Postoji mnogo različitih uređaja i mehanizama koji vam omogućuju mjerenje temperature. Neki od njih se koriste u svakodnevnom životu, neki - za razna fizička istraživanja, u proizvodnim procesima i drugim industrijama.
Jedan od takvih uređaja je termopar. Načelo rada i shemu ovog uređaja razmotrit ćemo u sljedećim odjeljcima.
Fizička osnova rada termoelementa
Načelo rada termoelementa temelji se na uobičajenim fizikalnim procesima. Po prvi put je učinak na koji ovaj uređaj radi proučavao njemački znanstvenik Thomas Seebeck.
Suština fenomena na kojem počiva princip rada termoelementa je sljedeća. U zatvorenom električnom krugu, koji se sastoji od dva vodiča različitih vrsta, kada su izloženi određenoj temperaturi okoline, nastaje električna energija.
Rezultirajući električni protok i temperatura okoline koja djeluje na vodiče su u linearnom odnosu. To jest, što je temperatura viša, to je veća električna struja koju proizvodi termoelement. Naovo je princip rada termoelementa i otpornog termometra.
U ovom slučaju, jedan kontakt termoelementa nalazi se na mjestu gdje je potrebno izmjeriti temperaturu, zove se "vruće". Drugi kontakt, drugim riječima - "hladno", - u suprotnom smjeru. Korištenje termoelementa za mjerenje dopušteno je samo kada je temperatura zraka u prostoriji niža od one na mjestu mjerenja.
Ovo je kratak dijagram rada termoelementa, princip rada. O vrstama termoelementa bit će riječi u sljedećem odjeljku.
Vrste termoelementa
U svakoj industriji gdje su potrebna mjerenja temperature, termoelement je glavna primjena. Uređaj i princip rada različitih tipova ove jedinice navedeni su u nastavku.
kromel-aluminijski termoelementi
Ovi krugovi termoelementa koriste se u većini slučajeva za proizvodnju raznih senzora i sondi koje vam omogućuju kontrolu temperature u industrijskoj proizvodnji.
Njihove prepoznatljive značajke uključuju prilično nisku cijenu i veliki raspon izmjerenih temperatura. Omogućuju vam fiksiranje temperature od -200 do +13000 stupnjeva Celzija.
U trgovinama i objektima s visokim sadržajem sumpora u zraku nije preporučljivo koristiti termoelemente sa sličnim legurama, jer ovaj kemijski element negativno utječe i na krom i na aluminij, uzrokujući kvarove na uređaju.
Chromel-Kopel termoelementi
Princip rada termoelementa, čija se kontaktna skupina sastoji od ovih legura, je isti. Ali ti uređaji rade uglavnom u tekućem ili plinovitom mediju, koji ima neutralna, neagresivna svojstva. Gornji temperaturni indeks ne prelazi +8000 stupnjeva Celzija.
Koristi se sličan termoelement, čiji princip omogućuje da se koristi za određivanje stupnja zagrijavanja bilo koje površine, na primjer, za određivanje temperature peći otvorenog ložišta ili drugih sličnih struktura.
Termoparovi željezo-konstantan
Ova kombinacija kontakata u termoparu nije tako česta kao prva od razmatranih varijanti. Princip rada termoelementa je isti, ali ova kombinacija se dobro pokazala u razrijeđenoj atmosferi. Maksimalna razina izmjerene temperature ne smije prelaziti +12500 stupnjeva Celzija.
Međutim, ako temperatura počne rasti iznad +7000 stupnjeva, postoji opasnost od kršenja točnosti mjerenja zbog promjena u fizičkim i kemijskim svojstvima željeza. Postoje čak i slučajevi korozije željeznog kontakta termoelementa u prisutnosti vodene pare u okolnom zraku.
platinorodij-platinasti termoelementi
Najskuplji termoelement za proizvodnju. Princip rada je isti, ali se od svojih kolega razlikuje po vrlo stabilnim i pouzdanim očitanjima temperature. Ima smanjenu osjetljivost.
Glavna primjena ovih uređaja je mjerenje visokih temperatura.
Termoparovi volfram-renija
Također se koristi za mjerenje ultravisokih temperatura. Maksimalno ograničenje koje se može fiksirati pomoću ove sheme doseže 25 tisuća stupnjeva Celzija.
Njihova primjena zahtijeva usklađenost s određenim uvjetima. Dakle, u procesu mjerenja temperature potrebno je potpuno eliminirati okolnu atmosferu koja negativno utječe na kontakte kao rezultat procesa oksidacije.
Za to se termoelementi volfram-renij obično stavljaju u zaštitna kućišta napunjena inertnim plinom kako bi zaštitili svoje elemente.
Iznad je razmatran svaki postojeći termoelement, uređaj, njegov princip rada, ovisno o korištenim legurama. Sada razmotrite neke značajke dizajna.
Dizajni termoparova
Postoje dvije glavne vrste dizajna termoelementa.
- S izolacijskim slojem. Ovaj dizajn termoelementa omogućuje izolaciju radnog sloja uređaja od električne struje. Ovaj raspored omogućuje korištenje termoelementa u procesu bez izolacije ulaza od zemlje.
- Bez upotrebe izolacijskog sloja. Takvi se termoelementi mogu spojiti samo na mjerne krugove čiji ulazi nemaju kontakt sa zemljom. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, uređaj će razviti dva neovisna zatvorena kruga, što će rezultirati nevažećim očitanjima termoelementa.
Putujući termoelement i njegova primjena
Postoji zasebnavrsta ove naprave, koja se zove "trčanje". Sada ćemo detaljnije razmotriti princip rada termoelementa.
Ovaj dizajn se uglavnom koristi za detekciju temperature čelične gredice tijekom njezine obrade na tokarenju, glodanju i drugim sličnim strojevima.
Treba napomenuti da je u ovom slučaju moguće koristiti i konvencionalni termoelement, međutim, ako proizvodni proces zahtijeva visoku temperaturnu točnost, teško je precijeniti radni termoelement.
Kada se primjenjuje ova metoda, njegovi kontaktni elementi se unaprijed zalemljuju u radni komad. Zatim, tijekom obrade zazora, ovi kontakti su stalno izloženi djelovanju rezača ili drugog radnog alata stroja, zbog čega se čini da spoj (koji je glavni element pri mjerenju temperature) „radi” duž kontakata.
Ovaj efekt se široko koristi u metaloprerađivačkoj industriji.
Tehnološke značajke dizajna termoelementa
Prilikom izrade radnog kruga termoelementa zalemljena su dva metalna kontakta, koji su, kao što znate, izrađeni od različitih materijala. Spoj se zove spoj.
Treba napomenuti da nije potrebno izvršiti ovu vezu lemljenjem. Jednostavno uvrnite dva kontakta zajedno. Ali takva proizvodna metoda neće imati dovoljnu razinu pouzdanosti, a može također dati pogreške prilikom mjerenja temperature.
Ako trebate mjeriti visokotemperaturama, lemljenje metala zamjenjuje se njihovim zavarivanjem. To je zbog činjenice da u većini slučajeva lem koji se koristi u spoju ima nisku točku taljenja i raspada se kada je prekoračena.
Krugovi koji su zavareni mogu izdržati širi temperaturni raspon. Ali ova metoda povezivanja također ima svoje nedostatke. Unutarnja struktura metala kada je izložena visokim temperaturama tijekom procesa zavarivanja može se promijeniti, što će utjecati na kvalitetu dobivenih podataka.
Osim toga, potrebno je pratiti stanje kontakata termoelementa tijekom njegovog rada. Dakle, moguće je promijeniti karakteristike metala u krugu zbog utjecaja agresivnog okruženja. Može doći do oksidacije ili interdifuzije materijala. U takvoj situaciji, radni krug termoelementa treba zamijeniti.
Vrste spojeva termoelementa
Moderna industrija proizvodi nekoliko dizajna koji se koriste u proizvodnji termoelementa:
- otvoreni spoj;
- s izoliranim spojem;
- s uzemljenim spojem.
Obilježje termoelementa s otvorenim spojem je slaba otpornost na vanjske utjecaje.
Sljedeće dvije vrste dizajna mogu se koristiti pri mjerenju temperatura u agresivnim okruženjima koje imaju razoran učinak na kontaktni par.
Osim toga, industrija trenutno ovladava shemama za proizvodnju termoelementa korištenjem poluvodičkih tehnologija.
Pogreška mjerenja
Točnost očitanja temperature dobivenih pomoću termoelementa ovisi o materijalu kontaktne skupine, kao i o vanjskim čimbenicima. Potonji uključuju tlak, pozadinu zračenja ili druge razloge koji mogu utjecati na fizikalno-kemijske parametre metala od kojih su kontakti napravljeni.
Pogreška mjerenja sastoji se od sljedećih komponenti:
- slučajna pogreška uzrokovana procesom proizvodnje termoelementa;
- pogreška uzrokovana kršenjem temperaturnog režima "hladnog" kontakta;
- pogreška uzrokovana vanjskim smetnjama;
- greška upravljačke opreme.
Prednosti korištenja termoelementa
Prednosti korištenja ovih uređaja za kontrolu temperature, bez obzira na primjenu, uključuju:
- veliki raspon indikatora koji se mogu snimiti pomoću termoelementa;
- Spoj termoelementa, koji je izravno uključen u očitavanje, može se staviti u izravan kontakt s mjernom točkom;
- Termoparovi su jednostavni za proizvodnju, izdržljivi i dugotrajni.
Nedostaci mjerenja temperature termoelementom
Nedostaci korištenja termoelementa uključuju:
- Potreba za stalnim praćenjem temperature "hladnog" kontakta termoelementa. Ovo je osebujnostznačajka dizajna mjernih instrumenata koji se temelje na termoelementu. Načelo rada ove sheme sužava opseg njezine primjene. Mogu se koristiti samo ako je temperatura okoline niža od temperature na mjernoj točki.
- Povreda unutarnje strukture metala koji se koriste u proizvodnji termoelementa. Činjenica je da kao rezultat izloženosti vanjskom okruženju kontakti gube svoju uniformnost, što uzrokuje pogreške u dobivenim pokazateljima temperature.
- Tijekom procesa mjerenja, kontaktna skupina termoelementa obično je izložena negativnom utjecaju okoline, što uzrokuje smetnje u procesu. Ovo opet zahtijeva brtvljenje kontakata, što uzrokuje dodatne troškove održavanja takvih senzora.
- Postoji opasnost od izlaganja elektromagnetskim valovima na termoelementu, čiji dizajn predviđa dugu kontaktnu skupinu. To također može utjecati na rezultate mjerenja.
- U nekim slučajevima dolazi do kršenja linearnog odnosa između električne struje koja se javlja u termoelementu i temperature na mjestu mjerenja. Ova situacija zahtijeva kalibraciju kontrolne opreme.
Zaključak
Unatoč svojim nedostacima, metoda mjerenja temperature pomoću termoelementa, koja je prvi put izumljena i testirana u 19. stoljeću, našla je svoju široku primjenu u svim granama moderne industrije.
Osim toga, postoje aplikacije gdje se koriste termoelementije jedini način za dobivanje podataka o temperaturi. I nakon čitanja ovog materijala, sasvim ste u potpunosti razumjeli osnovne principe njihovog rada.
