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
| Тип | ГОСТ | Материалы | Диапазон НСХ, °C | Чувствительность при 25 °C |
|---|---|---|---|---|
| K | ТХА | хромель — алюмель | −270…1372 | 40,5 мкВ/°C |
| J | ТЖК | железо — константан | −210…1200 | 51,7 мкВ/°C |
| T | ТМК | медь — константан | −270…400 | 40,7 мкВ/°C |
| E | ТХКн | хромель — константан | −270…1000 | 61,0 мкВ/°C |
| N | ТНН | нихросил — нисил | −270…1300 | 26,8 мкВ/°C |
| S | ТПП | платина-10 % родий — платина | −50…1768,1 | 6,0 мкВ/°C |
| R | ТПП | платина-13 % родий — платина | −50…1768,1 | 5,9 мкВ/°C |
| B | ТПР | платина-30 % родий — платина-6 % родий | 0…1820 | почти 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
- 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
- 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?