Det finns många olika enheter och mekanismer som låter dig mäta temperatur. Vissa av dem används i vardagen, andra - för olika fysisk forskning, i produktionsprocesser och andra industrier.
En sådan enhet är ett termoelement. Vi kommer att överväga funktionsprincipen och schemat för denna enhet i följande avsnitt.
Fysisk grund för termoelementdrift
Arbetsprincipen för ett termoelement bygger på vanliga fysiska processer. För första gången studerade den tyske vetenskapsmannen Thomas Seebeck vilken effekt denna enhet fungerar på.
Kärnan i fenomenet som principen för ett termoelements funktion vilar på är följande. I en sluten elektrisk krets, bestående av två ledare av olika typer, uppstår elektricitet när den utsätts för en viss omgivningstemperatur.
Det resulterande elektriska flödet och den omgivande temperaturen som verkar på ledarna är i ett linjärt förhållande. Det vill säga, ju högre temperatur, desto större elektrisk ström produceras av termoelementet. Pådetta är funktionsprincipen för termoelementet och motståndstermometern.
I det här fallet är en termoelementkontakt placerad vid den punkt där det är nödvändigt att mäta temperaturen, den kallas "het". Den andra kontakten, med andra ord - "kall", - i motsatt riktning. Användning av termoelement för mätning är endast tillåten när lufttemperaturen i rummet är lägre än vid mätplatsen.
Detta är ett kort diagram över hur ett termoelement fungerar, funktionsprincipen. Typerna av termoelement kommer att diskuteras i nästa avsnitt.
Typer av termoelement
I alla branscher där temperaturmätningar behövs är termoelementet huvudapplikationen. Enheten och funktionsprincipen för olika typer av denna enhet ges nedan.
Chromel-aluminiumtermoelement
Dessa termoelementkretsar används i de flesta fall för tillverkning av olika sensorer och sonder som låter dig styra temperaturen i industriell produktion.
Deras utmärkande egenskaper inkluderar ett ganska lågt pris och ett stort utbud av uppmätta temperaturer. De låter dig fixera temperaturen från -200 till +13000 grader Celsius.
Det är inte tillrådligt att använda termoelement med liknande legeringar i butiker och anläggningar med hög svavelh alt i luften, eftersom detta kemiska element påverkar både krom och aluminium negativt och orsakar funktionsfel i enheten.
Chromel-Kopel termoelement
Funktionsprincipen för ett termoelement, vars kontaktgrupp består av dessa legeringar, är densamma. Men dessa enheter fungerar huvudsakligen i ett flytande eller gasformigt medium, som har neutrala, icke-aggressiva egenskaper. Det övre temperaturindexet överstiger inte +8000 grader Celsius.
Ett liknande termoelement används, vars princip gör att det kan användas för att bestämma graden av uppvärmning av alla ytor, till exempel för att bestämma temperaturen i ugnar med öppen spis eller andra liknande strukturer.
Järn-konstantan termoelement
Denna kombination av kontakter i ett termoelement är inte lika vanlig som den första av de övervägda varianterna. Funktionsprincipen för ett termoelement är densamma, men denna kombination har visat sig väl i en sällsynt atmosfär. Den maximala nivån för den uppmätta temperaturen bör inte överstiga +12500 grader Celsius.
Men om temperaturen börjar stiga över +7000 grader finns det risk för överträdelser av mätnoggrannheten på grund av förändringar i järns fysikaliska och kemiska egenskaper. Det finns till och med fall av korrosion av termoelementets järnkontakt i närvaro av vattenånga i den omgivande luften.
Platinorhodium-platina termoelement
Det dyraste termoelementet att tillverka. Funktionsprincipen är densamma, men den skiljer sig från sina motsvarigheter i mycket stabila och pålitliga temperaturavläsningar. Har minskad känslighet.
Huvudapplikationen för dessa enheter är mätning av höga temperaturer.
Tungsten-rhenium termoelement
Används även för att mäta ultrahöga temperaturer. Den maximala gränsen som kan fastställas med detta schema når 25 tusen grader Celsius.
Deras ansökan kräver att vissa villkor uppfylls. Sålunda, i processen att mäta temperatur, är det nödvändigt att helt eliminera den omgivande atmosfären, vilket har en negativ effekt på kontakterna som ett resultat av oxidationsprocessen.
För detta placeras termoelement av volfram-rhenium vanligtvis i skyddande höljen fyllda med en inert gas för att skydda deras element.
Ovan övervägdes varje befintligt termoelement, anordning, dess funktionsprincip, beroende på vilka legeringar som används. Tänk nu på några designfunktioner.
Termoelementdesign
Det finns två huvudtyper av termoelementdesigner.
- Med ett isolerande lager. Denna design av termoelementet gör det möjligt att isolera enhetens arbetsskikt från elektrisk ström. Detta arrangemang gör att termoelementet kan användas i processen utan att isolera ingången från jord.
- Utan användning av ett isolerande lager. Sådana termoelement kan endast anslutas till mätkretsar vars ingångar inte har kontakt med jord. Om detta villkor inte uppfylls kommer enheten att utveckla två oberoende slutna kretsar, vilket resulterar i ogiltiga termoelementavläsningar.
Resande termoelement och dess tillämpning
Det finns en separaten sorts denna enhet, som kallas "löpning". Vi kommer nu att överväga funktionsprincipen för ett löpande termoelement i mer detalj.
Denna design används huvudsakligen för att detektera temperaturen på ett stålämne under dess bearbetning på svarvning, fräsning och andra liknande maskiner.
Det bör noteras att i det här fallet är det också möjligt att använda ett konventionellt termoelement, men om tillverkningsprocessen kräver hög temperaturnoggrannhet är det svårt att överskatta det löpande termoelementet.
När denna metod tillämpas, löds dess kontaktelement in i arbetsstycket i förväg. Sedan, under bearbetningen av ämnet, utsätts dessa kontakter ständigt för verkan av en skärare eller annat arbetsverktyg på maskinen, vilket resulterar i att korsningen (som är huvudelementet när man tar temperaturavläsningar) verkar köra” längs kontakterna.
Denna effekt används ofta inom metallbearbetningsindustrin.
Teknologiska egenskaper hos termoelementdesign
När man tillverkar en fungerande termoelementkrets löds två metallkontakter, som, som ni vet, är gjorda av olika material. Korsningen kallas en korsning.
Det bör noteras att det inte är nödvändigt att göra denna anslutning med lödning. Vrid helt enkelt två kontakter tillsammans. Men en sådan produktionsmetod kommer inte att ha en tillräcklig nivå av tillförlitlighet och kan också ge fel vid temperaturavläsningar.
Om du behöver mäta högttemperaturer, ersätts lödning av metaller av deras svetsning. Detta beror på att lodet som används i anslutningen i de flesta fall har en låg smältpunkt och går sönder när den överskrids.
Kretsar som har svetsats tål ett bredare temperaturområde. Men denna anslutningsmetod har också sina nackdelar. Metallens inre struktur när den utsätts för höga temperaturer under svetsprocessen kan förändras, vilket kommer att påverka kvaliteten på de data som erhålls.
Dessutom bör termoelementkontakternas tillstånd övervakas under driften. Så det är möjligt att ändra egenskaperna hos metaller i kretsen på grund av påverkan av en aggressiv miljö. Oxidation eller interdiffusion av material kan förekomma. I en sådan situation bör termoelementets driftskrets bytas ut.
Typer av termoelementkopplingar
Modern industri producerar flera mönster som används vid tillverkning av termoelement:
- öppen korsning;
- med isolerad korsning;
- med jordad korsning.
En egenskap hos termoelement med öppen koppling är dålig motståndskraft mot yttre påverkan.
Följande två typer av design kan användas vid mätning av temperaturer i aggressiva miljöer som har en förödande effekt på kontaktparet.
Dessutom behärskar industrin för närvarande system för produktion av termoelement med hjälp av halvledarteknologier.
Mätningsfel
Riktigheten hos temperaturavläsningarna som erhålls med ett termoelement beror på kontaktgruppens material, såväl som externa faktorer. De senare inkluderar tryck, strålningsbakgrund eller andra orsaker som kan påverka de fysikalisk-kemiska parametrarna för de metaller som kontakterna är gjorda av.
Mätningsfel består av följande komponenter:
- slumpmässigt fel orsakat av termoelementets tillverkningsprocess;
- fel orsakat av brott mot temperaturregimen för den "kalla" kontakten;
- fel orsakat av extern störning;
- fel på styrutrustning.
Fördelarna med att använda termoelement
Fördelarna med att använda dessa temperaturkontrollenheter, oavsett tillämpning, inkluderar:
- stort utbud av indikatorer som kan spelas in med ett termoelement;
- Kopplingen mellan termoelementet, som är direkt involverad i att ta avläsningar, kan placeras i direkt kontakt med mätpunkten;
- Termoelement är lätta att tillverka, hållbara och håller länge.
Nackdelar med att mäta temperatur med ett termoelement
Nackdelarna med att använda ett termoelement inkluderar:
- Behovet av konstant övervakning av temperaturen på termoelementets "kalla" kontakt. Detta är en distinktdesignfunktion för mätinstrument, som är baserade på ett termoelement. Funktionsprincipen för detta system begränsar tillämpningsområdet för dess tillämpning. De kan endast användas om den omgivande temperaturen är lägre än temperaturen vid mätpunkten.
- Brott mot den inre strukturen hos metaller som används vid tillverkning av termoelement. Faktum är att som ett resultat av exponering för den yttre miljön förlorar kontakterna sin enhetlighet, vilket orsakar fel i de erhållna temperaturindikatorerna.
- Under mätningsprocessen utsätts termoelementets kontaktgrupp vanligtvis för negativ påverkan från omgivningen, vilket orsakar störningar i processen. Detta kräver återigen tätning av kontakterna, vilket orsakar ytterligare underhållskostnader för sådana sensorer.
- Det finns risk för exponering för elektromagnetiska vågor på ett termoelement, vars utformning ger en lång kontaktgrupp. Detta kan också påverka mätresultaten.
- I vissa fall är det ett brott mot det linjära förhållandet mellan den elektriska strömmen som uppstår i termoelementet och temperaturen på mätplatsen. Denna situation kräver kalibrering av styrutrustning.
Slutsats
Trots sina brister har metoden för temperaturmätning med termoelement, som först uppfanns och testades på 1800-talet, funnit sin breda tillämpning inom alla grenar av modern industri.
Dessutom finns det applikationer där man använder termoelementär det enda sättet att få temperaturdata. Och efter att ha läst det här materialet har du till fullo förstått de grundläggande principerna för deras arbete.
