Thermocouple: prinsip operasi, peranti

Terdapat banyak peranti dan mekanisme yang berbeza untuk mengukur suhu. Sebahagian daripada mereka digunakan dalam kehidupan seharian, beberapa - untuk pelbagai kajian fizikal, dalam proses pengeluaran dan industri lain.

Satu peranti sedemikian adalah termokopel. Prinsip operasi dan skema peranti ini akan dipertimbangkan dalam bahagian berikut.

Dasar fizikal termokopel

Prinsip operasi termokopel adalah berdasarkan proses fizikal biasa. Buat pertama kalinya, kesannya, berdasarkan peralatan ini, disiasat oleh saintis Jerman, Thomas Seebeck.

Intipati fenomena, di mana prinsip tindakan termokopel memegang, adalah seperti berikut. Dalam litar elektrik tertutup yang terdiri daripada dua konduktor pelbagai jenis, elektrik dijana apabila suhu ambien tertentu digunakan.

Arus elektrik yang terhasil dan suhu ambien yang bertindak ke atas konduktor bergantung kepada linier. Iaitu, semakin tinggi suhu, semakin besar arus elektrik yang dihasilkan oleh termokopel. Inilah cara termometer dan termometer rintangan beroperasi.

Dalam kes ini, satu hubungan termokopel adalah pada titik di mana ia perlu untuk mengukur suhu, ia dipanggil "panas". Hubungan kedua, dalam erti kata lain - "sejuk", - dalam arah yang bertentangan. Permohonan pengukuran termokopel hanya dibenarkan jika suhu bilik lebih rendah daripada di tapak pengukuran.

Ini adalah skema pendek operasi termokopel, prinsip operasi. Kami akan melihat jenis termokopel di bahagian seterusnya.

Jenis termokopel

Di setiap industri, di mana pengukuran suhu diperlukan, termokopel digunakan terutamanya. Peranti dan prinsip operasi pelbagai jenis unit ini diberikan di bawah.

Termokopel aluminium-aluminium

Litar termokopel ini digunakan dalam kebanyakan kes untuk menghasilkan pelbagai sensor dan probe, yang membolehkan mengawal suhu dalam pengeluaran perindustrian.

Ciri tersendiri mereka boleh dipanggil harga yang agak rendah dan pelbagai suhu yang diukur. Mereka membolehkan anda menetapkan suhu dari -200 hingga +13000 darjah Celsius.

Ia tidak digalakkan menggunakan termokopel dengan aloi yang sama dalam bengkel dan kemudahan dengan kandungan sulfur tinggi di udara, kerana unsur kimia ini menjejaskan kedua-dua kromium dan aluminium, menyebabkan gangguan dalam fungsi peranti.

Thermocouples Chromel-Copel

Prinsip termokopel, kumpulan kenalan yang terdiri daripada aloi ini, adalah sama. Tetapi peranti ini beroperasi terutamanya dalam medium cair atau gas dengan sifat neutral, tidak agresif. Indeks suhu atas tidak melebihi +8000 darjah Celsius.

Termokopel serupa digunakan, prinsip pengendaliannya membolehkannya digunakan untuk menentukan tahap pemanasan permukaan mana-mana, contohnya, untuk menentukan suhu relau terbuka atau struktur lain yang serupa.

Termokopel besi-constantan

Gabungan kenalan dalam termokopel tidak sama seperti yang pertama dari varieti yang dipertimbangkan. Prinsip operasi termokopel adalah sama, tetapi kombinasi ini terbukti baik dalam suasana yang jarang berlaku. Tahap maksimum suhu yang diukur tidak boleh melebihi +12500 darjah Celcius.

Walau bagaimanapun, jika suhu mula naik melebihi +7000 darjah, terdapat bahaya pelanggaran ketepatan pengukuran disebabkan oleh perubahan sifat-sifat fizikal dan kimia besi. Terdapat juga kes-kes kakisan hubungan besi dari termokopel apabila terdapat wap air di udara sekelilingnya.

Thermocouples Platinum / Platinum

Termokopel paling mahal dalam pembuatan. Prinsip operasi adalah sama, tetapi ia berbeza dari rakan-rakannya dengan pembacaan suhu yang sangat stabil dan boleh dipercayai. Mempunyai kepekaan yang menurun.

Kawasan utama aplikasi peranti ini adalah pengukuran suhu tinggi.

Tungsten-rhenium thermocouples

Juga digunakan untuk mengukur suhu ultrahigh. Had maksima, yang boleh ditetapkan dengan skim ini, ialah 25 ribu darjah Celcius.

Aplikasi mereka memerlukan syarat-syarat tertentu. Oleh itu, semasa pengukuran suhu, atmosfera di sekeliling mesti dihilangkan sepenuhnya, yang menjejaskan hubungan akibat proses pengoksidaan.

Untuk tujuan ini, thermocouple tungsten-rhenium biasanya diletakkan di dalam pelindung selang yang diisi dengan gas lengai yang melindungi unsur-unsur mereka.

Di atas kita menganggap setiap termokopel sedia ada, peranti, prinsip operasi, bergantung pada aloi yang digunakan. Sekarang mari kita pertimbangkan beberapa ciri reka bentuk.

Reka bentuk Thermocouple

Terdapat dua jenis reka bentuk termokopel utama.

• Dengan menggunakan lapisan penebat. Reka bentuk termokopel ini menyediakan untuk mengasingkan lapisan kerja peranti daripada arus elektrik. Skim sedemikian membenarkan penggunaan termokopel dalam proses tanpa mengasingkan input dari tanah.

• Tanpa menggunakan lapisan penebat. Termokopel sedemikian hanya boleh disambungkan kepada mengukur litar yang inputnya tidak mempunyai hubungan dengan tanah. Sekiranya keadaan ini tidak dipenuhi, peranti ini akan mempunyai dua litar tertutup bebas, hasilnya bacaan yang diperoleh dengan termokopel tidak akan sesuai dengan realiti.

Menjalankan termokopel dan aplikasinya

Terdapat versi berasingan peranti ini, yang dipanggil "berjalan." Prinsip pengoperasian termokopel perjalanan kini dipertimbangkan lebih terperinci.

Reka bentuk ini digunakan terutamanya untuk menentukan suhu billet keluli semasa pemprosesannya pada belokan, kilang dan lain-lain mesin yang serupa.

Perlu diingatkan bahawa dalam hal ini adalah mungkin untuk menggunakan termokopel konvensional, bagaimanapun, jika proses pembuatan memerlukan ketepatan tinggi rejim suhu, termokopel berjalan tidak boleh dipandang remeh.

Apabila kaedah ini digunakan, elemen hubungannya telah dimeteraikan terlebih dahulu. Kemudian, semasa pemprosesan kosong, hubungan ini sentiasa terdedah kepada alat pemotong atau alat kerja lain mesin, sebagai akibatnya persimpangan (yang merupakan elemen utama dalam penghapusan penunjuk suhu) "berjalan" melalui kenalan.

Kesan ini secara universal digunakan dalam industri logam.

Ciri teknologi reka bentuk termokopel

Apabila menghasilkan litar kerja termokopel, dua kenalan logam dikimpal bersama, yang diketahui dibuat dari bahan yang berbeza. Persimpangan itu dipanggil "persimpangan".

Perlu diingatkan bahawa tidak perlu membuat sambungan menggunakan paku. Ia cukup untuk memutar dua kenalan. Tetapi cara pengeluaran ini tidak akan mempunyai tahap kebolehpercayaan yang mencukupi, dan juga boleh memberi kesilapan dalam penghapusan penunjuk suhu.

Sekiranya perlu untuk mengukur suhu tinggi, lonjakan logam digantikan oleh kimpalan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa dalam kebanyakan kes, pateri yang digunakan dalam sambungan mempunyai titik lebur yang rendah dan dimusnahkan apabila parasnya melebihi.

Skim yang mana kimpalan digunakan, boleh menahan julat suhu yang lebih luas. Tetapi kaedah sambungan ini mempunyai kelemahannya. Struktur dalaman logam di bawah pengaruh suhu tinggi semasa kimpalan boleh berubah, yang akan mempengaruhi kualiti data yang diperolehi.

Di samping itu, status kenalan termokopel semasa operasi perlu dipantau. Oleh itu, adalah mungkin untuk mengubah ciri-ciri logam dalam litar kerana pengaruh persekitaran yang agresif. Terdapat pengoksidaan atau bahan penyebaran bersama. Dalam keadaan sedemikian adalah perlu untuk menggantikan litar kerja termokopel.

Jenis persimpangan termokopel

Industri moden menghasilkan beberapa reka bentuk yang digunakan dalam pembuatan termokopel:

• Dengan simpang terbuka;

• Dengan persimpangan terpencil;

• Dengan simpang alasan.

Ciri termokopel dengan persimpangan terbuka adalah rintangan yang buruk terhadap pengaruh luaran.

Dua jenis pembinaan berikut boleh digunakan untuk mengukur suhu dalam persekitaran yang mengakis yang mempunyai kesan merosakkan pada pasangan kenalan.

Di samping itu, industri kini menguasai pengeluaran termokopel untuk teknologi semikonduktor.

Kesilapan pengukuran

Ketepatan parameter suhu yang diperoleh dengan termokopel bergantung kepada bahan kumpulan kenalan, serta faktor luaran. Yang kedua termasuk tekanan, latar radiasi, atau sebab lain yang boleh mempengaruhi parameter fizikokimia logam dari mana hubungannya dibuat.

Kesalahan pengukuran terdiri daripada komponen berikut:

• Kesalahan rawak yang disebabkan oleh ciri pembuatan termokopel;

• Kesalahan yang disebabkan oleh pelanggaran rejim suhu kenalan "sejuk";

• Kesalahan yang disebabkan oleh gangguan luaran;

• Ketidakseimbangan peralatan kawalan.

Kelebihan menggunakan termokopel

Kelebihan menggunakan peranti sedemikian untuk kawalan suhu, tanpa mengira bidang permohonan, termasuk:

• Pelbagai petunjuk yang boleh diperbaiki dengan termokopel;

• Titik termokopel, yang secara langsung mengambil bahagian dalam bacaan, boleh diletakkan secara langsung dengan titik pengukur;

• Proses pembuatan termokopel mudah, kekuatan dan daya tahan operasi mereka.

Kelemahan mengukur suhu dengan termokopel

Kelemahan menggunakan termokopel termasuk:

• Keperluan pemantauan berterusan terhadap suhu hubungan termokopel "sejuk". Ini adalah ciri khas reka bentuk alat ukur, berdasarkan termokopel. Prinsip operasi skim ini mengecilkan skop permohonannya. Mereka boleh digunakan hanya jika suhu ambien lebih rendah daripada suhu di titik pengukuran.

• Pelanggaran struktur dalaman logam yang digunakan dalam pembuatan termokopel. Faktanya ialah akibat daripada pengaruh persekitaran luaran, kenalan kehilangan keseragaman mereka, yang menyebabkan kesilapan dalam indeks suhu yang diperoleh.

• Semasa pengukuran, kumpulan hubungan termokopel biasanya terdedah kepada pengaruh negatif alam sekitar, yang menyebabkan gangguan semasa operasi. Ini sekali lagi memerlukan penyegelan kenalan, yang menyebabkan kos tambahan bagi penyelenggaraan sensor tersebut.

• Terdapat bahaya gelombang elektromagnetik yang bertindak pada termokopel, reka bentuk yang menyediakan untuk kumpulan kenalan yang panjang. Ini juga boleh mempengaruhi keputusan pengukuran.

• Dalam beberapa kes, terdapat pelanggaran hubungan linear antara arus elektrik yang dijana dalam termokopel dan suhu di tapak pengukuran. Keadaan yang sama memerlukan penentukuran peralatan kawalan.

Kesimpulannya

Walaupun terdapat kekurangan yang ada, kaedah mengukur suhu dengan bantuan thermocouples, yang pertama kali dicipta dan diuji pada abad ke-19, menemui aplikasi yang luas di semua cabang industri moden.

Di samping itu, terdapat aplikasi di mana penggunaan termokopel adalah satu-satunya cara untuk mendapatkan data suhu. Dan setelah mengenali bahan ini, anda telah memahami sepenuhnya prinsip asas kerja mereka.