Termoelement: princip rada, uređaj

Postoji mnogo različitih uređaja i mehanizama koji omogućuju mjerenje temperature. Neki od njih se koriste u svakodnevnom životu, neki - za različite fizičke studije, u proizvodnim procesima i drugim industrijama.

Jedan takav uređaj je termoelement. Načelo rada i shema ovog uređaja bit će razmotreni u sljedećim odjeljcima.

Fizička baza termoelementa

Načelo rada termoelementa temelji se na običnim fizičkim procesima. Po prvi put, učinak, na temelju kojeg je ovaj uređaj funkcionirao, istražio je njemački znanstvenik Thomas Seebeck.

Bit ovog fenomena, na kojem se temelji načelo djelovanja termopara, je kako slijedi. U zatvorenom električnom krugu koji se sastoji od dva vodiča različitih tipova, električna se energija proizvodi kada se primjenjuje određena temperatura okoline.

Rezultirajuća električna struja i temperatura okoline koja djeluje na vodiče linearno su ovisna. To jest, što je temperatura veća, to je veća struja koju proizvodi termopar. Ovo je princip djelovanja termoelementa i termometra otpora.

U tom slučaju, jedan kontakt termoelementa nalazi se na mjestu gdje je potrebno izmjeriti temperaturu, naziva se "vruće". Drugi kontakt, drugim riječima - "hladno", - u suprotnom smjeru. Zahtjev za mjerenje termoparova dopušten je samo ako je sobna temperatura manja nego na mjestu mjerenja.

Ovo je kratka shema operacije termoelementa, načela djelovanja. Pogledat ćemo vrste termoparova u sljedećem odjeljku.

Vrste termoparova

U svakoj industriji, gdje su potrebna mjerenja temperature, uglavnom se koristi termoelement. U nastavku je dan uređaj i načelo rada različitih tipova ove jedinice.

Kromel-aluminijski termoelementi

Ovi krugovi termoelementa koriste se u većini slučajeva za proizvodnju različitih senzora i sondi, koji omogućuju kontrolu temperature u industrijskoj proizvodnji.

Njihove osobitosti mogu se nazvati prilično niskom cijenom i velikim rasponom izmjerene temperature. Omogućuju vam da popravite temperaturu od -200 do +13000 stupnjeva Celzijusa.

Nemoćno je koristiti termoparte sa sličnim legurama u radionicama i objektima s visokim sadržajem sumpora u zraku, budući da je to kemijski element Negativno utječe i na krom i na aluminij, što uzrokuje poremećaje u radu uređaja.

Termoelementi s kromelom

Načelo termoelementa, čija je kontaktna skupina sastavljena od tih legura, je ista. Ali ti uređaji rade uglavnom u tekućem ili plinovitom mediju s neutralnim, neagresivnim svojstvima. Indeks gornje temperature ne prelazi +8000 stupnjeva Celzijusa.

Primjenjive takve termoparom, koja koristi princip rada omogućuje se utvrditi stupanj zagrijavanja bilo kojoj površini, npr, za određivanje temperature otvorenog ložišta peći i drugih sličnih građevina.

Željezni konstantni termoparovi

Ova kombinacija kontakata u termoparalu nije česta kao i prva od razmatranih sorti. Načelo rada termoelementa je isto, ali ova kombinacija se pokazala dobro u rijetkim atmosferi. Maksimalna razina izmjerene temperature ne smije prijeći +12500 stupnjeva Celzijusa.

Međutim, ako se temperatura poveća iznad +7000 stupnjeva, postoji opasnost od kršenja točnosti mjerenja zbog promjene fizikalnih i kemijskih svojstava željeza. Postoje čak i slučajevi korozije željeznog kontakta termoelementa kada u okolnom zraku postoje vodene pare.

Platinum / Platinum termoelementi

Najskuplji termopar u proizvodnji. Načelo rada je ista, ali razlikuje se od svojih kolega vrlo stabilnim i pouzdanim očitavanjem temperature. Je li smanjena osjetljivost.

Glavno područje primjene ovih uređaja je mjerenje visokih temperatura.

Tungsten-rhenium termopar

Također se koristi za mjerenje ultrazvučnih temperatura. Maksimalna granica, koja se može popraviti ovom shemom, iznosi 25.000 stupnjeva Celzijusa.

Njihova uporaba zahtijeva određene uvjete. Dakle, u procesu mjerenja temperature, potrebno je potpuno ukloniti okolnu atmosferu koja nepovoljno utječe na kontakte koji nastaju procesom oksidacije.

za ovaj volfram-renium Termopari se obično nalaze u zaštitnim kućištima, napunjeni inertnim plinom, koji štiti njihove elemente.

Iznad smo razmotrili svaki postojeći termopar, uređaj, princip rada, ovisno o korištenim legurama. Sada razmotrimo neke konstruktivne značajke.

Dizajn termoelementa

Postoje dvije glavne vrste termoelementa.

• Uz upotrebu izolacijskog sloja. Ova konstrukcija termopara osigurava izolaciju radnog sloja uređaja od električne struje. Takva shema omogućava korištenje termoelementa u procesu bez izoliranja ulaza iz tla.

• Bez upotrebe izolacijskog sloja. Takvi termoelementi mogu se povezati samo s mjernim krugovima čiji ulazi nemaju kontakt s tlom. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, uređaj ima dva neovisna zatvoreni krug, pri čemu čitanja dobiveni pomoću termoelement neće biti točni.

Trčanje termoelement i njegova primjena

Postoji posebna verzija ovog uređaja, naziva se "prikazivanje". Načelo rada putujućeg termoelementa sada se detaljnije razmatra.

Ovaj dizajn koristi se uglavnom za određivanje temperature čeličnih šupljina kada se obrađuju pri okretanju, glodanju i sličnim strojevima.

Treba napomenuti da se u ovom slučaju moguće je koristiti konvencionalne termoelement, međutim, ako je proizvodni proces zahtijeva visoku preciznost kontrole temperature, termopar trčanje prenaglasiti.

Kada se ova metoda koristi, njegovi kontaktni elementi su prethodno zavareni u obradak. Zatim, u obradi gredici, ti kontakti su stalno izloženi radnog alata ili druge alatnog stroja, pri čemu se spoj (koji je glavni element u temperaturnim karakteristikama uklanjanje) kao što je „staza” kontakata.

Taj je učinak univerzalno primijenjen u industriji obrade metala.

Tehnološke značajke dizanja termoelementa

Pri proizvodnji radnog kruga termoelementa, dva metalna kontakta zavarena su zajedno, za koje se zna da su napravljeni od različitih materijala. Spoj se naziva "spoj".

Treba napomenuti da nije potrebno napraviti ovu vezu pomoću šiljaka. Dovoljno je samo uviti dva kontakta. Ali takav način proizvodnje neće imati dovoljnu razinu pouzdanosti i može također dati pogreške u uklanjanju pokazatelja temperature.

Ako je potrebno mjeriti visoke temperature, metalni šiljak zamjenjuje se zavarivanjem. To je zbog činjenice da u većini slučajeva lemljenik koji se koristi u vezi ima nisku točku topljenja i uništava se kada je njegova razina premašena.

Sheme za koje se primjenjuje zavarivanje mogu izdržati širi raspon temperature. Ali ova metoda povezivanja ima svoje nedostatke. Može se promijeniti unutarnja struktura metala pod utjecajem visoke temperature tijekom zavarivanja, što će utjecati na kvalitetu dobivenih podataka.

Nadalje, stanje kontakata termoelementa tijekom rada treba pratiti. Dakle, moguće je promijeniti svojstva metala u krugu zbog utjecaja agresivnog okruženja. Može doći do oksidacije ili međusobne difuzije materijala. U takvoj situaciji potrebno je zamijeniti radni krug termoelementa.

Vrste spojnica termoelementa

Moderna industrija proizvodi nekoliko nacrta koji se koriste u proizvodnji termoparova:

• s otvorenim spojem;

• s izoliranim spojem;

• s uzemljenim spojem.

Značajka termoparova s ​​otvorenim spojem je loša otpornost na vanjske utjecaje.

Sljedeća dva tipa konstrukcije mogu se koristiti za mjerenje temperature u korozivnim sredinama koje imaju destruktivno djelovanje na kontaktni par.

Osim toga, u ovom trenutku industrija razvija krugove termoelementa za poluvodičke tehnologije.

Mjerna pogreška

Ispravnost parametara temperature dobivena termoparom ovisi o materijalu kontaktne skupine, kao io vanjskim čimbenicima. Potonji uključuju pritisak, pozadinskog zračenja ili drugih razloga koji mogu utjecati na fizikalna i kemijska svojstva metala, koji čine kontakte.

Mjerna pogreška sastoji se od sljedećih komponenti:

• slučajna pogreška uzrokovana proizvodnim karakteristikama termoelementa;

• pogreška uzrokovana kršenjem režima temperature "hladnog" kontakta;

• pogreška uzrokovana vanjskim smetnjama;

• netočnost kontrolne opreme.

Prednosti korištenja termoparova

Prednosti korištenja takvih uređaja za kontrolu temperature, bez obzira na polje primjene, uključuju:

• veliki raspon pokazatelja koji se mogu fiksirati termoparom;

• Šiljka termopara, koja izravno sudjeluje u uzimanju očitanja, može se staviti u izravan kontakt s mjernom točkom;

• jednostavan proces proizvodnje termoparova, njihovu čvrstoću i izdržljivost.

Nedostaci mjerenja temperature s termoelementom

Nedostaci korištenja termoelementa uključuju:

• Potreba za stalnim praćenjem temperature "hladnog" kontaktu termoelementa. To je posebna značajka dizajna mjernog instrumenta, temeljena na termoelementu. Načelo rada ove sheme sužava opseg njegove primjene. Koriste se samo ako je temperatura okoline niža od temperature na mjernoj točki.

• Kršenje unutarnje strukture metala korištenih u proizvodnji termoparova. Činjenica je da, kao rezultat utjecaja vanjskog okruženja, kontakti izgube homogenost, što uzrokuje pogreške u dobivenim temperaturnim indeksima.

• Tijekom mjerenja kontaktna skupina termoelementa obično je izložena negativnom utjecaju okoliša, što uzrokuje poremećaje tijekom rada. To opet zahtijeva brtvljenje kontakata, što uzrokuje dodatne troškove održavanja takvih senzora.

• Postoji opasnost od elektromagnetskih valova koji djeluju na termoelement, čija konstrukcija omogućuje dugu kontaktnu skupinu. To također može utjecati na rezultate mjerenja.

• U nekim slučajevima postoji kršenje linearnog odnosa između električne struje generirane u termoelementu i temperature na mjestu mjerenja. Slična situacija zahtijeva umjeravanje upravljačke opreme.

zaključak

Unatoč postojećim nedostacima, metoda mjerenja temperatura pomoću termopara, koja je prvi put izumljena i testirana u 19. stoljeću, pronašla je široku primjenu u svim granama moderne industrije.

Nadalje, postoje primjene kod kojih je uporaba termoelementa jedini način dobivanja podataka o temperaturi. I nakon što ste upoznali ovaj materijal, potpuno ste razumjeli osnovna načela njihovog rada.