Перейти к содержанию

Калькулятор термопары

Выберите тип термопары и задайте температуру рабочего спая или напряжение на приборе — калькулятор пересчитает одно в другое по номинальным статическим характеристикам ITS-90, учтёт температуру свободных концов и покажет чувствительность и таблицу ЭДС.

Исходные данные

Что известно
°C

тип K: от -270 до 1372 °C

°C

холодный спай — клеммы прибора; 0 °C — без компенсации

Результат

Напряжение на приборе
19,644 мВ
ЭДС относительно 0 °C
20,644 мВзначение номинальной статической характеристики
ЭДС холодного спая
1,000 мВдобавка компенсации при 25 °C
Чувствительность
42,6 мкВ/°Cнаклон dE/dt при температуре рабочего спая
Без компенсации прибор покажет
476,52 °Cесли считать, что свободные концы при 0 °C

ЭДС термопары типа K (ТХА), мВ

Свободные концы при 0 °C; строка — сотни градусов, столбец — добавка. В строках со знаком минус добавка вычитается: строка −100, столбец 20 — это −120 °C.

°C0102030405060708090
−200−5,891−6,035−6,158−6,262−6,344−6,404−6,441−6,458
−100−3,554−3,852−4,138−4,411−4,669−4,913−5,141−5,354−5,550−5,730
−00,000−0,392−0,778−1,156−1,527−1,889−2,243−2,587−2,920−3,243
00,0000,3970,7981,2031,6122,0232,4362,8513,2673,682
1004,0964,5094,9205,3285,7356,1386,5406,9417,3407,739
2008,1388,5398,9409,3439,74710,15310,56110,97111,38211,795
30012,20912,62413,04013,45713,87414,29314,71315,13315,55415,975
40016,39716,82017,24317,66718,09118,51618,94119,36619,79220,218
50020,64421,07121,49721,92422,35022,77623,20323,62924,05524,480
60024,90525,33025,75526,17926,60227,02527,44727,86928,28928,710
70029,12929,54829,96530,38230,79831,21331,62832,04132,45332,865
80033,27533,68534,09334,50134,90835,31335,71836,12136,52436,925
90037,32637,72538,12438,52238,91839,31439,70840,10140,49440,885
100041,27641,66542,05342,44042,82643,21143,59543,97844,35944,740
110045,11945,49745,87346,24946,62346,99547,36747,73748,10548,473
120048,83849,20249,56549,92650,28650,64451,00051,35551,70852,060
130052,41052,75953,10653,45153,79554,13854,47954,819

Расчёт выполнен по формулам и данным из источников, приведённых на этой странице, и не заменяет проверку: параметры компонентов у разных производителей и даже партий различаются. Перед применением сверяйте результат с документацией на конкретные детали.

Термопара — два разнородных проводника, сваренных в рабочий спай: при разной температуре рабочего и свободного концов между свободными концами появляется термоЭДС в единицы и десятки милливольт. Зависимость ЭДС от температуры для каждого типа термопары стандартизована — это номинальная статическая характеристика (НСХ). Калькулятор считает её по опорным функциям шкалы ITS-90 из базы NIST — тем же полиномам, что в МЭК 60584-1 и ГОСТ Р 8.585-2001, — и пересчитывает в обе стороны с учётом холодного спая.

Типы термопар

ТипГОСТМатериалыДиапазон НСХ, °CЧувствительность при 25 °C
KТХАхромель — алюмель−270…137240,5 мкВ/°C
JТЖКжелезо — константан−210…120051,7 мкВ/°C
TТМКмедь — константан−270…40040,7 мкВ/°C
EТХКнхромель — константан−270…100061,0 мкВ/°C
NТННнихросил — нисил−270…130026,8 мкВ/°C
SТППплатина-10 % родий — платина−50…1768,16,0 мкВ/°C
RТППплатина-13 % родий — платина−50…1768,15,9 мкВ/°C
BТПРплатина-30 % родий — платина-6 % родий0…1820почти 0

Диапазон — это область, где определена НСХ; рабочий диапазон конкретного датчика зависит от диаметра проволоки, оболочки и защитной арматуры и обычно уже. Чувствительность рассчитана как наклон опорной функции.

Как считается

Прямой пересчёт. ЭДС относительно 0 °C — полином E = Σ cᵢ·tⁱ с коэффициентами NIST для своего участка температур; у типа K выше 0 °C к нему добавляется экспоненциальное слагаемое a₀·exp(a₁·(t − a₂)²) — по описанию NIST, поправка на эффект магнитного упорядочения.

Холодный спай. Прибор видит разность ЭДС рабочего и свободного спаев:

U = E(tраб) − E(tсв),

поэтому к измеренному напряжению прибавляют ЭДС свободных концов и только потом переводят в температуру. Перевод обратно калькулятор делает точно — решая уравнение E(t) = U + E(t_св) по опорной функции; приближённые обратные полиномы NIST дали бы ошибку до нескольких сотых градуса.

Чувствительность. Производная dE/dt показывает, сколько микровольт даёт градус: по ней выбирают усиление и разрядность АЦП. Для типа K с чувствительностью 41 мкВ/°C разрешение 0,1 °C требует различать 4 мкВ, — поэтому термопары подключают через специальные усилители с компенсацией холодного спая или АЦП с малым шумом; как устроен АЦП, рассказано в статье об АЦП.

Практика

  • Удлиняющие провода. Между термопарой и прибором ставят провод из тех же или близких по термоЭДС сплавов: медный провод перенесёт холодный спай туда, где он закончится, и прибор будет компенсировать не ту температуру.
  • Полярность. Перепутанные провода дают ЭДС с обратным знаком; при отрицательном напряжении на клеммах и комнатной температуре проверьте подключение.
  • Шум. Сигнал в милливольты — фильтруйте его и прокладывайте провода витой парой подальше от силовых цепей; простой RC-фильтр поможет рассчитать калькулятор RC-фильтра.

Частые вопросы

Как перевести милливольты термопары K в градусы?

Прибавьте к измеренному напряжению ЭДС холодного спая — ЭДС термопары при температуре свободных концов, а затем найдите температуру, при которой ЭДС относительно 0 °C равна этой сумме. Для типа K при 25 °C на клеммах добавка — 1,000 мВ: 19,644 мВ на приборе соответствуют 20,644 мВ от 0 °C, то есть 500 °C. Калькулятор делает это по полиному NIST, а не по линейной формуле.

Что будет, если не компенсировать холодный спай?

Прибор покажет температуру, заниженную примерно на температуру свободных концов: термопара измеряет разность температур рабочего и свободного спаев. В примере с типом K при 500 °C и клеммах при 25 °C без компенсации получится около 476,5 °C. Поэтому измерители термопар измеряют температуру клемм отдельным датчиком и прибавляют её ЭДС.

Какая чувствительность у термопары K?

Около 40,5 мкВ/°C при комнатной температуре и около 42,6 мкВ/°C при 500 °C — она немного меняется с температурой, поэтому зависимость ЭДС от температуры описывают полиномом. У типа J — около 52 мкВ/°C, у E — 61 мкВ/°C, у платиновых S и R — всего около 6 мкВ/°C при комнатной температуре.

Почему для типа B не считается температура ниже 250 °C?

ЭДС термопары B при низких температурах очень мала и даже немонотонна: при 25 °C она отрицательна (около −0,002 мВ), а минимум приходится примерно на 21 °C. Обратная функция NIST для типа B определена от 250 °C, и калькулятор переводит напряжение в температуру только в этом диапазоне. Зато ЭДС холодного спая у типа B почти не влияет на результат.

Источники

  1. NIST Standard Reference Database 60: ITS-90 Thermocouple Database (NIST Monograph 175), версия 3.0 — опорные функции E(t) и обратные полиномы для типов B, E, J, K, N, R, S, T (файл allcoeff.tab.txt), таблицы ЭДС type_x.tab.txt — эталоны тестов
  2. ГОСТ Р 8.585-2001. ГСИ. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования — обозначения ТХА, ТЖК, ТМК, ТХКн, ТНН, ТПП, ТПР; табл. 1 — ЭДС термопары типа R, второй эталон тестов; НСХ рассчитаны по тем же полиномам
Встроить калькулятор на свой сайт

Скопируйте код и вставьте его в HTML страницы, статьи или вики. Виджет бесплатный, без рекламы, счётчиков и cookie. Условие одно — ссылка на GAW под рамкой остаётся на месте. Подробнее о виджетах

<iframe src="https://gaw.ru/embed/thermocouple/" title="Калькулятор термопары" width="100%" height="640" style="border:1px solid #e3e5e9;border-radius:8px" loading="lazy" allow="clipboard-write"></iframe>
<p style="margin:6px 0 0;font-size:14px">Калькулятор: <a href="https://gaw.ru/tools/thermocouple/">Калькулятор термопары</a> — GAW.ru</p>
Автоподстройка высоты рамки

Если сайт разрешает скрипты, добавьте этот код один раз в любом месте страницы: рамка будет менять высоту вместе с результатом расчёта.

<script>window.addEventListener("message",function(e){if(e.origin!=="https://gaw.ru"||!e.data||e.data.type!=="gaw:embed-height")return;var f=document.querySelectorAll('iframe[src^="https://gaw.ru/embed/"]');for(var i=0;i<f.length;i++)if(f[i].contentWindow===e.source)f[i].style.height=e.data.height+"px"})</script>

Обновлено .

Нашли ошибку в расчёте?