. Стоит отметить, что мультиметр является прекрасной, более дешевой и доступной альтернативой для самостоятельного проведения простых замеров разнообразных объектов, по сравнению с дорогостоящими инфракрасными термометрами, работающими бесконтактным способом.

Чем мультиметр измеряет температуру

Для измерения показателей температуры при помощи мультиметра используется так называемая термопара, которая является своего датчиком холода, а также тепла. Она состоит из двух металлических кусков, которые соединяются между собой при помощи проводников. При нагреве этих металлических кусков до одинакового показателя, по проводнику начинает проходить ток. При этом следует отметить, что чем выше происходит нагрев между металлическими частями термопары, тем соответственно становится выше уровень напряжения.

При покупке дешевых и недорогих тестеров, рекомендуется обращать внимание на качество термопары, которой штатно комплектуется устройство. Это обусловлено тем, что бюджетные модели оснащены тонкими проводами, которые при воздействии температуры выше +250°С начинают плавиться.

Как измерить температуру мультиметром

Большинство современных моделей тестеров оснащаются штатной опцией (режимом) измерения показателей температуры. Как правило, такой режим обозначен специальной маркировкой, которая называется – «temp». Для того чтобы сделать замер к тестеру нужно подключить термопару и перевести его в режим работы «temp».

Затем ее кончиком нужно аккуратно прикоснуться к объекту, с которого снимаются показания. После этого все необходимые данные моментально будут отображены на дисплее прибора. Продолжительность контакта устройства с измеряемым объектом должна составлять около 2-3 секунд. Чтобы показания были максимально точными, кончик термопары должен плотно прилегать к измеряемому объекту.

Делать подобные замеры можно практически при помощи любой модели тестера. Однако при покупке такого устройства рекомендуется обращать внимание на его функционал, качество сборки. Лучше всего приобретать приборы, рассчитанные на замер широкого диапазона температуры, которые штатно, производителем оснащаются таким режимом измерения.

Только в этом случае пользователю не придется вносить никаких корректировок в работу устройства. Качественное устройство обладает таким функционалом как измерение уровня напряжения, снятие показателей силы тока в цепи, а также сопротивления.

Источник

Как проверить термопару при помощи мультиметра

В частных домах и квартирах, где проведен газ, помимо кухонных печей часто встречаются и газовые котлы для обеспечения горячего водоснабжения и отопления. Большая часть отопительной и бытовой газовой техники имеет в своей конструкции термопару, которая защищает устройство от перегрева, что в свою очередь обеспечивает безопасность эксплуатации подобной техники.

Что такое термопара?

В конструкцию термопары входят два разнородных проводника, которые непосредственно контактируют между собой в одной или нескольких точках (в редких случаях соединяются компенсационными проводами). Когда на участке датчика происходит изменение температуры, внутри устройства создается напряжение.

За счет этого осуществляется контроль температуры и защита от перегрева. Также термопары могут применяться для конвертации тепловой энергии в другие виды энергии, в том числе и в электрический ток.

Главные характеристики термоэлектрического преобразователя напрямую зависят от материала, из которого они производятся. Любой термодатчик сделанный из двух разных металлов будет вырабатывать электрический потенциал под воздействием температуры, но для каждой комбинации металлов температура срабатывания будет разной. За счет этого термопары различаются по уровню контроля температуры.

Видов терморегуляторов большое множество, но важным будет их устойчивость к коррозии. В тех моделях термоэлектрических преобразователях, где температурный датчик находится на достаточном удалении от измерительного прибора, в конструкции для их соединения применяют расширительную проводку, благодаря чему снижается стоимость устройства.

Большинство термопар при производстве стандартизируют по эталону температуры, который составляет 0 градусов Цельсия. Большинство производителей применяют технологии электронной компенсации холодной спайки, за счет чего производится корректировка перепадов температуры на клеммах устройства.

Также за счет специальной электротехники можно сводить к минимуму отклонение других характеристик, что делает термопары более точными, а измерения максимально приближенными к действительности.

Термоэлектрические преобразователи получили большое распространение как в бытовой, так и в промышленной нагревательной технике. Эти простые, но полезные устройства можно найти в конструкции газовой колонки, кухонной печи, промышленной печи, газовой турбины выхлопных газов, дизельного двигателя и т. д.

Проверка термопары

Иногда случается, что газовый котел перестает стабильно работать и причин этому может быть много, но зачастую, самой распространенной является неисправность термопары. Первым признаком неисправности газового котла чаще всего становится проблема с кнопкой на магнитной коробке, а точнее она не фиксируется во время работы котла.

В большинстве случаев хозяева газовых котлов в подобной ситуации попросту фиксируют кнопку в нажатом положении при помощи скотча или изоляционной ленты. Но, во-первых это решает проблему только временно, а во-вторых такой метод может привести к непредсказуемым последствиям, например, к полному выходу из строя газового котла или к несчастному случаю.

Если такая проблема с кнопкой начала проявляться, следует сразу принимать меры к ее устранению. В первую очередь необходима проверка терморегулятора. Есть простой метод, как проверить термопару мультиметром:

Внимание! При нагреве датчика, корпус термоэлектрического преобразователя может нагреться до середины. При нагреве термопары стоит использовать перчатки для защиты рук от ожогов.

Также в случаях, когда напряжение термоэлектрического преобразователя не превышает 18 мВ, он может быть все же исправным. Необходимо подвигать терморегулятор в пламени и провести замер щупами для мультиметра еще раз.

Оптимальное значение электрического напряжения для стабильной работы электромагнитного клапана является 20-25 мВ. Но даже при 18 мВ клапан может продолжать работать без выбивания. Кнопка будет постоянно выключаться при значении напряжения меньше 16-17 мВ.

Самый распространенный тип поломки термопары это прогорание термодатчика.

Если при визуальном осмотре на поверхности датчика видна глубокая черная вмятина или дырка (прогар), то термоэлектрический преобразователь необходимо заменить. Прогорание термоэлектрических преобразователей случается в газовых котлах любого производителя, что является нормально практикой в их эксплуатации.

Также для повышения напряжения в термопаре, а, следовательно, и повышения чувствительности электромагнитного клапана, отверстие запальника специально дополнительно увеличивали. Это приводит к повышению напряжения до значения 30 мВ, но срок эксплуатации терморегуляторов в таких условиях снижается.

Источник

О термопарах: что это такое, принцип действия, подключение, применение

В автоматизации технологических процессов очень часто приходится снимать показатели о температурных изменениях, для их загрузки в системы управления, с целью дальнейшей обработки. Для этого требуются высокоточные, малоинерционные датчики, способные выдерживать большие температурные нагрузки в определённом диапазоне измерений. В качестве термоэлектрического преобразователя широко используются термопары – дифференциальные устройства, преобразующие тепловую энергию в электрическую.

Устройства также являются простым и удобным датчиком температуры для термоэлектрического термометра, предназначенного для осуществления точных измерений в пределах довольно широких температурных диапазонов. В частности, управляющая автоматика газовых котлов и других отопительных систем срабатывает от электрического сигнала, поступающего от сенсора на базе термопары. Конструкции датчика обеспечивают необходимую точность измерений в выбранном диапазоне температур.

Устройство и принцип действия

Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай. Схематически устройство изображено на рисунке 1.

Рис. 1. Схема строения термопары

Красным цветом выделено зону горячего спая, синим – холодный спай.

Электроды состоят из разных металлов (металл А и металл В), которые на схеме окрашены в разные цвета. С целью защиты термоэлектродов от агрессивной горячей среды их помещают в герметичную капсулу, заполненную инертным газом или жидкостью. Иногда на электроды надевают керамические бусы, как показано на рис. 2).

Рис. 2. Термопара с керамическими бусами

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. При замыкании цепи, например милливольтметром (см. рис. 3) в точках спаек возникает термо-ЭДС. Но если контакты электродов находятся при одинаковой температуре, то эти ЭДС компенсируют друг друга и ток не возникает. Однако, стоит нагреть место горячей спайки горелкой, то согласно эффекту Зеебека возникнет разница потенциалов, поддерживающая существование электрического тока в цепи.

Примечательно, что напряжение на холодных концах электродов пропорционально зависит от температуры в области горячей спайки. Другими словами, в определённом диапазоне температур мы наблюдаем линейную термоэлектрическую характеристику, отображающую зависимость напряжения от величины разности температур между точками горячей и холодной спайки. Строго говоря, о линейности показателей можно говорить лишь в том случае, когда температура в области холодной спайки постоянна. Это следует учитывать при выполнении градуировок термопар. Если на холодных концах электродов температура будет изменяться, то погрешность измерения может оказаться довольно значительной.

В тех случаях, когда необходимо добиться высокой точности показателей, холодные спайки измерительных преобразователей помещают даже в специальные камеры, в которых температурная среда поддерживается на одном уровне специальными электронными устройствами, использующими данные термометра сопротивления (схема показана на рис. 4). При таком подходе можно добиться точности измерений с погрешностью до ± 0,01 °С. Правда, такая высокая точность нужна лишь в немногих технологических процессах. В ряде случаев требования не такие жёсткие и погрешность может быть на порядок ниже.

Рис. 4. Решение вопроса точности показаний термопар

На погрешность влияют не только перепады температуры в среде, окружающей холодную спайку. Точность показаний зависит от типа конструкции, схемы подключения проводников, и некоторых других параметров.

Типы термопар и их характеристики

Различные сплавы, используемые для изготовления термопар, обладают разными коэффициентами термо-ЭДС. В зависимости от того, из каких металлов изготовлены термоэлектроды, различают следующие основные типы термопар:

Технические требования к термопарам задаются параметрами определёнными ГОСТ 6616-94, а их НСХ (номинальные статические характеристики преобразования), оптимальные диапазоны измерений, установленные классы допуска регулируются стандартами МЭК 62460, и определены ГОСТ Р 8.585-2001. Заметим, также, что НСХ в вольфрам-рениевых термопарах отсутствовали в таблицах МЭК до 2008 г. На сегодняшний день указанными стандартами не определены характеристики термопары хромель-копель, но их параметры по прежнему регулируются ГОСТ Р 8.585-2001. Поэтому импортные термопары типа L не являются полным аналогом отечественного изделия ТХК.

Классификацию термодатчиков можно провести и по другим признакам: по типу спаев, количеству чувствительных элементов.

Типы спаев

В зависимости от назначения термодатчика спаи термопар могут иметь различную конфигурацию. Существуют одноэлементные и двухэлементные спаи. Они могут быть как заземлёнными на корпус колбы, так и незаземленными. Понять схемы таких конструкций можно из рисунка 5.

Буквами обозначено:

Заземление на корпус снижает инерционность термопары, что, в свою очередь, повышает быстродействие датчика и увеличивает точность измерений в режиме реального времени.

С целью уменьшения инерционности в некоторых моделях термоэлектрических преобразователей оставляют горячий спай снаружи защитной колбы.

Многоточечные термопары

Часто требуется измерение температуры в различных точках одновременно. Многоточечные термопары решают эту проблему: они фиксируют данные о температуре вдоль оси преобразователя. Такая необходимость возникает в химических и нефтехимических отраслях, где требуется получать информацию о распределении температуры в реакторах, колоннах фракционирования и в других ёмкостях, предназначенных для переработки жидкостей химическим способом.

Многоточечные измерительные преобразователи температуры повышают экономичность, не требуют сложного обслуживания. Количество точек сбора данных может достигать до 60. При этом используется только одна колба и одна точка ввода в установку.

Таблица сравнения термопар

Выше мы рассмотрели типы термоэлектрических преобразователей. У читателя, скорее всего, резонно возник вопрос: Почему так много типов термопар существует?

Дело в том, что заявленная производителем точность измерений возможна только в определённом интервале температур. Именно в этом диапазоне производитель гарантирует линейную характеристику своего изделия. В других диапазонах зависимость напряжения от температуры может быть нелинейной, а это обязательно отобразится на точности. Следует учитывать, что материалы обладают разной степенью плавкости, поэтому для них существует предельное значение рабочих температур.

Для сравнения термопар составлены таблицы, в которых отображены основные параметры измерительных преобразователей. В качестве примера приводим один из вариантов таблицы для сравнения распространённых термопар.

Способы подключения

Каждая новая точка соединения проводов из разнородных металлов образует холодный спай, что может повлиять на точность показаний. Поэтому подключения термопары выполняют, по возможности, проводами из того же материала, что и электроды. Обычно производители поставляют изделия с подсоединёнными компенсационными проводами.

Некоторые измерительные приборы содержат схемы корректировки показаний на основе встроенного термистора. К таким приборам просто подключаются провода, соблюдая их полярность (см. рис. 6).

Рис. 6. Компенсационные провода

Часто используют схему подключения «на разрыв». Измерительный прибор, подключают через проводник того же типа что и клеммы (чаще всего медь). Таким образом, в местах соединения отсутствует холодный спай. Он образуется лишь в одном месте: в точке присоединения провода к электроду термопары. На рисунке 7 показана схема такого подключения.

Рис. 7. Схема подключения на разрыв

При подключении термопары следует как можно ближе размещать измерительные системы, чтобы избежать использования слишком длинных проводов. Во всяком проводе возможны помехи, которые усиливаются с увеличением длины проволоки. Если от радиопомех можно избавиться путём экранирования проводки, то бороться с токами наводки гораздо сложнее.

В некоторых схемах используют компенсирующий терморезистор между контактом измерительного прибора и точкой холодного спая. Поскольку внешняя температура одинаково влияет на резистор и на свободный спай, то данный элемент будет корректировать такие воздействия.

И напоследок: подключив термопару к измерительному прибору, необходимо, пользуясь градуировочными таблицами, выполнить процедуру калибровки.

Применение

Термопары используются везде, где требуется измерение температуры в технологической среде. Они применяются в автоматизированных системах управления в качестве датчиков температуры. Термопары типа ТВР, у которых внушительный диаметр термоэлектрода, незаменимы там, где требуется получать данные о слишком высокой температуре, в частности в металлургии.

Газовые котлы, конвекторы, водонагревательные колонки также оборудованы термоэлектрическими преобразователями.

Преимущества

Недостатки

Недостатками изделий являются факторы:

Благодаря тому, что проблемы связанные с недостатками решаемы, применение термопар более чем оправдано.

Источник