Daar is baie verskillende toestelle en meganismes wat jou toelaat om temperatuur te meet. Sommige van hulle word in die alledaagse lewe gebruik, sommige - vir verskeie fisiese navorsing, in produksieprosesse en ander industrieë.
Een so 'n toestel is 'n termokoppel. Ons sal die beginsel van werking en die skema van hierdie toestel in die volgende afdelings oorweeg.
Fisiese basis van termokoppelwerking
Die werkingsbeginsel van 'n termokoppel is gebaseer op gewone fisiese prosesse. Vir die eerste keer is die effek waarop hierdie toestel werk deur die Duitse wetenskaplike Thomas Seebeck bestudeer.
Die kern van die verskynsel waarop die werkingsbeginsel van 'n termokoppel berus, is soos volg. In 'n geslote elektriese stroombaan, bestaande uit twee geleiers van verskillende tipes, ontstaan elektrisiteit wanneer dit aan 'n sekere omgewingstemperatuur blootgestel word.
Die gevolglike elektriese vloei en die omgewingstemperatuur wat op die geleiers inwerk, is in 'n lineêre verhouding. Dit wil sê, hoe hoër die temperatuur, hoe groter is die elektriese stroom wat deur die termokoppel geproduseer word. Op diedit is die werkingsbeginsel van die termokoppel en weerstandstermometer.
In hierdie geval is een termokoppelkontak geleë op die punt waar dit nodig is om die temperatuur te meet, dit word "warm" genoem. Die tweede kontak, met ander woorde - "koud", - in die teenoorgestelde rigting. Die gebruik van termokoppels vir meting word slegs toegelaat wanneer die lugtemperatuur in die kamer laer is as by die plek van meting.
Dit is 'n kort diagram van die werking van 'n termokoppel, die beginsel van werking. Die tipes termokoppels sal in die volgende afdeling bespreek word.
Tipe termokoppels
In elke industrie waar temperatuurmetings nodig is, is die termokoppel die hooftoepassing. Die toestel en beginsel van werking van verskeie tipes van hierdie eenheid word hieronder gegee.
Chromel-aluminium-termokoppels
Hierdie termokoppelkringe word in die meeste gevalle gebruik vir die vervaardiging van verskeie sensors en probes wat jou toelaat om die temperatuur in industriële produksie te beheer.
Hul onderskeidende kenmerke sluit 'n redelik lae prys en 'n groot verskeidenheid gemete temperature in. Hulle laat jou toe om die temperatuur van -200 tot +13000 grade Celsius vas te stel.
Dit is nie raadsaam om termokoppels met soortgelyke legerings in winkels en fasiliteite met 'n hoë swaelinhoud in die lug te gebruik nie, aangesien hierdie chemiese element beide chroom en aluminium negatief beïnvloed, wat wanfunksies in die toestel veroorsaak.
Chromel-Kopel termokoppels
Die beginsel van werking van 'n termokoppel, waarvan die kontakgroep uit hierdie legerings bestaan, is dieselfde. Maar hierdie toestelle werk hoofsaaklik in 'n vloeibare of gasvormige medium, wat neutrale, nie-aggressiewe eienskappe het. Die boonste temperatuurindeks oorskry nie +8000 grade Celsius nie.
'n Soortgelyke termokoppel word gebruik, waarvan die beginsel dit moontlik maak om die graad van verhitting van enige oppervlaktes te bepaal, byvoorbeeld om die temperatuur van oophaard-oonde of ander soortgelyke strukture te bepaal.
Yster-konstantaan-termokoppels
Hierdie kombinasie van kontakte in 'n termokoppel is nie so algemeen soos die eerste van die oorweegde variëteite nie. Die werkingsbeginsel van 'n termokoppel is dieselfde, maar hierdie kombinasie het hom goed getoon in 'n seldsame atmosfeer. Die maksimum vlak van die gemete temperatuur moet nie +12500 grade Celsius oorskry nie.
As die temperatuur egter begin om bo +7000 grade te styg, is daar 'n gevaar van meting akkuraatheid oortredings as gevolg van veranderinge in die fisiese en chemiese eienskappe van yster. Daar is selfs gevalle van korrosie van die ysterkontak van die termokoppel in die teenwoordigheid van waterdamp in die omringende lug.
Platinorhodium-platinum termokoppels
Die duurste termokoppel om te vervaardig. Die beginsel van werking is dieselfde, maar dit verskil van sy eweknieë in baie stabiele en betroubare temperatuurlesings. Het verminderde sensitiwiteit.
Die hooftoepassing van hierdie toestelle is die meting van hoë temperature.
Tungsten-renium-termokoppels
Ook gebruik om ultrahoë temperature te meet. Die maksimum limiet wat met hierdie skema vasgestel kan word, bereik 25 duisend grade Celsius.
Hul aansoek vereis voldoening aan sekere voorwaardes. In die proses van temperatuurmeting is dit dus nodig om die omringende atmosfeer heeltemal uit te skakel, wat 'n negatiewe uitwerking op die kontakte het as gevolg van die oksidasieproses.
Hiervoor word wolfram-renium-termokoppels gewoonlik in beskermende omhulsels geplaas wat met 'n inerte gas gevul is om hul elemente te beskerm.
Hierbo is elke bestaande termokoppel, toestel, sy werkingsbeginsel, afhangende van die legerings wat gebruik word, oorweeg. Oorweeg nou 'n paar ontwerpkenmerke.
termokoppelontwerpe
Daar is twee hooftipes termokoppelontwerpe.
- Met 'n isolerende laag. Hierdie ontwerp van die termokoppel maak voorsiening vir die isolering van die werkende laag van die toestel van elektriese stroom. Hierdie rangskikking laat toe dat die termokoppel in die proses gebruik word sonder om die insette van grond te isoleer.
- Sonder die gebruik van 'n isolerende laag. Sulke termokoppels kan slegs gekoppel word aan meetstroombane waarvan die insette nie kontak met die grond het nie. As hierdie voorwaarde nie nagekom word nie, sal die toestel twee onafhanklike geslote stroombane ontwikkel, wat lei tot ongeldige termokoppellesings.
Reisende termokoppel en die toepassing daarvan
Daar is 'n aparte'n soort van hierdie toestel, genaamd "hardloop". Ons sal nou die beginsel van werking van 'n lopende termokoppel in meer besonderhede oorweeg.
Hierdie ontwerp word hoofsaaklik gebruik om die temperatuur van 'n staalblok tydens die verwerking daarvan op draai-, frees- en ander soortgelyke masjiene op te spoor.
Daar moet kennis geneem word dat dit in hierdie geval ook moontlik is om 'n konvensionele termokoppel te gebruik, maar as die vervaardigingsproses hoë temperatuurakkuraatheid vereis, is dit moeilik om die lopende termokoppel te oorskat.
Wanneer hierdie metode toegepas word, word die kontakelemente daarvan vooraf in die werkstuk gesoldeer. Dan, tydens die verwerking van die blanko, word hierdie kontakte voortdurend blootgestel aan die werking van 'n snyer of ander werkende gereedskap van die masjien, waardeur die aansluiting (wat die hoofelement is wanneer temperatuurlesings geneem word) blyk te "loop".” langs die kontakte.
Hierdie effek word wyd in die metaalbewerkingsbedryf gebruik.
Tegnologiese kenmerke van termokoppelontwerpe
Wanneer 'n werkende termokoppelkring vervaardig word, word twee metaalkontakte gesoldeer, wat, soos jy weet, van verskillende materiale gemaak is. Die aansluiting word 'n aansluiting genoem.
Daar moet kennis geneem word dat dit nie nodig is om hierdie verbinding met behulp van soldering te maak nie. Draai eenvoudig twee kontakte saam. Maar so 'n produksiemetode sal nie 'n voldoende vlak van betroubaarheid hê nie, en kan ook foute gee wanneer temperatuurlesings geneem word.
As jy hoog moet meettemperature, word die soldering van metale vervang deur hul sweiswerk. Dit is te wyte aan die feit dat die soldeersel wat in die verbinding gebruik word in die meeste gevalle 'n lae smeltpunt het en breek wanneer dit oorskry word.
Kringe wat gesweis is, kan 'n groter temperatuurreeks weerstaan. Maar hierdie metode van verbinding het ook sy nadele. Die interne struktuur van die metaal wanneer dit tydens die sweisproses aan hoë temperature blootgestel word, kan verander, wat die kwaliteit van die data wat verkry word, sal beïnvloed.
Daarbenewens moet die toestand van die termokoppelkontakte gemonitor word tydens die werking daarvan. Dit is dus moontlik om die eienskappe van metale in die stroombaan te verander as gevolg van die impak van 'n aggressiewe omgewing. Oksidasie of interdiffusie van materiale kan voorkom. In so 'n situasie moet die bedryfskring van die termokoppel vervang word.
tipes termokoppelaansluitings
Moderne industrie produseer verskeie ontwerpe wat gebruik word in die vervaardiging van termokoppels:
- oop aansluiting;
- met geïsoleerde aansluiting;
- met geaarde aansluiting.
'n Kenmerk van oop-aansluiting-termokoppels is swak weerstand teen eksterne invloede.
Die volgende twee tipes ontwerp kan gebruik word wanneer temperature in aggressiewe omgewings gemeet word wat 'n vernietigende effek op die kontakpaar het.
Daarbenewens bemeester die bedryf tans skemas vir die vervaardiging van termokoppels deur gebruik te maak van halfgeleiertegnologieë.
Meetfout
Die korrektheid van die temperatuurlesings wat met 'n termokoppel verkry word, hang af van die materiaal van die kontakgroep, sowel as eksterne faktore. Laasgenoemde sluit in druk, bestralingsagtergrond of ander redes wat die fisies-chemiese parameters van die metale waaruit die kontakte gemaak word kan beïnvloed.
Meetfout bestaan uit die volgende komponente:
- willekeurige fout veroorsaak deur die vervaardigingsproses van die termokoppel;
- fout veroorsaak deur die oortreding van die temperatuurregime van die "koue" kontak;
- fout veroorsaak deur eksterne inmenging;
- fout van beheertoerusting.
Die voordele van die gebruik van termokoppels
Die voordele van die gebruik van hierdie temperatuurbeheertoestelle, ongeag die toepassing, sluit in:
- groot reeks aanwysers wat met 'n termokoppel opgeneem kan word;
- Die aansluiting van die termokoppel, wat direk betrokke is by die neem van lesings, kan in direkte kontak met die meetpunt geplaas word;
- Termokoppels is maklik om te vervaardig, duursaam en hou lank.
Nadele van temperatuurmeting met 'n termokoppel
Die nadele van die gebruik van 'n termokoppel sluit in:
- Die behoefte aan konstante monitering van die temperatuur van die "koue" kontak van die termokoppel. Dit is 'n eiesoortigeontwerpkenmerk van meetinstrumente, wat op 'n termokoppel gebaseer is. Die beginsel van werking van hierdie skema beperk die omvang van die toepassing daarvan. Hulle kan slegs gebruik word as die omgewingstemperatuur laer is as die temperatuur by die meetpunt.
- Skending van die interne struktuur van metale wat gebruik word in die vervaardiging van termokoppels. Die feit is dat die kontakte as gevolg van blootstelling aan die eksterne omgewing hul eenvormigheid verloor, wat foute in die verkrygde temperatuuraanwysers veroorsaak.
- Tydens die metingsproses word die termokoppelkontakgroep gewoonlik aan die negatiewe invloed van die omgewing blootgestel, wat steurings in die proses veroorsaak. Dit vereis weereens dat die kontakte verseël word, wat bykomende onderhoudskoste vir sulke sensors veroorsaak.
- Daar is 'n risiko van blootstelling aan elektromagnetiese golwe op 'n termokoppel, waarvan die ontwerp voorsiening maak vir 'n lang kontakgroep. Dit kan ook die metingsresultate beïnvloed.
- In sommige gevalle is daar 'n skending van die lineêre verwantskap tussen die elektriese stroom wat in die termokoppel voorkom en die temperatuur by die meetplek. Hierdie situasie vereis kalibrasie van beheertoerusting.
Gevolgtrekking
Ondanks sy tekortkominge het die metode van temperatuurmeting deur termokoppels, wat vir die eerste keer in die 19de eeu uitgevind en getoets is, sy wye toepassing in alle vertakkings van die moderne industrie gevind.
Boonop is daar toepassings waar die gebruik van termokoppelsis die enigste manier om temperatuurdata te kry. En nadat jy hierdie materiaal gelees het, het jy die basiese beginsels van hul werk heeltemal verstaan.
