Има много различни устройства и механизми, които ви позволяват да измервате температурата. Някои от тях се използват в ежедневието, други - за различни физически изследвания, в производствени процеси и други индустрии.
Едно такова устройство е термодвойка. Ще разгледаме принципа на действие и схемата на това устройство в следващите раздели.
Физическа основа на работа на термодвойка
Принципът на работа на термодвойка се основава на обикновени физични процеси. За първи път ефектът, върху който работи това устройство, е изследван от немския учен Томас Зеебек.
Същността на явлението, върху което се основава принципът на действие на термодвойка, е както следва. В затворена електрическа верига, състояща се от два проводника от различен тип, когато е изложена на определена температура на околната среда, възниква електричество.
Резултантният електрически поток и околната температура, действаща върху проводниците, са в линейна зависимост. Тоест колкото по-висока е температурата, толкова по-голям е електрическият ток, произведен от термодвойката. Натова е принципът на действие на термодвойката и термометъра за съпротивление.
В този случай един контакт на термодвойка се намира в точката, където е необходимо да се измери температурата, нарича се "горещ". Вторият контакт, с други думи - "студен", - в обратна посока. Използването на термодвойки за измерване е разрешено само когато температурата на въздуха в помещението е по-ниска от тази на мястото на измерване.
Това е кратка диаграма на действието на термодвойка, принципът на действие. Типовете термодвойки ще бъдат обсъдени в следващия раздел.
Видове термодвойки
Във всяка индустрия, където са необходими измервания на температурата, термодвойката е основното приложение. Устройството и принципът на работа на различните типове на това устройство са дадени по-долу.
Хромел-алуминиеви термодвойки
Тези термодвойки се използват в повечето случаи за производството на различни сензори и сонди, които ви позволяват да контролирате температурата в промишленото производство.
Отличителните им характеристики включват сравнително ниска цена и огромен диапазон от измерени температури. Те ви позволяват да фиксирате температурата от -200 до +13000 градуса по Целзий.
Не е препоръчително да използвате термодвойки с подобни сплави в магазини и съоръжения с високо съдържание на сяра във въздуха, тъй като този химичен елемент влияе негативно както на хрома, така и на алуминия, причинявайки неизправности в устройството.
Chromel-Kopel термодвойки
Принципът на работа на термодвойка, чиято контактна група се състои от тези сплави, е същият. Но тези устройства работят главно в течна или газообразна среда, която има неутрални, неагресивни свойства. Горният температурен индекс не надвишава +8000 градуса по Целзий.
Използва се подобна термодвойка, чийто принцип позволява да се използва за определяне на степента на нагряване на всякакви повърхности, например за определяне на температурата на мартенови пещи или други подобни конструкции.
Термодвойки желязо-константан
Тази комбинация от контакти в термодвойка не е толкова често срещана, колкото първата от разглежданите разновидности. Принципът на работа на термодвойка е същият, но тази комбинация се е показала добре в разредена атмосфера. Максималното ниво на измерената температура не трябва да надвишава +12500 градуса по Целзий.
Въпреки това, ако температурата започне да се повишава над +7000 градуса, съществува опасност от нарушаване на точността на измерване поради промени във физичните и химичните свойства на желязото. Има дори случаи на корозия на железния контакт на термодвойката при наличие на водна пара в околния въздух.
платиноводиево-платинени термодвойки
Най-скъпата термодвойка за производство. Принципът на работа е същият, но се различава от своите колеги по много стабилни и надеждни показания на температурата. Има намалена чувствителност.
Основното приложение на тези устройства е измерването на високи температури.
Волфрам-рениеви термодвойки
Използва се и за измерване на свръхвисоки температури. Максималният лимит, който може да бъде фиксиран с тази схема, достига 25 хиляди градуса по Целзий.
Прилагането им изисква спазване на определени условия. По този начин в процеса на измерване на температурата е необходимо напълно да се елиминира заобикалящата атмосфера, която има отрицателен ефект върху контактите в резултат на процеса на окисление.
За това волфрам-рениевите термодвойки обикновено се поставят в защитни кожуси, пълни с инертен газ, за да защитят техните елементи.
По-горе бяха разгледани всяка съществуваща термодвойка, устройство, неговият принцип на работа, в зависимост от използваните сплави. Сега помислете за някои дизайнерски характеристики.
Дизайн на термодвойки
Има два основни типа дизайни на термодвойки.
- С изолационен слой. Този дизайн на термодвойката осигурява изолиране на работния слой на устройството от електрически ток. Тази подредба позволява термодвойката да се използва в процеса без изолиране на входа от земята.
- Без използване на изолационен слой. Такива термодвойки могат да бъдат свързани само към измервателни вериги, чиито входове нямат контакт със земята. Ако това условие не е изпълнено, устройството ще развие две независими затворени вериги, което води до невалидни показания на термодвойка.
Пътуваща термодвойка и нейното приложение
Има отделноедин вид това устройство, наречено "бягане". Сега ще разгледаме принципа на действие на работещата термодвойка по-подробно.
Този дизайн се използва главно за откриване на температурата на стоманена заготовка по време на нейната обработка при струговане, фрезоване и други подобни машини.
Трябва да се отбележи, че в този случай е възможно да се използва и конвенционална термодвойка, но ако производственият процес изисква висока температурна точност, е трудно да се надцени работещата термодвойка.
При прилагане на този метод неговите контактни елементи се запояват предварително в детайла. След това, по време на обработката на заготовката, тези контакти са постоянно изложени на действието на нож или друг работен инструмент на машината, в резултат на което съединението (който е основният елемент при измерване на температурата) изглежда „работи” покрай контактите.
Този ефект е широко използван в металообработващата индустрия.
Технологични характеристики на дизайна на термодвойки
При производството на работеща верига на термодвойка се спояват два метални контакта, които, както знаете, са изработени от различни материали. Възелът се нарича кръстовище.
Трябва да се отбележи, че не е необходимо да се прави тази връзка с помощта на запояване. Просто завъртете два контакта заедно. Но такъв производствен метод няма да има достатъчно ниво на надеждност и може също да даде грешки при измерване на температурата.
Ако трябва да измерите високотемператури, спояването на металите се заменя със заваряването им. Това се дължи на факта, че в повечето случаи спойката, използвана във връзката, има ниска точка на топене и се разпада при превишаване.
Веригите, които са били заварени, могат да издържат на по-широк температурен диапазон. Но този метод на свързване има и своите недостатъци. Вътрешната структура на метала при излагане на високи температури по време на процеса на заваряване може да се промени, което ще се отрази на качеството на получените данни.
Освен това по време на работа трябва да се следи състоянието на контактите на термодвойката. Така че е възможно да се променят характеристиките на металите във веригата поради въздействието на агресивна среда. Може да възникне окисляване или взаимно дифузия на материалите. В такава ситуация работната верига на термодвойката трябва да се смени.
Видове термодвойки връзки
Модерната индустрия произвежда няколко дизайна, които се използват при производството на термодвойки:
- отворен кръстовище;
- с изолиран възел;
- със заземен възел.
Особенност на термодвойките с отворен преход е слабата устойчивост на външни влияния.
Следните два типа дизайн могат да се използват при измерване на температури в агресивни среди, които имат разрушителен ефект върху контактната двойка.
В допълнение, индустрията в момента усвоява схеми за производство на термодвойки, използващи полупроводникови технологии.
Грешка при измерване
Правилността на температурните показания, получени с помощта на термодвойка, зависи от материала на контактната група, както и от външни фактори. Последните включват налягане, радиационен фон или други причини, които могат да повлияят на физико-химичните параметри на металите, от които са направени контактите.
Грешката при измерването се състои от следните компоненти:
- случайна грешка, причинена от производствения процес на термодвойката;
- грешка, причинена от нарушаване на температурния режим на "студения" контакт;
- грешка, причинена от външна намеса;
- грешка на оборудването за управление.
Предимствата от използването на термодвойки
Предимствата от използването на тези устройства за контрол на температурата, независимо от приложението, включват:
- голям набор от индикатори, които могат да бъдат записани с помощта на термодвойка;
- Възходът на термодвойката, който участва пряко в вземането на показания, може да бъде поставен в пряк контакт с точката на измерване;
- Термодвойките са лесни за производство, издръжливи и дълготрайни.
Недостатъци при измерване на температура с термодвойка
Недостатъците на използването на термодвойка включват:
- Необходимостта от постоянно наблюдение на температурата на "студения" контакт на термодвойката. Това е отличителна чертаконструктивна особеност на измервателни уреди, които са базирани на термодвойка. Принципът на действие на тази схема стеснява обхвата на нейното приложение. Те могат да се използват само ако температурата на околната среда е по-ниска от температурата в точката на измерване.
- Нарушение на вътрешната структура на металите, използвани при производството на термодвойки. Факт е, че в резултат на излагане на външна среда, контактите губят своята еднородност, което причинява грешки в получените температурни показатели.
- По време на процеса на измерване контактната група на термодвойката обикновено е изложена на негативното влияние на околната среда, което причинява смущения в процеса. Това отново изисква запечатване на контактите, което води до допълнителни разходи за поддръжка на такива сензори.
- Има риск от излагане на електромагнитни вълни върху термодвойка, чийто дизайн предвижда дълга контактна група. Това може също да повлияе на резултатите от измерването.
- В някои случаи има нарушение на линейната връзка между електрическия ток, който възниква в термодвойката и температурата на мястото на измерване. Тази ситуация изисква калибриране на контролното оборудване.
Заключение
Въпреки своите недостатъци, методът за измерване на температурата с помощта на термодвойки, който за първи път е изобретен и тестван през 19-ти век, намира своето широко приложение във всички клонове на съвременната индустрия.
В допълнение, има приложения, при които използването на термодвойкие единственият начин да получите данни за температурата. И след като прочетете този материал, вие сте разбрали напълно основните принципи на тяхната работа.
