Obstaja veliko različnih naprav in mehanizmov, ki vam omogočajo merjenje temperature. Nekateri se uporabljajo v vsakdanjem življenju, nekateri - za različne fizikalne raziskave, v proizvodnih procesih in drugih panogah.
Ena takih naprav je termoelement. Načelo delovanja in shemo te naprave bomo obravnavali v naslednjih razdelkih.
Fizična osnova delovanja termoelementa
Načelo delovanja termoelementa temelji na običajnih fizikalnih procesih. Prvič je učinek, na katerega deluje ta naprava, preučil nemški znanstvenik Thomas Seebeck.
Bistvo pojava, na katerem temelji princip delovanja termoelementa, je naslednje. V zaprtem električnem tokokrogu, ki ga sestavljata dva vodnika različnih vrst, ko je izpostavljen določeni temperaturi okolice, nastane elektrika.
Nastali električni tok in temperatura okolja, ki delujeta na prevodnike, sta v linearnem razmerju. To pomeni, da višja kot je temperatura, večji je električni tok, ki ga proizvaja termoelement. Nato je princip delovanja termoelementa in uporovnega termometra.
V tem primeru se en kontakt termoelementa nahaja na mestu, kjer je treba izmeriti temperaturo, imenujemo ga "vroče". Drugi stik, z drugimi besedami - "hladno", - v nasprotni smeri. Uporaba termočlenov za merjenje je dovoljena le, če je temperatura zraka v prostoru nižja kot na mestu merjenja.
To je kratek diagram delovanja termoelementa, princip delovanja. Vrste termočlenov bodo obravnavane v naslednjem razdelku.
Vrste termočlenov
V vsaki industriji, kjer so potrebne meritve temperature, je termoelement glavna uporaba. Naprava in načelo delovanja različnih tipov te enote sta podana spodaj.
kromel-aluminij termoelementi
Ta vezja termoelementov se v večini primerov uporabljajo za proizvodnjo različnih senzorjev in sond, ki vam omogočajo nadzor temperature v industrijski proizvodnji.
Njihove značilnosti vključujejo dokaj nizko ceno in velik razpon izmerjenih temperatur. Omogočajo vam fiksiranje temperature od -200 do +13000 stopinj Celzija.
Termočlenov s podobnimi zlitinami ni priporočljivo uporabljati v trgovinah in objektih z visoko vsebnostjo žvepla v zraku, saj ta kemični element negativno vpliva tako na krom kot na aluminij, kar povzroča okvare v napravi.
Chromel-Kopel termočleni
Načelo delovanja termoelementa, katerega kontaktna skupina je sestavljena iz teh zlitin, je enaka. Toda te naprave delujejo predvsem v tekočem ali plinastem mediju, ki ima nevtralne, neagresivne lastnosti. Zgornji temperaturni indeks ne presega +8000 stopinj Celzija.
Uporablja se podoben termoelement, katerega princip omogoča, da se uporablja za določanje stopnje segrevanja katere koli površine, na primer za določanje temperature odprtinških peči ali drugih podobnih konstrukcij.
Termočleni železo-konstantan
Ta kombinacija kontaktov v termočlenu ni tako pogosta kot prva od obravnavanih sort. Načelo delovanja termoelementa je enako, vendar se je ta kombinacija dobro izkazala v redki atmosferi. Najvišja raven izmerjene temperature ne sme presegati +12500 stopinj Celzija.
Vendar, če se temperatura začne dvigovati nad +7000 stopinj, obstaja nevarnost kršitev merilne natančnosti zaradi sprememb fizikalnih in kemijskih lastnosti železa. Obstajajo celo primeri korozije železnega stika termoelementa v prisotnosti vodne pare v zunanjem zraku.
platinorodij-platinasti termoelement
Najdražji termoelement za izdelavo. Načelo delovanja je enako, vendar se od svojih kolegov razlikuje po zelo stabilnih in zanesljivih odčitkih temperature. Ima zmanjšano občutljivost.
Glavna uporaba teh naprav je merjenje visokih temperatur.
volfram-renijev termoelement
Uporablja se tudi za merjenje ultravisokih temperatur. Največja omejitev, ki jo je mogoče določiti s to shemo, doseže 25 tisoč stopinj Celzija.
Njihova uporaba zahteva izpolnjevanje določenih pogojev. Tako je treba v procesu merjenja temperature popolnoma odstraniti okoliško atmosfero, ki zaradi oksidacijskega procesa negativno vpliva na kontakte.
Za to so volfram-renijevi termoelementi običajno nameščeni v zaščitna ohišja, napolnjena z inertnim plinom, da zaščitijo svoje elemente.
Zgoraj je bil upoštevan vsak obstoječi termoelement, naprava, njegovo načelo delovanja, odvisno od uporabljenih zlitin. Zdaj razmislite o nekaterih oblikovnih značilnostih.
zasnovi termoelementov
Obstajata dve glavni vrsti modelov termoelementov.
- Z izolacijskim slojem. Ta zasnova termoelementa zagotavlja izolacijo delovne plasti naprave od električnega toka. Ta razporeditev omogoča, da se termoelement uporablja v procesu brez izolacije vhoda od tal.
- Brez uporabe izolacijske plasti. Takšne termoelemente je mogoče priključiti samo na merilna vezja, katerih vhodi nimajo stika z zemljo. Če ta pogoj ni izpolnjen, bo naprava razvila dva neodvisna zaprta kroga, kar bo povzročilo neveljavne odčitke termoelementov.
Potujoči termoelement in njegova uporaba
Obstaja ločenoneke vrste te naprave, imenovane "tek". Zdaj bomo podrobneje obravnavali načelo delovanja tekočega termoelementa.
Ta zasnova se uporablja predvsem za zaznavanje temperature jeklene gredice med njeno obdelavo na stružnih, rezkalnih in drugih podobnih strojih.
Upoštevati je treba, da je v tem primeru mogoče uporabiti tudi običajen termoelement, vendar če proizvodni proces zahteva visoko temperaturno natančnost, je tekoči termočlen težko preceniti.
Pri uporabi te metode so njeni kontaktni elementi vnaprej spajkani v obdelovanec. Nato so med obdelavo surovca ti kontakti nenehno izpostavljeni delovanju rezalnika ali drugega delovnega orodja stroja, zaradi česar se zdi, da stičišče (ki je glavni element pri merjenju temperature) teče” vzdolž stikov.
Ta učinek se pogosto uporablja v kovinskopredelovalni industriji.
Tehnološke značilnosti modelov termoelementov
Pri izdelavi delujočega vezja termoelementa sta spajkana dva kovinska kontakta, ki sta, kot veste, izdelana iz različnih materialov. Stičišče se imenuje stičišče.
Upoštevati je treba, da te povezave ni treba izvesti s spajkanjem. Preprosto zvijte dva kontakta skupaj. Toda taka proizvodna metoda ne bo imela zadostne stopnje zanesljivosti in lahko povzroči tudi napake pri merjenju temperature.
Če morate meriti visokotemperature, se spajkanje kovin nadomesti z njihovim varjenjem. To je posledica dejstva, da ima v večini primerov spajka, uporabljena v povezavi, nizko tališče in se poruši, ko je presežena.
Zvarjena vezja lahko prenesejo širše temperaturno območje. Toda ta način povezave ima tudi svoje pomanjkljivosti. Notranja struktura kovine, ko je med varjenjem izpostavljena visokim temperaturam, se lahko spremeni, kar bo vplivalo na kakovost pridobljenih podatkov.
Poleg tega je treba med delovanjem nadzorovati stanje kontaktov termoelementa. Torej je mogoče spremeniti lastnosti kovin v vezju zaradi vpliva agresivnega okolja. Lahko pride do oksidacije ali interdifuzije materialov. V takšni situaciji je treba zamenjati delovni krog termoelementa.
Vrste termočlenov
Sodobna industrija proizvaja več modelov, ki se uporabljajo pri izdelavi termoelementov:
- odprto križišče;
- z izoliranim priključkom;
- z ozemljenim priključkom.
Značilnost termočlenov z odprtim spojem je slaba odpornost na zunanje vplive.
Naslednji dve vrsti oblikovanja se lahko uporabljata pri merjenju temperatur v agresivnih okoljih, ki uničujoče vplivajo na kontaktni par.
Poleg tega industrija trenutno obvladuje sheme za proizvodnjo termoelementov z uporabo polprevodniških tehnologij.
Napaka pri merjenju
Točnost odčitkov temperature, dobljenih s termočlenom, je odvisna od materiala kontaktne skupine, pa tudi od zunanjih dejavnikov. Slednji vključujejo pritisk, sevalno ozadje ali druge razloge, ki lahko vplivajo na fizikalno-kemijske parametre kovin, iz katerih so narejeni stiki.
Napaka meritve je sestavljena iz naslednjih komponent:
- naključna napaka, ki jo povzroči proizvodni proces termoelementa;
- napaka zaradi kršitve temperaturnega režima "hladnega" kontakta;
- napaka zaradi zunanjih motenj;
- napaka krmilne opreme.
Prednosti uporabe termočlenov
Prednosti uporabe teh naprav za nadzor temperature, ne glede na uporabo, vključujejo:
- velik nabor indikatorjev, ki jih je mogoče zabeležiti s termočlenom;
- Stič termoelementa, ki je neposredno vključen v odčitavanje, se lahko postavi v neposreden stik z merilno točko;
- Termoelementi so enostavni za izdelavo, trpežni in dolgotrajni.
Slabosti merjenja temperature s termočlenom
Slabosti uporabe termoelementa vključujejo:
- Potreba po stalnem spremljanju temperature "hladnega" kontakta termoelementa. To je posebnostoblikovna značilnost merilnih instrumentov, ki temeljijo na termoelementu. Načelo delovanja te sheme zoži obseg njene uporabe. Uporabljajo se lahko le, če je temperatura okolice nižja od temperature na merilni točki.
- Kršitev notranje strukture kovin, ki se uporabljajo pri izdelavi termoelementov. Dejstvo je, da zaradi izpostavljenosti zunanjemu okolju kontakti izgubijo svojo enotnost, kar povzroči napake v dobljenih temperaturnih indikatorjih.
- V procesu merjenja je kontaktna skupina termoelementov običajno izpostavljena negativnemu vplivu okolja, kar povzroča motnje v procesu. To spet zahteva tesnjenje kontaktov, kar povzroča dodatne stroške vzdrževanja takšnih senzorjev.
- Na termoelementu, katerega zasnova predvideva dolgo kontaktno skupino, obstaja nevarnost izpostavljenosti elektromagnetnim valovom. To lahko vpliva tudi na rezultate meritev.
- V nekaterih primerih pride do kršitve linearnega razmerja med električnim tokom, ki se pojavi v termoelementu, in temperaturo na merilnem mestu. Ta situacija zahteva kalibracijo krmilne opreme.
Sklep
Kljub svojim pomanjkljivostim je metoda merjenja temperature s termočleni, ki je bila prvič izumljena in preizkušena v 19. stoletju, našla široko uporabo v vseh vejah sodobne industrije.
Poleg tega obstajajo aplikacije, kjer se uporabljajo termoelementije edini način za pridobivanje temperaturnih podatkov. In po branju tega gradiva ste povsem razumeli osnovna načela njihovega dela.
