Există multe dispozitive și mecanisme diferite care vă permit să măsurați temperatura. Unele dintre ele sunt folosite în viața de zi cu zi, altele - pentru diverse cercetări fizice, în procesele de producție și în alte industrii.
Un astfel de dispozitiv este un termocuplu. Vom lua în considerare principiul de funcționare și schema acestui dispozitiv în următoarele secțiuni.
Bazele fizice ale funcționării termocuplului
Principiul de funcționare al unui termocuplu se bazează pe procese fizice obișnuite. Pentru prima dată, efectul asupra căruia funcționează acest dispozitiv a fost studiat de omul de știință german Thomas Seebeck.
Esența fenomenului pe care se bazează principiul de funcționare a unui termocuplu este următoarea. Într-un circuit electric închis, format din doi conductori de tipuri diferite, atunci când este expus la o anumită temperatură ambientală, apare electricitatea.
Debitul electric rezultat și temperatura ambiantă care acționează asupra conductorilor sunt într-o relație liniară. Adică, cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare curentul electric produs de termocuplu. Peacesta este principiul de funcționare al termocuplului și al termometrului de rezistență.
În acest caz, un contact de termocuplu este situat în punctul în care este necesară măsurarea temperaturii, se numește „fierbinte”. Al doilea contact, cu alte cuvinte - „rece”, - în sens opus. Utilizarea termocuplurilor pentru măsurare este permisă numai atunci când temperatura aerului din încăpere este mai mică decât la locul de măsurare.
Aceasta este o scurtă diagramă a funcționării unui termocuplu, principiul de funcționare. Tipurile de termocupluri vor fi discutate în secțiunea următoare.
Tipuri de termocupluri
În fiecare industrie în care sunt necesare măsurători de temperatură, termocuplul este principala aplicație. Dispozitivul și principiul de funcționare a diferitelor tipuri ale acestei unități sunt prezentate mai jos.
Termocupluri crom-aluminiu
Aceste circuite de termocuplu sunt folosite în majoritatea cazurilor pentru producerea diverșilor senzori și sonde care vă permit să controlați temperatura în producția industrială.
Caracteristicile lor distinctive includ un preț destul de scăzut și o gamă largă de temperaturi măsurate. Acestea vă permit să fixați temperatura de la -200 la +13000 de grade Celsius.
Nu este recomandabil să folosiți termocupluri cu aliaje similare în magazine și unități cu conținut ridicat de sulf în aer, deoarece acest element chimic afectează negativ atât cromul, cât și aluminiul, provocând defecțiuni la dispozitiv.
Termocupluri Chromel-Kopel
Principiul de funcționare al unui termocuplu, al cărui grup de contact este format din aceste aliaje, este același. Dar aceste dispozitive funcționează în principal într-un mediu lichid sau gazos, care are proprietăți neutre, neagresive. Indicele de temperatură superior nu depășește +8000 de grade Celsius.
Se folosește un termocuplu similar, al cărui principiu îi permite să fie utilizat pentru a determina gradul de încălzire al oricăror suprafețe, de exemplu, pentru a determina temperatura cuptoarelor cu focar deschis sau a altor structuri similare.
Termocupluri fier-constantan
Această combinație de contacte într-un termocuplu nu este la fel de comună ca prima dintre soiurile considerate. Principiul de funcționare al unui termocuplu este același, dar această combinație s-a arătat bine într-o atmosferă rarefiată. Nivelul maxim al temperaturii măsurate nu trebuie să depășească +12500 de grade Celsius.
Cu toate acestea, dacă temperatura începe să crească peste +7000 de grade, există pericolul de încălcări ale preciziei măsurătorii din cauza modificărilor proprietăților fizice și chimice ale fierului. Există chiar și cazuri de coroziune a contactului de fier al termocuplului în prezența vaporilor de apă în aerul ambiant.
Termocupluri de platinodiu-platină
Cel mai scump termocuplu de fabricat. Principiul de funcționare este același, dar diferă de omologii săi prin citiri de temperatură foarte stabile și fiabile. Are sensibilitate redusă.
Aplicația principală a acestor dispozitive este măsurarea temperaturilor ridicate.
Termocupluri tungsten-reniu
De asemenea, folosit pentru a măsura temperaturile ultra-în alte. Limita maximă care poate fi fixată folosind această schemă ajunge la 25 de mii de grade Celsius.
Aplicarea lor necesită respectarea anumitor condiții. Astfel, în procesul de măsurare a temperaturii, este necesară eliminarea completă a atmosferei înconjurătoare, care are un efect negativ asupra contactelor ca urmare a procesului de oxidare.
Pentru aceasta, termocuplurile tungsten-reniu sunt de obicei plasate în carcase de protecție umplute cu un gaz inert pentru a-și proteja elementele.
Mai sus s-au luat în considerare fiecare termocuplu existent, dispozitiv, principiul său de funcționare, în funcție de aliajele folosite. Acum luați în considerare câteva caracteristici de design.
Design de termocuplu
Există două tipuri principale de modele de termocuplu.
- Cu un strat izolator. Acest design al termocuplului asigură izolarea stratului de lucru al dispozitivului de curentul electric. Acest aranjament permite ca termocuplul să fie utilizat în proces fără a izola intrarea de masă.
- Fără utilizarea unui strat izolator. Astfel de termocupluri pot fi conectate numai la circuite de măsurare ale căror intrări nu au contact cu pământul. Dacă această condiție nu este îndeplinită, dispozitivul va dezvolta două circuite închise independente, rezultând valori invalide ale termocuplului.
Termocuplu de călătorie și aplicația acestuia
Există un separatun fel de acest dispozitiv, numit „alergare”. Vom analiza acum mai detaliat principiul de funcționare al unui termocuplu în funcțiune.
Acest design este folosit în principal pentru a detecta temperatura unei țagle de oțel în timpul prelucrării acesteia la mașini de strunjire, frezare și alte mașini similare.
Trebuie remarcat faptul că în acest caz este posibil să se utilizeze și un termocuplu convențional, totuși, dacă procesul de fabricație necesită o precizie ridicată a temperaturii, este dificil să supraestimați termocuplul în funcțiune.
La aplicarea acestei metode, elementele sale de contact sunt lipite în prealabil în piesa de prelucrat. Apoi, în timpul prelucrării semifabricatului, aceste contacte sunt expuse în mod constant la acțiunea unui tăietor sau a altui instrument de lucru al mașinii, drept urmare joncțiunea (care este elementul principal atunci când se efectuează citiri de temperatură) pare să „funcționeze”.” de-a lungul contactelor.
Acest efect este utilizat pe scară largă în industria prelucrării metalelor.
Caracteristicile tehnologice ale modelelor de termocuplu
La fabricarea unui circuit de termocuplu funcțional, două contacte metalice sunt lipite, care, după cum știți, sunt realizate din materiale diferite. Intersecția se numește joncțiune.
Trebuie remarcat faptul că nu este necesar să faceți această conexiune folosind lipire. Pur și simplu răsuciți două contacte împreună. Dar o astfel de metodă de producție nu va avea un nivel suficient de fiabilitate și poate da, de asemenea, erori la luarea citirilor de temperatură.
Dacă trebuie să măsurați maretemperaturi, lipirea metalelor este înlocuită cu sudarea acestora. Acest lucru se datorează faptului că, în majoritatea cazurilor, lipirea folosită în conexiune are un punct de topire scăzut și se defectează atunci când este depășit.
Circuitele care au fost sudate pot rezista la un interval mai larg de temperatură. Dar această metodă de conectare are și dezavantajele ei. Structura internă a metalului atunci când este expus la temperaturi ridicate în timpul procesului de sudare se poate modifica, ceea ce va afecta calitatea datelor obținute.
În plus, starea contactelor termocuplului trebuie monitorizată în timpul funcționării acestuia. Deci, este posibilă modificarea caracteristicilor metalelor din circuit datorită impactului unui mediu agresiv. Poate apărea oxidarea sau interdifuzia materialelor. Într-o astfel de situație, circuitul de funcționare al termocuplului ar trebui înlocuit.
Tipuri de joncțiuni de termocuplu
Industria modernă produce mai multe modele care sunt utilizate la fabricarea termocuplurilor:
- joncțiune deschisă;
- cu joncțiune izolată;
- cu joncțiune cu împământare.
O caracteristică a termocuplurilor cu joncțiune deschisă este rezistența slabă la influențele externe.
Următoarele două tipuri de design pot fi utilizate atunci când se măsoară temperaturile în medii agresive care au un efect devastator asupra perechii de contacte.
În plus, industria stăpânește în prezent scheme pentru producerea de termocupluri folosind tehnologii semiconductoare.
Eroare de măsurare
Corectitudinea citirilor de temperatură obținute cu ajutorul unui termocuplu depinde de materialul grupului de contact, precum și de factori externi. Acestea din urmă includ presiunea, fondul de radiație sau alte motive care pot afecta parametrii fizico-chimici ai metalelor din care sunt realizate contactele.
Eroarea de măsurare constă din următoarele componente:
- eroare aleatorie cauzată de procesul de fabricație a termocuplului;
- eroare cauzată de încălcarea regimului de temperatură al contactului „rece”;
- eroare cauzată de interferențe externe;
- eroare a echipamentului de control.
Beneficiile utilizării termocuplurilor
Beneficiile utilizării acestor dispozitive de control al temperaturii, indiferent de aplicație, includ:
- gamă largă de indicatori care pot fi înregistrate folosind un termocuplu;
- Joncțiunea termocuplului, care este direct implicată în luarea citirilor, poate fi plasată în contact direct cu punctul de măsurare;
- Termocuplurile sunt ușor de fabricat, durabile și de lungă durată.
Dezavantajele măsurării temperaturii cu un termocuplu
Dezavantajele utilizării unui termocuplu includ:
- Necesitatea monitorizării constante a temperaturii contactului „rece” al termocuplului. Acesta este un distinctivcaracteristică de proiectare a instrumentelor de măsură, care se bazează pe un termocuplu. Principiul de funcționare al acestei scheme restrânge domeniul de aplicare a acesteia. Acestea pot fi utilizate numai dacă temperatura ambiantă este mai mică decât temperatura la punctul de măsurare.
- Încălcarea structurii interne a metalelor utilizate la fabricarea termocuplurilor. Cert este că, ca urmare a expunerii la mediul extern, contactele își pierd uniformitatea, ceea ce provoacă erori în indicatorii de temperatură obținuți.
- În timpul procesului de măsurare, grupul de contact al termocuplului este de obicei expus influenței negative a mediului, ceea ce provoacă perturbări în proces. Acest lucru necesită din nou etanșarea contactelor, ceea ce provoacă costuri suplimentare de întreținere pentru astfel de senzori.
- Există riscul de expunere la unde electromagnetice pe un termocuplu, al cărui design prevede un grup de contact lung. Acest lucru poate afecta și rezultatele măsurătorilor.
- În unele cazuri, există o încălcare a relației liniare dintre curentul electric care apare în termocuplu și temperatura la locul de măsurare. Această situație necesită calibrarea echipamentului de control.
Concluzie
În ciuda deficiențelor sale, metoda de măsurare a temperaturii cu ajutorul termocuplurilor, care a fost inventată și testată pentru prima dată în secolul al XIX-lea, și-a găsit o largă aplicație în toate ramurile industriei moderne.
În plus, există aplicații în care se utilizează termocuplurieste singura modalitate de a obține date despre temperatură. Și după ce ați citit acest material, ați înțeles destul de pe deplin principiile de bază ale muncii lor.
