Der er mange forskellige enheder og mekanismer, der giver dig mulighed for at måle temperatur. Nogle af dem bruges i hverdagen, nogle - til forskellige fysiske undersøgelser, i produktionsprocesser og andre industrier.
En sådan enhed er et termoelement. Vi vil overveje funktionsprincippet og skemaet for denne enhed i de følgende afsnit.
fysisk basis for termoelementdrift
Arbejdsprincippet for et termoelement er baseret på almindelige fysiske processer. For første gang blev den effekt, som denne enhed virker på, undersøgt af den tyske videnskabsmand Thomas Seebeck.
essensen af det fænomen, som et termoelements funktionsprincip hviler på, er som følger. I et lukket elektrisk kredsløb, der består af to ledere af forskellige typer, opstår der elektricitet, når det udsættes for en bestemt omgivelsestemperatur.
Det resulterende elektriske flow og den omgivende temperatur, der virker på lederne, er i et lineært forhold. Det vil sige, jo højere temperatur, jo større elektrisk strøm produceres af termoelementet. På dendette er princippet for driften af termoelementet og modstandstermometeret.
I dette tilfælde er en termoelementkontakt placeret på det punkt, hvor det er nødvendigt at måle temperaturen, det kaldes "varmt". Den anden kontakt, med andre ord - "kold", - i den modsatte retning. Brug af termoelementer til måling er kun tilladt, når lufttemperaturen i rummet er lavere end på målestedet.
Dette er et kort diagram over driften af et termoelement, funktionsprincippet. Typerne af termoelementer vil blive diskuteret i næste afsnit.
Typer af termoelementer
I enhver industri, hvor der er behov for temperaturmålinger, er termoelementet hovedapplikationen. Enheden og funktionsprincippet for forskellige typer af denne enhed er angivet nedenfor.
Chromel-aluminium termoelementer
Disse termoelementkredsløb bruges i de fleste tilfælde til produktion af forskellige sensorer og sonder, der giver dig mulighed for at kontrollere temperaturen i industriel produktion.
Deres kendetegn inkluderer en ret lav pris og et stort udvalg af målte temperaturer. De giver dig mulighed for at indstille temperaturen fra -200 til +13000 grader Celsius.
Det er ikke tilrådeligt at bruge termoelementer med lignende legeringer i butikker og faciliteter med et højt svovlindhold i luften, da dette kemiske element påvirker både krom og aluminium negativt og forårsager funktionsfejl i enheden.
Chromel-Kopel termoelementer
Funktionsprincippet for et termoelement, hvis kontaktgruppe består af disse legeringer, er det samme. Men disse enheder fungerer hovedsageligt i et flydende eller gasformigt medium, som har neutrale, ikke-aggressive egenskaber. Det øvre temperaturindeks overstiger ikke +8000 grader Celsius.
Der anvendes et lignende termoelement, hvis princip gør det muligt at bruge det til at bestemme graden af opvarmning af enhver overflade, for eksempel til at bestemme temperaturen i ovne med åben ild eller andre lignende strukturer.
Iron-constantan termoelementer
Denne kombination af kontakter i et termoelement er ikke så almindelig som den første af de overvejede varianter. Funktionsprincippet for et termoelement er det samme, men denne kombination har vist sig godt i en sjælden atmosfære. Det maksimale niveau for den målte temperatur bør ikke overstige +12500 grader Celsius.
Men hvis temperaturen begynder at stige over +7000 grader, er der fare for overtrædelser af målenøjagtigheden på grund af ændringer i jerns fysiske og kemiske egenskaber. Der er endda tilfælde af korrosion af termoelementets jernkontakt i nærvær af vanddamp i den omgivende luft.
Platinorhodium-platin termoelementer
Det dyreste termoelement at fremstille. Funktionsprincippet er det samme, men det adskiller sig fra dets modstykker i meget stabile og pålidelige temperaturaflæsninger. Har nedsat følsomhed.
Denne enheds hovedanvendelse er måling af høje temperaturer.
Tungsten-rhenium termoelementer
Anvendes også til at måle ultrahøje temperaturer. Den maksimale grænse, der kan fastsættes ved hjælp af denne ordning, når 25 tusinde grader Celsius.
Deres ansøgning kræver overholdelse af visse betingelser. I processen med at måle temperatur er det således nødvendigt helt at eliminere den omgivende atmosfære, hvilket har en negativ effekt på kontakterne som følge af oxidationsprocessen.
Til dette anbringes wolfram-rhenium termoelementer norm alt i beskyttende hylstre fyldt med en inert gas for at beskytte deres elementer.
Ovenfor blev hvert eksisterende termoelement, enhed, dets funktionsprincip, afhængigt af de anvendte legeringer, taget i betragtning. Overvej nu nogle designfunktioner.
Termoelementdesign
Der er to hovedtyper af termoelementdesign.
- Med et isolerende lag. Dette design af termoelementet sørger for at isolere enhedens arbejdslag fra elektrisk strøm. Dette arrangement tillader termoelementet at blive brugt i processen uden at isolere input fra jord.
- Uden brug af et isolerende lag. Sådanne termoelementer kan kun tilsluttes målekredsløb, hvis indgange ikke har kontakt med jorden. Hvis denne betingelse ikke er opfyldt, vil enheden udvikle to uafhængige lukkede kredsløb, hvilket resulterer i ugyldige termoelementaflæsninger.
Rejsende termoelement og dets anvendelse
Der er en separaten slags denne enhed, kaldet "løb". Vi vil nu overveje princippet om drift af et kørende termoelement mere detaljeret.
Dette design bruges hovedsageligt til at detektere temperaturen på et stålemne under dets bearbejdning på drejning, fræsning og andre lignende maskiner.
Det skal bemærkes, at det i dette tilfælde også er muligt at bruge et konventionelt termoelement, men hvis fremstillingsprocessen kræver høj temperaturnøjagtighed, er det svært at overvurdere det kørende termoelement.
Når denne metode anvendes, er dens kontaktelementer loddet ind i emnet på forhånd. Derefter, under behandlingen af emnet, bliver disse kontakter konstant udsat for virkningen af en fræser eller andet arbejdsværktøj på maskinen, som et resultat af hvilket krydset (som er hovedelementet, når der tages temperaturaflæsninger) ser ud til at løbe” langs kontakterne.
Denne effekt er meget udbredt i metalbearbejdningsindustrien.
Teknologiske egenskaber ved termoelementdesign
Når man fremstiller et fungerende termoelementkredsløb, loddes der to metalkontakter, der som bekendt er lavet af forskellige materialer. Krydset kaldes et kryds.
Det skal bemærkes, at det ikke er nødvendigt at foretage denne forbindelse ved hjælp af lodning. Du skal blot dreje to kontakter sammen. Men en sådan produktionsmetode vil ikke have et tilstrækkeligt pålidelighedsniveau og kan også give fejl ved temperaturaflæsninger.
Hvis du skal måle højttemperaturer, erstattes lodning af metaller med deres svejsning. Dette skyldes, at det loddemateriale, der bruges i forbindelsen, i de fleste tilfælde har et lavt smeltepunkt og nedbrydes, når det overskrides.
Kredsløb, der er blevet svejset, kan modstå et bredere temperaturområde. Men denne forbindelsesmetode har også sine ulemper. Metallets indre struktur, når det udsættes for høje temperaturer under svejseprocessen, kan ændre sig, hvilket vil påvirke kvaliteten af de opnåede data.
Desuden bør tilstanden af termoelementkontakterne overvåges under driften. Så det er muligt at ændre karakteristika af metaller i kredsløbet på grund af påvirkningen af et aggressivt miljø. Oxidation eller interdiffusion af materialer kan forekomme. I en sådan situation bør termoelementets driftskredsløb udskiftes.
Typer af termoelementforbindelser
Moderne industri producerer flere designs, der bruges til fremstilling af termoelementer:
- åbent vejkryds;
- med isoleret kryds;
- med jordet vejkryds.
Et træk ved termoelementer med åbent kryds er dårlig modstand mod ydre påvirkninger.
Følgende to typer design kan bruges ved måling af temperaturer i aggressive miljøer, der har en ødelæggende effekt på kontaktparret.
Derudover er industrien i gang med at mestre ordninger til produktion af termoelementer ved hjælp af halvlederteknologier.
Målefejl
Riktigheden af temperaturaflæsningerne opnået ved hjælp af et termoelement afhænger af kontaktgruppens materiale såvel som eksterne faktorer. Sidstnævnte omfatter tryk, strålingsbaggrund eller andre årsager, der kan påvirke de fysisk-kemiske parametre for de metaller, som kontakterne er lavet af.
Målefejl består af følgende komponenter:
- tilfældig fejl forårsaget af termoelementets fremstillingsproces;
- fejl forårsaget af overtrædelse af temperaturregimet for den "kolde" kontakt;
- fejl forårsaget af ekstern interferens;
- fejl i kontroludstyr.
Fordelene ved at bruge termoelementer
Fordelene ved at bruge disse temperaturstyringsenheder, uanset anvendelse, omfatter:
- stort udvalg af indikatorer, der kan optages ved hjælp af et termoelement;
- Krydset mellem termoelementet, som er direkte involveret i at tage aflæsninger, kan placeres i direkte kontakt med målepunktet;
- Termoelementer er nemme at fremstille, holdbare og langtidsholdbare.
Ulemper ved at måle temperatur med et termoelement
Ulemperne ved at bruge et termoelement omfatter:
- Behovet for konstant overvågning af temperaturen på termoelementets "kolde" kontakt. Dette er et særprægdesignfunktion for måleinstrumenter, som er baseret på et termoelement. Princippet om driften af denne ordning indsnævrer anvendelsesområdet for dens anvendelse. De kan kun bruges, hvis den omgivende temperatur er lavere end temperaturen ved målepunktet.
- Krænkelse af den indre struktur af metaller, der bruges til fremstilling af termoelementer. Faktum er, at kontakterne som følge af eksponering for det ydre miljø mister deres ensartethed, hvilket forårsager fejl i de opnåede temperaturindikatorer.
- Under måleprocessen udsættes termoelementkontaktgruppen sædvanligvis for den negative påvirkning fra omgivelserne, hvilket forårsager forstyrrelser i processen. Dette kræver igen forsegling af kontakterne, hvilket medfører yderligere vedligeholdelsesomkostninger for sådanne sensorer.
- Der er risiko for udsættelse for elektromagnetiske bølger på et termoelement, hvis design giver en lang kontaktgruppe. Dette kan også påvirke måleresultaterne.
- I nogle tilfælde er der en overtrædelse af det lineære forhold mellem den elektriske strøm, der opstår i termoelementet, og temperaturen på målestedet. Denne situation kræver kalibrering af kontroludstyr.
Konklusion
På trods af sine mangler har metoden til temperaturmåling ved hjælp af termoelementer, som først blev opfundet og testet i det 19. århundrede, fundet sin brede anvendelse i alle grene af moderne industri.
Derudover er der applikationer, hvor brugen af termoelementerer den eneste måde at få temperaturdata på. Og efter at have læst dette materiale, har du ganske fuldt ud forstået de grundlæggende principper for deres arbejde.
