المزدوجة الحرارية هي جهاز لقياس درجات الحرارة في جميع فروع العلوم والتكنولوجيا. تقدم هذه المقالة نظرة عامة على المزدوجات الحرارية مع تحليل لتصميم ومبدأ تشغيل الجهاز. تم وصف أنواع مختلفة من المزدوجات الحرارية مع خصائصها الموجزة ، كما تم تقديم تقييم للمزدوجة الحرارية كأداة قياس.
محتوى
- 1 جهاز مزدوج حراري
- 2 أنواع وأنواع المزدوجات الحرارية
- 2.1 ألوميل الكروم المزدوج الحراري (TXA)
- 2.2 المزدوج الحراري كروميل كوبل (TKhK)
- 2.3 ثابت الحديد المزدوج الحراري (TGK)
- 2.4 التنغستن - الرينيوم الحرارية (TVR)
- 2.5 الموليبدينوم التنجستن المزدوج الحراري (VM)
- 2.6 المزدوجات الحرارية البلاتين والروديوم والبلاتين (TPP)
- 2.7 المزدوجات الحرارية البلاتين والروديوم والبلاتين والروديوم (TPR)
- 3 مخطط الأسلاك الحرارية
- 4 معايير لون موصل الحرارية
- 5 دقة القياس
- 6 سرعة القياس
- 7 فحص أداء المزدوجات الحرارية
- 8 مزايا وعيوب استخدام المزدوجات الحرارية
جهاز مزدوج حراري
مبدأ تشغيل المزدوجات الحرارية. تأثير سيبيك
يرجع تشغيل الازدواج الحراري إلى حدوث التأثير الكهروحراري ، الذي اكتشفه الفيزيائي الألماني توماس سيبيك عام 1821.
تعتمد هذه الظاهرة على حدوث الكهرباء في دائرة كهربائية مغلقة عند تعرضها لدرجة حرارة محيطة معينة. يحدث التيار الكهربي عندما يكون هناك اختلاف في درجة الحرارة بين موصلين (أقطاب حرارية) من تركيبة مختلفة (معادن أو سبائك غير متشابهة) ويتم الحفاظ عليه من خلال الحفاظ على مكان ملامساتهما (التقاطعات). يعرض الجهاز قيمة درجة الحرارة المقاسة على شاشة الجهاز الثانوي المتصل.
الجهد الناتج ودرجة الحرارة يرتبطان خطيًا. هذا يعني أن الزيادة في درجة الحرارة المقاسة تؤدي إلى ارتفاع قيمة المللي فولت عند الأطراف الحرة للمزدوجة الحرارية.
يسمى التقاطع الموجود عند نقطة قياس درجة الحرارة "ساخن" ، ويطلق على المكان الذي يتم فيه توصيل الأسلاك بالمحول "بارد".
تعويض درجة حرارة التوصيل البارد (CJC)
تعويض الوصلة الباردة (CJC) هو تعويض يتم تطبيقه كتصحيح للقراءة الإجمالية عند قياس درجة الحرارة عند النقطة التي يتم فيها توصيل وصلات المزدوجة الحرارية. ويرجع ذلك إلى الاختلافات بين درجة الحرارة الفعلية للنهايات الباردة والقراءات المحسوبة لجدول المعايرة لدرجة حرارة الوصلة الباردة عند 0 درجة مئوية.
CCS هي طريقة تفاضلية يتم فيها العثور على قراءات درجة الحرارة المطلقة من درجة حرارة تقاطع بارد معروفة (تُعرف أيضًا باسم الموصل المرجعي).
تصميم مزدوج حراري
عند تصميم مزدوج حراري ، يتم أخذ تأثير عوامل مثل "عدوانية" البيئة الخارجية ، وحالة تجميع المادة ، ونطاق درجات الحرارة المقاسة ، وغيرها في الاعتبار.
ميزات تصميم المزدوجة الحرارية:
1) ترتبط تقاطعات الموصلات ببعضها البعض عن طريق التواء أو التواء مع مزيد من اللحام بالقوس الكهربائي (نادرًا عن طريق اللحام).
مهم: لا ينصح باستخدام طريقة الالتواء بسبب الفقد السريع لخصائص الوصلة.
2) يجب عزل الأقطاب الكهربائية الحرارية كهربائياً بطولها بالكامل ، باستثناء نقطة التلامس.
3) يتم اختيار طريقة العزل مع مراعاة الحد الأعلى لدرجة الحرارة.
- ما يصل إلى 100-120 درجة مئوية - أي عزل ؛
- ما يصل إلى 1300 درجة مئوية - أنابيب أو خرز من الخزف ؛
- حتى 1950 درجة مئوية - أنابيب Al2ا3;
- فوق 2000 درجة مئوية - أنابيب مصنوعة من MgO و BeO و ThO2، ZrO2.
4) الغطاء الواقي.
يجب أن تكون المادة مقاومة حرارياً وكيميائياً ، وذات موصلية حرارية جيدة (معدن ، سيراميك). استخدام التمهيد يمنع التآكل في بعض البيئات.
تمديد (تعويض) الأسلاك
هذا النوع من الأسلاك مطلوب لتمديد نهايات المزدوجة الحرارية إلى الأداة الثانوية أو الحاجز. لا يتم استخدام الأسلاك إذا كانت المزدوجة الحرارية بها محول مدمج بإشارة خرج موحدة. الأكثر استخدامًا هو محول التطبيع ، الموجود في الرأس الطرفي القياسي لجهاز الاستشعار بإشارة موحدة 4-20mA ، ما يسمى بـ "الكمبيوتر اللوحي".
قد تتطابق مادة الأسلاك مع مادة الأقطاب الكهربائية الحرارية ، ولكن في أغلب الأحيان يتم استبدالها بأخرى أرخص ، مع مراعاة الظروف التي تمنع تكون الطفيلية (المستحثة) الحرارية emfs. يتيح لك استخدام أسلاك التمديد أيضًا تحسين الإنتاج.
اختراق الحياة! لتحديد قطبية الأسلاك التعويضية بشكل صحيح وتوصيلها بالمزدوج الحراري ، تذكر قاعدة الذاكرة MM - ناقص ممغنطة. أي أننا نأخذ أي مغناطيس وسيتم مغناطيس ناقص التعويض ، على عكس الموجب.
أنواع وأنواع المزدوجات الحرارية
يتم تفسير تنوع المزدوجات الحرارية من خلال مجموعات مختلفة من السبائك المعدنية المستخدمة. يتم اختيار المزدوجات الحرارية اعتمادًا على الصناعة ونطاق درجة الحرارة المطلوب.
ألوميل الكروم المزدوج الحراري (TXA)
القطب الموجب: سبائك الكروم (90٪ نيكل ، 10٪ كروم).
القطب السالب: سبيكة ألوميل (95٪ نيكل ، 2٪ منغنيز ، 2٪ ألومنيوم ، 1٪ سي).
مادة العزل: البورسلين ، الكوارتز ، أكاسيد المعادن ، إلخ.
تتراوح درجة الحرارة من -200 درجة مئوية إلى 1300 درجة مئوية على المدى القصير و 1100 درجة مئوية للتدفئة طويلة المدى.
بيئة العمل: خاملة ، مؤكسدة (O2= 2-3٪ أو مستبعد تمامًا) ، هيدروجين جاف ، فراغ قصير المدى. في جو مختزل أو أكسدة في وجود غطاء واقي.
العيوب: سهولة التشوه وعدم الاستقرار العكسي للـ EMF الحراري.
قد تكون هناك حالات تآكل وتقصف للألوميل في وجود آثار الكبريت في الغلاف الجوي والكروم في جو ضعيف التأكسد ("الطين الأخضر").
المزدوج الحراري كروميل كوبل (TKhK)
القطب الموجب: سبائك الكروم (90٪ نيكل ، 10٪ كروم).
القطب السالب: سبيكة كوبل (54.5٪ نحاس ، 43٪ نيكل ، 2٪ حديد ، 0.5٪ منغنيز).
تتراوح درجة الحرارة من -253 درجة مئوية إلى 800 درجة مئوية على المدى الطويل و 1100 درجة مئوية للتدفئة قصيرة المدى.
بيئة العمل: فراغ خامل ومؤكسد ، قصير الأمد.
العيوب: تشوه القطب الحراري.
إمكانية تبخر الكروم في ظل فراغ طويل ؛ تفاعل مع جو يحتوي على الكبريت والكروم والفلور.
ثابت الحديد المزدوج الحراري (TGK)
القطب الموجب: حديد نقي تجاريًا (فولاذ طري).
القطب السالب: سبيكة كونستانتان (59٪ نحاس ، 39-41٪ نيكل ، 1-2٪ منغنيز).
تستخدم للقياسات في الوسط الخامل والاختزال والفراغ. درجة حرارة من -203 درجة مئوية إلى 750 درجة مئوية على المدى الطويل و 1100 درجة مئوية للتدفئة قصيرة المدى.
يتطور التطبيق على القياس المشترك لدرجات الحرارة الإيجابية والسلبية. من غير المربح استخدامه فقط لدرجات الحرارة السلبية.
العيوب: تشوه القطب الحراري ، مقاومة منخفضة للتآكل.
التغيرات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للحديد عند حوالي 700 درجة مئوية و 900 درجة مئوية. يتفاعل مع الكبريت وبخار الماء لتشكيل التآكل.
التنغستن - الرينيوم الحرارية (TVR)
القطب الموجب: السبائك BP5 (95٪ W ، 5٪ Rh) / BAP5 (BP5 مع إضافة السيليكا والألمنيوم) / BP10 (90٪ W ، 10٪ Rh).
القطب السالب: سبائك BP20 (80٪ W ، 20٪ Rh).
العزل: سيراميك أكسيد فلز نقي كيميائيا.
لوحظت القوة الميكانيكية ، مقاومة الحرارة ، الحساسية المنخفضة للتلوث ، سهولة التصنيع.
قياس درجات الحرارة من 1800 درجة مئوية إلى 3000 درجة مئوية ، والحد الأدنى 1300 درجة مئوية. يتم إجراء القياسات في غاز خامل أو هيدروجين جاف أو بيئة فراغ. في البيئات المؤكسدة فقط للقياس في العمليات السريعة.
العيوب: ضعف استنساخ EMF الحراري ، وعدم استقراره أثناء التشعيع ، وحساسية غير مستقرة في نطاق درجة الحرارة.
الموليبدينوم التنجستن المزدوج الحراري (VM)
القطب الموجب: التنجستن (نقي تجاريًا).
القطب السالب: الموليبدينوم (نقي تجاريًا).
العزل: سيراميك الألومينا ، محمي بأطراف من الكوارتز.
بيئة خاملة أو هيدروجين أو فراغ. من الممكن إجراء قياسات قصيرة المدى في البيئات المؤكسدة في وجود العزل.نطاق درجات الحرارة المقاسة هو 1400-1800 درجة مئوية ، ودرجة حرارة التشغيل القصوى حوالي 2400 درجة مئوية.
العيوب: ضعف التكاثر وحساسية المجالات الكهرومغناطيسية الحرارية ، انعكاس القطبية ، التقصف في درجات الحرارة العالية.
المزدوجات الحرارية البلاتين والروديوم والبلاتين (TPP)
القطب الموجب: البلاتين - الروديوم (Pt c 10٪ أو 13٪ Rh).
القطب السالب: البلاتين.
العزل: كوارتز ، بورسلين (عادي وعازل للحرارة). تصل إلى 1400 درجة مئوية - سيراميك يحتوي على نسبة عالية من Al2ا3، أكثر من 1400 درجة مئوية - سيراميك من Al2ا3.
أقصى درجة حرارة للتشغيل 1400 درجة مئوية على المدى الطويل ، 1600 درجة مئوية على المدى القصير. عادة لا يتم قياس درجات الحرارة المنخفضة.
بيئة العمل: مؤكسدة وخاملة ، وتقل في وجود الحماية.
العيوب: التكلفة العالية ، عدم الاستقرار أثناء التشعيع ، الحساسية العالية للتلوث (خاصة القطب البلاتيني) ، نمو الحبوب المعدنية في درجات حرارة عالية.
المزدوجات الحرارية البلاتين والروديوم والبلاتين والروديوم (TPR)
القطب الموجب: سبيكة Pt بنسبة رطوبة نسبية 30٪.
القطب السالب: سبيكة Pt مع 6٪ Rh.
متوسط: مؤكسد ، محايد وفاكيلي. يستخدم في تقليل واحتواء أبخرة المعادن أو اللافلزات في وجود الحماية.
أقصى درجة حرارة للتشغيل 1600 درجة مئوية على المدى الطويل ، و 1800 درجة مئوية على المدى القصير.
العزل: السيراميك2ا3 عالية النقاء.
أقل عرضة للتلوث الكيميائي ونمو الحبوب من المزدوجة الحرارية البلاتينية والروديوم والبلاتين.
مخطط الأسلاك الحرارية
- توصيل مقياس الجهد أو الجلفانومتر مباشرة بالموصلات.
- اتصال بأسلاك تعويضية ؛
- التوصيل بأسلاك نحاسية تقليدية بمزدوجة حرارية ذات خرج موحد.
معايير لون موصل الحرارية
يساعد عزل الموصل الملون على تمييز الأقطاب الكهربائية الحرارية عن بعضها البعض من أجل التوصيل الصحيح للأطراف. تختلف المعايير حسب البلد ، ولا توجد رموز ألوان محددة للموصلات.
مهم: من الضروري معرفة المعيار المستخدم في المؤسسة لمنع الأخطاء.
دقة القياس
تعتمد الدقة على نوع المزدوجات الحرارية ، ونطاق درجة الحرارة ، ونقاء المادة ، والضوضاء الكهربائية ، والتآكل ، وخصائص الوصلات ، وعملية التصنيع.
يتم تعيين فئة تحمل (قياسية أو خاصة) للمزدوجات الحرارية التي تحدد فاصل ثقة القياس.
مهم: تتغير الخصائص في وقت التصنيع أثناء التشغيل.
سرعة القياس
يتم تحديد السرعة من خلال قدرة المحول الأساسي على الاستجابة السريعة لقفزات درجات الحرارة وتدفق إشارات الإدخال لجهاز القياس الذي يتبعها.
العوامل التي تزيد من الأداء:
- التثبيت الصحيح وحساب طول المحول الأساسي ؛
- عند استخدام محول مع غلاف واقي ، من الضروري تقليل كتلة الوحدة عن طريق اختيار قطر أصغر للأكمام ؛
- تقليل فجوة الهواء بين المحول الأساسي والغطاء الواقي ؛
- استخدام محول أولي بنابض وملء الفراغات في الغلاف بحشو موصل للحرارة ؛
- وسط سريع الحركة أو أكثر كثافة (سائل).
فحص أداء المزدوجات الحرارية
للتحقق من الأداء ، قم بتوصيل جهاز قياس خاص (جهاز اختبار ، أو مقياس جلفانومتر أو مقياس جهد) أو قم بقياس جهد الخرج باستخدام مقياس الميليفولتميتر. إذا كانت هناك تقلبات في السهم أو المؤشر الرقمي ، فإن المزدوجات الحرارية قابلة للخدمة ، وإلا يجب استبدال الجهاز.
أسباب فشل المزدوجات الحرارية:
- عدم استخدام جهاز الحماية الواقية ؛
- التغيير في التركيب الكيميائي للأقطاب الكهربائية ؛
- تطور العمليات المؤكسدة في درجات حرارة عالية ؛
- انهيار جهاز التحكم والقياس ، إلخ.
مزايا وعيوب استخدام المزدوجات الحرارية
مزايا استخدام هذا الجهاز هي:
- نطاق قياس درجة الحرارة الكبيرة ؛
- دقة عالية؛
- البساطة والموثوقية.
تشمل العيوب ما يلي:
- تنفيذ المراقبة المستمرة للوصلة الباردة ، والتحقق من معدات التحكم ومعايرتها ؛
- التغيرات الهيكلية في المعادن أثناء تصنيع الجهاز ؛
- الاعتماد على تكوين الغلاف الجوي ، وتكلفة الختم ؛
- خطأ في القياس بسبب الموجات الكهرومغناطيسية.
