Det finnes mange forskjellige enheter og mekanismer som lar deg måle temperatur. Noen av dem brukes i hverdagen, noen - til ulike fysiske undersøkelser, i produksjonsprosesser og andre industrier.
En slik enhet er et termoelement. Vi vil vurdere driftsprinsippet og oppsettet til denne enheten i de følgende avsnittene.
fysisk basis for termoelementdrift
Arbeidsprinsippet til et termoelement er basert på vanlige fysiske prosesser. For første gang ble effekten som denne enheten virker på studert av den tyske forskeren Thomas Seebeck.
Kjernen i fenomenet som prinsippet om drift av et termoelement hviler på er som følger. I en lukket elektrisk krets, bestående av to ledere av forskjellige typer, oppstår det elektrisitet når den utsettes for en viss omgivelsestemperatur.
Den resulterende elektriske strømmen og omgivelsestemperaturen som virker på lederne er i et lineært forhold. Det vil si at jo høyere temperatur, jo større elektrisk strøm produseres av termoelementet. Pådette er driftsprinsippet for termoelementet og motstandstermometeret.
I dette tilfellet er den ene termoelementkontakten plassert på det punktet hvor det er nødvendig å måle temperaturen, det kalles "varmt". Den andre kontakten, med andre ord - "kald", - i motsatt retning. Bruk av termoelementer for måling er kun tillatt når lufttemperaturen i rommet er lavere enn på målestedet.
Dette er et kort diagram over driften av et termoelement, operasjonsprinsippet. Typene termoelementer vil bli diskutert i neste avsnitt.
Typer termoelement
I alle bransjer der temperaturmålinger er nødvendig, er termoelementet hovedapplikasjonen. Enheten og prinsippet for drift av ulike typer av denne enheten er gitt nedenfor.
Chromel-aluminium termoelementer
Disse termoelementkretsene brukes i de fleste tilfeller til produksjon av ulike sensorer og prober som lar deg kontrollere temperaturen i industriell produksjon.
Deres kjennetegn inkluderer en ganske lav pris og et stort utvalg av målte temperaturer. De lar deg fikse temperaturen fra -200 til +13000 grader Celsius.
Det er ikke tilrådelig å bruke termoelementer med lignende legeringer i butikker og anlegg med høyt svovelinnhold i luften, da dette kjemiske elementet påvirker både krom og aluminium negativt, og forårsaker funksjonsfeil i enheten.
Chromel-Kopel termoelementer
Operasjonsprinsippet til et termoelement, hvis kontaktgruppe består av disse legeringene, er det samme. Men disse enhetene fungerer hovedsakelig i et flytende eller gassformig medium, som har nøytrale, ikke-aggressive egenskaper. Den øvre temperaturindeksen overstiger ikke +8000 grader Celsius.
Det brukes et lignende termoelement, hvis prinsipp gjør at det kan brukes til å bestemme oppvarmingsgraden på alle overflater, for eksempel for å bestemme temperaturen til ovner med åpen ild eller andre lignende strukturer.
Iron-constantan termoelementer
Denne kombinasjonen av kontakter i et termoelement er ikke like vanlig som den første av de betraktede variantene. Prinsippet for drift av et termoelement er det samme, men denne kombinasjonen har vist seg godt i en sjeldne atmosfære. Maksimumsnivået for den målte temperaturen bør ikke overstige +12500 grader Celsius.
Men hvis temperaturen begynner å stige over +7000 grader, er det fare for brudd på målenøyaktigheten på grunn av endringer i de fysiske og kjemiske egenskapene til jern. Det er til og med tilfeller av korrosjon av jernkontakten til termoelementet i nærvær av vanndamp i omgivelsesluften.
platinorhodium-platina termoelementer
Det dyreste termoelementet å produsere. Driftsprinsippet er det samme, men det skiller seg fra sine kolleger i svært stabile og pålitelige temperaturavlesninger. Har redusert følsomhet.
Hovedbruken til disse enhetene er måling av høye temperaturer.
Tungsten-rhenium termoelementer
Brukes også til å måle ultrahøye temperaturer. Maksimumsgrensen som kan fastsettes med denne ordningen når 25 tusen grader Celsius.
Søknaden deres krever overholdelse av visse betingelser. I prosessen med å måle temperatur er det derfor nødvendig å fullstendig eliminere den omgivende atmosfæren, noe som har en negativ effekt på kontaktene som følge av oksidasjonsprosessen.
Til dette plasseres wolfram-rhenium termoelementer vanligvis i beskyttende foringsrør fylt med en inert gass for å beskytte elementene deres.
Ovenfor ble hvert eksisterende termoelement, enhet, dets driftsprinsipp, avhengig av legeringene som ble brukt, vurdert. Vurder nå noen designfunksjoner.
Termoelementdesign
Det er to hovedtyper termoelementdesign.
- Med et isolerende lag. Denne utformingen av termoelementet sørger for å isolere arbeidslaget til enheten fra elektrisk strøm. Dette arrangementet gjør at termoelementet kan brukes i prosessen uten å isolere inngangen fra bakken.
- Uten bruk av isolerende lag. Slike termoelementer kan kun kobles til målekretser hvis innganger ikke har kontakt med bakken. Hvis denne betingelsen ikke er oppfylt, vil enheten utvikle to uavhengige lukkede kretser, noe som resulterer i ugyldige termoelementavlesninger.
Reisende termoelement og dets bruk
Det er en egenen slags denne enheten, k alt "løping". Vi vil nå vurdere driftsprinsippet til et løpende termoelement i mer detalj.
Denne designen brukes hovedsakelig til å detektere temperaturen til en stålemne under behandlingen på dreie-, fresings- og andre lignende maskiner.
Det skal bemerkes at i dette tilfellet er det også mulig å bruke et konvensjonelt termoelement, men hvis produksjonsprosessen krever høy temperaturnøyaktighet, er det vanskelig å overvurdere det løpende termoelementet.
Når denne metoden brukes, loddes kontaktelementene inn i arbeidsstykket på forhånd. Deretter, under behandlingen av emnet, blir disse kontaktene konstant utsatt for virkningen av en kutter eller annet arbeidsverktøy på maskinen, som et resultat av at krysset (som er hovedelementet når du tar temperaturavlesninger) ser ut til å "løpe"” langs kontaktene.
Denne effekten er mye brukt i metallbearbeidingsindustrien.
Teknologiske egenskaper ved termoelementdesign
Ved produksjon av en fungerende termoelementkrets loddes det to metallkontakter, som, som du vet, er laget av forskjellige materialer. Krysset kalles et veikryss.
Det skal bemerkes at det ikke er nødvendig å gjøre denne forbindelsen ved hjelp av lodding. Bare vri to kontakter sammen. Men en slik produksjonsmetode vil ikke ha tilstrekkelig grad av pålitelighet, og kan også gi feil ved temperaturavlesninger.
Hvis du trenger å måle høyttemperaturer, er lodding av metaller erstattet av deres sveising. Dette skyldes at i de fleste tilfeller har loddetinn som brukes i forbindelsen et lavt smeltepunkt og brytes ned når det overskrides.
Kretser som er sveiset tåler et bredere temperaturområde. Men denne tilkoblingsmetoden har også sine ulemper. Den indre strukturen til metallet når det utsettes for høye temperaturer under sveiseprosessen kan endres, noe som vil påvirke kvaliteten på dataene som oppnås.
I tillegg bør tilstanden til termoelementkontaktene overvåkes under driften. Så det er mulig å endre egenskapene til metaller i kretsen på grunn av virkningen av et aggressivt miljø. Oksidasjon eller interdiffusjon av materialer kan forekomme. I en slik situasjon bør driftskretsen til termoelementet byttes ut.
Typer termoelementkryss
Moderne industri produserer flere design som brukes i produksjonen av termoelementer:
- åpent veikryss;
- med isolert veikryss;
- med jordet veikryss.
Et trekk ved termoelementer med åpent kryss er dårlig motstand mot ytre påvirkninger.
Følgende to typer design kan brukes ved måling av temperaturer i aggressive miljøer som har en ødeleggende effekt på kontaktparet.
I tillegg mestrer industrien for tiden ordninger for produksjon av termoelementer ved bruk av halvlederteknologier.
Målefeil
Riktigheten til temperaturavlesningene som oppnås ved bruk av et termoelement, avhenger av materialet i kontaktgruppen, så vel som eksterne faktorer. Sistnevnte inkluderer trykk, strålingsbakgrunn eller andre årsaker som kan påvirke de fysisk-kjemiske parametrene til metallene som kontaktene er laget av.
Målefeil består av følgende komponenter:
- tilfeldig feil forårsaket av produksjonsprosessen til termoelementet;
- feil forårsaket av brudd på temperaturregimet til den "kalde" kontakten;
- feil forårsaket av ekstern interferens;
- feil ved kontrollutstyr.
Fordelene ved å bruke termoelementer
Fordelene ved å bruke disse temperaturkontrollenhetene, uavhengig av bruk, inkluderer:
- stort utvalg av indikatorer som kan tas opp med et termoelement;
- Krysset til termoelementet, som er direkte involvert i å ta avlesninger, kan plasseres i direkte kontakt med målepunktet;
- Termoelementer er enkle å produsere, holdbare og varer lenge.
Ulemper ved å måle temperatur med et termoelement
Ulempene ved å bruke et termoelement inkluderer:
- Behovet for konstant overvåking av temperaturen til termoelementets "kalde" kontakt. Dette er et særpregdesignfunksjon for måleinstrumenter, som er basert på et termoelement. Prinsippet for drift av denne ordningen begrenser omfanget av dens anvendelse. De kan bare brukes hvis omgivelsestemperaturen er lavere enn temperaturen ved målepunktet.
- Brennelse av den indre strukturen til metaller som brukes til fremstilling av termoelementer. Faktum er at som et resultat av eksponering for det ytre miljøet, mister kontaktene sin enhetlighet, noe som forårsaker feil i de oppnådde temperaturindikatorene.
- Under måleprosessen blir termoelementkontaktgruppen vanligvis utsatt for negativ påvirkning fra miljøet, noe som forårsaker forstyrrelser i prosessen. Dette krever igjen forsegling av kontaktene, noe som medfører ekstra vedlikeholdskostnader for slike sensorer.
- Det er fare for eksponering for elektromagnetiske bølger på et termoelement, hvis utforming gir en lang kontaktgruppe. Dette kan også påvirke måleresultatene.
- I noen tilfeller er det et brudd på det lineære forholdet mellom den elektriske strømmen som oppstår i termoelementet og temperaturen på målestedet. Denne situasjonen krever kalibrering av kontrollutstyr.
Konklusjon
Til tross for sine mangler har metoden for temperaturmåling ved bruk av termoelementer, som først ble oppfunnet og testet på 1800-tallet, funnet sin brede anvendelse i alle grener av moderne industri.
I tillegg er det applikasjoner hvor bruk av termoelementerer den eneste måten å få temperaturdata. Og etter å ha lest dette materialet, har du ganske fullt forstått de grunnleggende prinsippene for arbeidet deres.
