Seal on palju erinevaid seadmeid ja mehhanisme, mis võimaldavad teil temperatuuri mõõta. Mõnda neist kasutatakse igapäevaelus, mõnda - mitmesuguste füüsikaliste uuringute jaoks, tootmisprotsessides ja muudes tööstusharudes.
Üks selline seade on termopaar. Selle seadme tööpõhimõtet ja skeemi käsitleme järgmistes osades.
Termopaari töötamise füüsiline alus
Termopaari tööpõhimõte põhineb tavalistel füüsikalistel protsessidel. Esimest korda uuris selle seadme mõju Saksa teadlane Thomas Seebeck.
Nähtuse olemus, millel toetub termopaari tööpõhimõte, on järgmine. Suletud elektriahelas, mis koosneb kahest erinevat tüüpi juhist, tekib teatud ümbritseva õhu temperatuuriga kokkupuutel elekter.
Saadud elektrivool ja juhtmetele mõjuv ümbritseva õhu temperatuur on lineaarses seoses. See tähendab, et mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on termopaari tekitatav elektrivool. pealsee on termopaari ja takistustermomeetri tööpõhimõte.
Sellisel juhul asub üks termopaari kontakt kohas, kus on vaja temperatuuri mõõta, seda nimetatakse "kuumaks". Teine kontakt, teisisõnu - "külm", - vastupidises suunas. Termopaaride kasutamine mõõtmisel on lubatud ainult siis, kui ruumi õhutemperatuur on madalam kui mõõtmiskohas.
See on lühike skeem termopaari tööst, tööpõhimõttest. Termopaaride tüüpe käsitletakse järgmises jaotises.
Termopaaride tüübid
Igas tööstusharus, kus on vaja temperatuuri mõõta, on termopaar peamine rakendus. Selle seadme erinevat tüüpi seade ja tööpõhimõte on toodud allpool.
Kroomalumiiniumist termopaarid
Neid termopaaride ahelaid kasutatakse enamikul juhtudel erinevate andurite ja sondide tootmiseks, mis võimaldavad teil tööstuslikus tootmises temperatuuri juhtida.
Nende eripäraks on üsna madal hind ja suur mõõdetud temperatuuride valik. Need võimaldavad teil fikseerida temperatuuri vahemikus -200 kuni +13 000 kraadi Celsiuse järgi.
Sarnaste sulamitega termopaare ei ole soovitatav kasutada kauplustes ja rajatistes, kus õhus on kõrge väävlisisaldus, kuna see keemiline element mõjutab negatiivselt nii kroomi kui alumiiniumi, põhjustades seadme talitlushäireid.
Chromel-Kopeli termopaarid
Termopaari, mille kontaktrühm koosneb nendest sulamitest, tööpõhimõte on sama. Kuid need seadmed töötavad peamiselt vedelas või gaasilises keskkonnas, millel on neutraalsed, mitteagressiivsed omadused. Ülemine temperatuuriindeks ei ületa +8000 kraadi Celsiuse järgi.
Kasutatakse sarnast termopaari, mille põhimõte võimaldab seda kasutada mis tahes pindade kuumutusastme määramiseks, näiteks lahtise koldega ahjude või muude sarnaste konstruktsioonide temperatuuri määramiseks.
Konstantse raua termopaarid
See termopaari kontaktide kombinatsioon ei ole nii levinud kui esimene vaadeldavatest sortidest. Termopaari tööpõhimõte on sama, kuid see kombinatsioon on end hästi näidanud haruldases atmosfääris. Mõõdetud temperatuuri maksimaalne tase ei tohiks ületada +12500 kraadi Celsiuse järgi.
Kui aga temperatuur hakkab tõusma üle +7000 kraadi, tekib raua füüsikaliste ja keemiliste omaduste muutumise tõttu mõõtmistäpsuse rikkumiste oht. Välisõhus oleva veeauru juuresolekul esineb isegi termopaari raudkontakti korrosiooni juhtumeid.
Platinoroodium-plaatina termopaarid
Kõige kallim toodetav termopaar. Tööpõhimõte on sama, kuid see erineb oma kolleegidest väga stabiilsete ja usaldusväärsete temperatuurinäitude poolest. Vähendatud tundlikkust.
Nende seadmete peamine rakendus on kõrgete temperatuuride mõõtmine.
Volfram-reenium termopaarid
Kasutatakse ka ülikõrgete temperatuuride mõõtmiseks. Maksimaalne piir, mida saab selle skeemi abil fikseerida, ulatub 25 tuhandeni Celsiuse järgi.
Nende rakendamine nõuab teatud tingimuste täitmist. Seega on temperatuuri mõõtmise käigus vaja täielikult kõrvaldada ümbritsev atmosfäär, millel on oksüdatsiooniprotsessi tulemusena kontaktidele negatiivne mõju.
Selleks asetatakse volfram-reenium termopaarid tavaliselt nende elementide kaitsmiseks inertgaasiga täidetud kaitseümbristesse.
Eespool käsitleti iga olemasolevat termopaari, seadet, selle tööpõhimõtet, olenev alt kasutatud sulamitest. Nüüd kaaluge mõningaid disainifunktsioone.
Termopaari kujundused
Termopaaride konstruktsioone on kahte peamist tüüpi.
- Isolatsioonikihiga. See termopaari konstruktsioon võimaldab isoleerida seadme töökiht elektrivoolust. See paigutus võimaldab protsessis kasutada termopaari ilma sisendit maapinnast isoleerimata.
- Isolatsioonikihti kasutamata. Selliseid termopaare saab ühendada ainult mõõteahelatega, mille sisendid ei puutu kokku maapinnaga. Kui see tingimus ei ole täidetud, arendab seade kaks sõltumatut suletud vooluringi, mille tulemuseks on termopaari vale näidud.
Reisiv termopaar ja selle rakendus
Seal on eraldiomamoodi see seade, mida nimetatakse "jooksvaks". Nüüd käsitleme töötava termopaari tööpõhimõtet üksikasjalikum alt.
Seda konstruktsiooni kasutatakse peamiselt terastooriku temperatuuri tuvastamiseks selle töötlemise ajal treimisel, freesimisel ja muudel sarnastel masinatel.
Tuleb märkida, et sel juhul on võimalik kasutada ka tavalist termopaari, kuid kui tootmisprotsess nõuab kõrget temperatuuritäpsust, on töötavat termopaari raske üle hinnata.
Selle meetodi rakendamisel joodetakse selle kontaktelemendid eelnev alt töödeldavasse detaili. Seejärel puutuvad need kontaktid tooriku töötlemise ajal pidev alt kokku lõikuri või mõne muu masina töövahendiga, mille tulemusena näib ristmik (mis on temperatuurinäitude võtmisel põhielement) „jooksevat.” piki kontakte.
Seda efekti kasutatakse laialdaselt metallitööstustööstuses.
Termopaaride konstruktsioonide tehnoloogilised omadused
Töötava termopaari ahela valmistamisel joodetakse kaks metallkontakti, mis teatavasti on valmistatud erinevatest materjalidest. Ristmikku nimetatakse ristmikuks.
Tuleb märkida, et seda ühendust ei ole vaja teha jootmise abil. Lihts alt keerake kaks kontakti kokku. Kuid sellisel tootmismeetodil ei ole piisavat usaldusväärsust ja see võib anda vigu ka temperatuurinäitude võtmisel.
Kui teil on vaja kõrget mõõtatemperatuuridel asendatakse metallide jootmine nende keevitamisega. Selle põhjuseks on asjaolu, et enamikul juhtudel on ühenduses kasutataval jootel madala sulamistemperatuuriga ja see laguneb selle ületamisel.
Keevitatud vooluringid taluvad laiemat temperatuurivahemikku. Kuid sellel ühendamismeetodil on ka oma puudused. Keevitusprotsessi ajal kõrge temperatuuriga kokkupuutel metalli sisemine struktuur võib muutuda, mis mõjutab saadud andmete kvaliteeti.
Lisaks tuleks selle töötamise ajal jälgida termopaari kontaktide seisukorda. Seega on agressiivse keskkonna mõjul võimalik muuta ahelas olevate metallide omadusi. Võib esineda materjalide oksüdeerumine või interdifusioon. Sellises olukorras tuleks termopaari tööahel välja vahetada.
Termopaari ühenduste tüübid
Kaasaegne tööstus toodab mitmeid termopaaride valmistamisel kasutatavaid disainilahendusi:
- avatud ristmik;
- isoleeritud ristmikuga;
- maandatud ristmikuga.
Avatud ristmikuga termopaaride eripäraks on halb vastupidavus välismõjudele.
Järgmist kahte tüüpi disaini saab kasutada temperatuuri mõõtmisel agressiivses keskkonnas, millel on kontaktpaarile laastav mõju.
Lisaks tegeleb tööstus praegu pooljuhttehnoloogiate abil termopaaride tootmise skeemidega.
Mõõtmisviga
Termopaari abil saadud temperatuurinäitude õigsus sõltub kontaktrühma materjalist, aga ka välisteguritest. Viimaste hulka kuuluvad rõhk, kiirgusfoon või muud põhjused, mis võivad mõjutada nende metallide füüsikalis-keemilisi parameetreid, millest kontaktid tehakse.
Mõõtmisviga koosneb järgmistest komponentidest:
- termopaari tootmisprotsessist põhjustatud juhuslik viga;
- viga, mis on põhjustatud "külma" kontakti temperatuurirežiimi rikkumisest;
- välistest häiretest põhjustatud viga;
- juhtimisseadmete viga.
Termopaaride kasutamise eelised
Nende temperatuurireguleerimisseadmete kasutamise eelised, olenemata rakendusest, hõlmavad järgmist:
- suur valik indikaatoreid, mida saab salvestada termopaari abil;
- Termopaari ristmiku, mis on otseselt seotud näitude võtmisega, saab asetada mõõtmispunktiga otsesesse kontakti;
- Termopaare on lihtne valmistada, need on vastupidavad ja kauakestvad.
Terropaariga temperatuuri mõõtmise puudused
Termopaari kasutamise puudused on järgmised:
- Vajadus pidev alt jälgida termopaari "külma" kontakti temperatuuri. See on eristavtermopaaril põhinevate mõõtevahendite disainifunktsioon. Selle skeemi tööpõhimõte kitsendab selle rakendusala. Neid saab kasutada ainult siis, kui ümbritseva õhu temperatuur on madalam kui temperatuur mõõtmispunktis.
- Termopaaride valmistamisel kasutatavate metallide sisestruktuuri rikkumine. Fakt on see, et väliskeskkonnaga kokkupuutel kaotavad kontaktid oma ühtluse, mis põhjustab saadud temperatuurinäitajates vigu.
- Mõõtmisprotsessi ajal puutub termopaari kontaktgrupp tavaliselt kokku keskkonna negatiivse mõjuga, mis põhjustab protsessis häireid. See nõuab jällegi kontaktide tihendamist, mis põhjustab selliste andurite jaoks täiendavaid hoolduskulusid.
- Termopaaril, mille konstruktsioon näeb ette pika kontaktrühma, on oht kokku puutuda elektromagnetlainetega. See võib mõjutada ka mõõtmistulemusi.
- Mõnel juhul on termopaaris esineva elektrivoolu ja mõõtmiskoha temperatuuri vahelise lineaarse suhte rikkumine. See olukord nõuab juhtimisseadmete kalibreerimist.
Järeldus
Vaatamata oma puudustele on 19. sajandil esmakordselt leiutatud ja testitud temperatuuri mõõtmise meetod termopaaridega leidnud laialdast rakendust kõigis kaasaegse tööstuse harudes.
Lisaks on rakendusi, kus kasutatakse termopaareon ainus viis temperatuuriandmete saamiseks. Ja pärast selle materjali lugemist olete üsna täielikult aru saanud nende töö põhiprintsiipidest.
