On olemassa monia erilaisia laitteita ja mekanismeja, joiden avulla voit mitata lämpötilaa. Osa niistä on käytössä jokapäiväisessä elämässä, osa - erilaisissa fysikaalisissa tutkimuksissa, tuotantoprosesseissa ja muilla teollisuudenaloilla.
Yksi tällainen laite on lämpöpari. Tarkastelemme tämän laitteen toimintaperiaatetta ja rakennetta seuraavissa osioissa.
Termoparin toiminnan fyysinen perusta
Termoparin toimintaperiaate perustuu tavallisiin fysikaalisiin prosesseihin. Ensimmäistä kertaa tämän laitteen vaikutusta tutki saksalainen tiedemies Thomas Seebeck.
Ilmiö, johon termoparin toimintaperiaate perustuu, on seuraava. Suljetussa sähköpiirissä, joka koostuu kahdesta erityyppisestä johtimesta, syntyy sähköä, kun se altistuu tietylle ympäristön lämpötilalle.
Tulostunut sähkövirtaus ja johtimiin vaikuttava ympäristön lämpötila ovat lineaarisessa suhteessa. Eli mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi on lämpöparin tuottama sähkövirta. Käytössätämä on lämpöparin ja vastuslämpömittarin toimintaperiaate.
Tässä tapauksessa yksi termoparikosketin sijaitsee kohdassa, jossa on tarpeen mitata lämpötila, sitä kutsutaan "kuumaksi". Toinen kontakti, toisin sanoen - "kylmä", - vastakkaiseen suuntaan. Termoparien käyttö mittaukseen on sallittua vain, kun huoneen ilman lämpötila on alhaisempi kuin mittauspaikalla.
Tämä on lyhyt kaavio termoparin toiminnasta, toimintaperiaatteesta. Termoparien tyyppejä käsitellään seuraavassa osiossa.
Lämpöparien tyypit
Kaikilla toimialoilla, joilla lämpötilamittauksia tarvitaan, lämpöpari on pääsovellus. Tämän yksikön erityyppisten laitteiden ja toimintaperiaatteiden tiedot on esitetty alla.
Chromel-alumiiniset lämpöparit
Näitä lämpöparipiirejä käytetään useimmissa tapauksissa erilaisten antureiden ja antureiden valmistukseen, joiden avulla voit säätää lämpötilaa teollisuustuotannossa.
Niiden erottuvia ominaisuuksia ovat melko alhainen hinta ja v altava valikoima mitattuja lämpötiloja. Niiden avulla voit säätää lämpötilaa -200 - +13 000 celsiusastetta.
Ei ole suositeltavaa käyttää samank altaisia seoksia sisältäviä lämpöpareja liikkeissä ja tiloissa, joissa on korkea rikkipitoisuus ilmassa, koska tämä kemiallinen alkuaine vaikuttaa negatiivisesti sekä kromiin että alumiiniin aiheuttaen laitteen toimintahäiriöitä.
Chromel-Kopel lämpöparit
Näistä seoksista koostuvan termoparin toimintaperiaate on sama. Mutta nämä laitteet toimivat pääasiassa nestemäisessä tai kaasumaisessa väliaineessa, jolla on neutraaleja, ei-aggressiivisia ominaisuuksia. Ylempi lämpötilaindeksi ei ylitä +8000 celsiusastetta.
Käytetään samanlaista termoparia, jonka periaatteen ansiosta sitä voidaan käyttää minkä tahansa pinnan kuumenemisasteen määrittämiseen, esimerkiksi avouunien tai muiden vastaavien rakenteiden lämpötilan määrittämiseen.
Rautavakiotermoparit
Tämä termoparin koskettimien yhdistelmä ei ole yhtä yleinen kuin ensimmäinen harkituista lajikkeista. Termoparin toimintaperiaate on sama, mutta tämä yhdistelmä on osoittanut itsensä hyvin harvinaisessa ilmapiirissä. Mitatun lämpötilan maksimitaso ei saa ylittää +12500 celsiusastetta.
Jos lämpötila kuitenkin alkaa nousta yli +7000 asteen, on olemassa vaara mittaustarkkuuden rikkomisesta johtuen raudan fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien muutoksista. On jopa tapauksia, joissa termoparin rautakosketin korroosiota ympäröivässä ilmassa olevan vesihöyryn läsnäollessa.
Platinorodium-platina termoparit
Kallein valmistettava lämpöpari. Toimintaperiaate on sama, mutta se eroaa kollegoistaan erittäin vakailla ja luotettavilla lämpötilalukemilla. On heikentynyt herkkyys.
Näiden laitteiden pääsovellus on korkeiden lämpötilojen mittaus.
Volframi-renium termoparit
Käytetään myös erittäin korkeiden lämpötilojen mittaamiseen. Suurin raja, joka voidaan korjata tällä kaaviolla, on 25 tuhatta celsiusastetta.
Heidän soveltaminen edellyttää tiettyjen ehtojen noudattamista. Näin ollen lämpötilan mittausprosessissa on välttämätöntä eliminoida kokonaan ympäröivä ilmakehä, jolla on negatiivinen vaikutus koskettimiin hapetusprosessin seurauksena.
Tätä varten volframi-renium-termoparit sijoitetaan yleensä suojakoteloihin, jotka on täytetty inertillä kaasulla elementtien suojaamiseksi.
Yllä tarkasteltiin jokaista olemassa olevaa termoparia, laitetta ja sen toimintaperiaatetta käytetyistä seoksista riippuen. Harkitse nyt joitain suunnitteluominaisuuksia.
Termoparimallit
Lämpöparirakenteita on kahta päätyyppiä.
- Eristekerroksella. Tämä lämpöparin rakenne mahdollistaa laitteen työkerroksen eristämisen sähkövirrasta. Tämä järjestely mahdollistaa termoparin käytön prosessissa eristämättä tuloa maasta.
- Ilman eristyskerrosta. Tällaiset termoparit voidaan kytkeä vain mittauspiireihin, joiden tulot eivät ole kosketuksissa maahan. Jos tämä ehto ei täyty, laite kehittää kaksi itsenäistä suljettua piiriä, mikä johtaa virheellisiin lämpöparin lukemiin.
Matkustava lämpöpari ja sen sovellus
On erillineneräänlainen tämä laite, nimeltään "juoksu". Käsittelemme nyt tarkemmin käynnissä olevan termoparin toimintaperiaatetta.
Tätä mallia käytetään pääasiassa teräsaihion lämpötilan havaitsemiseen sen käsittelyn aikana sorvaus-, jyrsintä- ja muissa vastaavissa koneissa.
Huomaa, että tässä tapauksessa on mahdollista käyttää myös perinteistä termoparia, mutta jos valmistusprosessi vaatii korkeaa lämpötilatarkkuutta, on käynnissä olevaa termoparia vaikea yliarvioida.
Tätä menetelmää käytettäessä sen kosketuselementit juotetaan työkappaleeseen etukäteen. Sitten aihion käsittelyn aikana nämä koskettimet ovat jatkuvasti alttiina leikkurin tai muun koneen työvälineen vaikutukselle, minkä seurauksena liitos (joka on pääelementti lämpötilalukemia otettaessa) näyttää "käyvän"” yhteystietojen vieressä.
Tätä vaikutusta käytetään laaj alti metallintyöstöteollisuudessa.
Termoparirakenteiden tekniset ominaisuudet
Toimivaa termoparipiiriä valmistettaessa juotetaan kaksi metallikosketinta, jotka, kuten tiedät, on valmistettu eri materiaaleista. Risteystä kutsutaan risteyksestä.
On huomattava, että tätä liitäntää ei tarvitse tehdä juottamalla. Kierrä vain kaksi kosketinta yhteen. Mutta tällaisella tuotantomenetelmällä ei ole riittävää luotettavuutta, ja se voi myös antaa virheitä lämpötilalukemista otettaessa.
Jos sinun on mitattava korkealämpötiloissa metallien juottaminen korvataan niiden hitsauksella. Tämä johtuu siitä, että useimmissa tapauksissa liitoksessa käytetyn juotteen sulamispiste on alhainen ja hajoaa sen ylittäessä.
Hitsatut piirit kestävät laajemman lämpötila-alueen. Mutta tällä yhdistämismenetelmällä on myös haittapuolensa. Metallin sisäinen rakenne, kun se altistuu korkeille lämpötiloille hitsausprosessin aikana, voi muuttua, mikä vaikuttaa saatujen tietojen laatuun.
Lisäksi termoelementin koskettimien kuntoa tulee tarkkailla sen käytön aikana. Joten on mahdollista muuttaa piirissä olevien metallien ominaisuuksia aggressiivisen ympäristön vaikutuksesta. Materiaalien hapettumista tai diffuusiota voi tapahtua. Tällaisessa tilanteessa termoparin käyttöpiiri on vaihdettava.
Termopariliitostyypit
Moderni teollisuus tuottaa useita lämpöparien valmistuksessa käytettyjä malleja:
- avoin risteys;
- eristetyllä liitoksella;
- maadoitettu liitos.
Avoin liitostermoparien ominaisuus on huono ulkoisten vaikutusten kestävyys.
Seuraavia kahta tyyppiä voidaan käyttää mitattaessa lämpötiloja aggressiivisissa ympäristöissä, joilla on tuhoisa vaikutus kosketinpariin.
Lisäksi teollisuus hallitsee parhaillaan järjestelmiä puolijohdeteknologiaa käyttävien lämpöparien valmistamiseksi.
Mittausvirhe
Termoparilla saatujen lämpötilalukemien oikeellisuus riippuu kontaktiryhmän materiaalista sekä ulkoisista tekijöistä. Jälkimmäisiä ovat paine, säteilytausta tai muut syyt, jotka voivat vaikuttaa niiden metallien fysikaalis-kemiallisiin parametreihin, joista koskettimet on tehty.
Mittausvirhe koostuu seuraavista osista:
- termoparin valmistusprosessista johtuva satunnainen virhe;
- virhe, joka johtuu "kylmän" koskettimen lämpötilatilan rikkomisesta;
- ulkoisen häiriön aiheuttama virhe;
- ohjauslaitteiston virhe.
Lämpöparien käytön edut
Näiden lämpötilansäätölaitteiden käytön edut sovelluksesta riippumatta ovat:
- laaja valikoima indikaattoreita, jotka voidaan tallentaa lämpöparilla;
- Lämpöparin liitoskohta, joka osallistuu suoraan lukemien ottamiseen, voidaan asettaa suoraan kosketukseen mittauspisteen kanssa;
- Termoparit ovat helppoja valmistaa, kestäviä ja pitkäikäisiä.
Lämpötilan mittaamisen haitat lämpöparilla
Lämpöparin käytön haittoja ovat:
- Tarve seurata jatkuvasti lämpöparin "kylmän" koskettimen lämpötilaa. Tämä on erottuvatermopariin perustuvien mittauslaitteiden suunnitteluominaisuus. Tämän järjestelmän toimintaperiaate kaventaa sen soveltamisalaa. Niitä voidaan käyttää vain, jos ympäristön lämpötila on alhaisempi kuin mittauspisteen lämpötila.
- Lämpöparien valmistuksessa käytettyjen metallien sisäisen rakenteen rikkominen. Tosiasia on, että ulkoiselle ympäristölle altistumisen seurauksena koskettimet menettävät yhtenäisyytensä, mikä aiheuttaa virheitä saaduissa lämpötila-indikaattoreissa.
- Mittausprosessin aikana termoelementin kontaktiryhmä altistuu yleensä ympäristön negatiiviselle vaikutukselle, mikä aiheuttaa häiriöitä prosessissa. Tämä vaatii jälleen koskettimien tiivistämisen, mikä aiheuttaa ylimääräisiä ylläpitokustannuksia tällaisille antureille.
- Sähkömagneettisille aalloille altistuminen on vaarassa lämpöparissa, jonka rakenne mahdollistaa pitkän kontaktiryhmän. Tämä voi myös vaikuttaa mittaustuloksiin.
- Joissakin tapauksissa termoparissa esiintyvän sähkövirran ja mittauskohdan lämpötilan välinen lineaarinen suhde on rikki. Tämä tilanne vaatii ohjauslaitteiden kalibroinnin.
Johtopäätös
Puitteistaan huolimatta 1800-luvulla ensimmäisen kerran keksitty ja testattu lämpötilan mittausmenetelmä termoelementeillä on löytänyt laajan sovelluksensa kaikilla modernin teollisuuden aloilla.
Lisäksi on olemassa sovelluksia, joissa käytetään lämpöparejaon ainoa tapa saada lämpötilatiedot. Ja luettuasi tämän materiaalin olet täysin ymmärtänyt heidän työnsä perusperiaatteet.
