Postoji mnogo različitih uređaja i mehanizama koji vam omogućavaju 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. Razmotrit ćemo princip rada i šemu ovog uređaja u sljedećim odjeljcima.
Fizička osnova rada termoelementa
Princip rada termoelementa zasniva se na običnim fizičkim procesima. Po prvi put, efekat na koji ovaj uređaj radi proučavao je nemački naučnik Thomas Seebeck.
Suština fenomena na kojem počiva princip rada termopara je sljedeća. U zatvorenom električnom kolu, koji se sastoji od dva provodnika različitih tipova, kada su izloženi određenoj temperaturi okoline, nastaje električna energija.
Rezultirajući električni protok i temperatura okoline koja djeluje na provodnike 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 se nalazi na mestu gde je potrebno izmeriti temperaturu, zove se "vruće". Drugi kontakt, drugim riječima - "hladno", - u suprotnom smjeru. Upotreba termoparova za merenje je dozvoljena samo kada je temperatura vazduha u prostoriji niža nego na mestu merenja.
Ovo je kratak dijagram rada termoelementa, princip rada. O vrstama termoparova će biti reči u sledećem odeljku.
Vrste termoparova
U svakoj industriji u kojoj su potrebna mjerenja temperature, termoelement je glavna primjena. Uređaj i princip rada različitih tipova ove jedinice su dati u nastavku.
Chromel-aluminium termoparovi
Ova kola termoelementa se u većini slučajeva koriste za proizvodnju različitih senzora i sondi koje vam omogućavaju kontrolu temperature u industrijskoj proizvodnji.
Njihove karakteristike uključuju prilično nisku cijenu i veliki raspon izmjerenih temperatura. Omogućavaju vam da fiksirate temperaturu od -200 do +13000 stepeni Celzijusa.
U prodavnicama i objektima sa visokim sadržajem sumpora u vazduhu nije preporučljivo koristiti termoelemente sa sličnim legurama, jer ovaj hemijski element negativno utiče i na hrom i na aluminijum, uzrokujući kvarove u radu uređaja.
Chromel-Kopel termoelementi
Princip rada termoelementa, čija se kontaktna grupa sastoji od ovih legura, je isti. Ali ovi uređaji rade uglavnom u tekućem ili plinovitom mediju, koji ima neutralna, neagresivna svojstva. Gornji temperaturni indeks ne prelazi +8000 stepeni Celzijusa.
Koristi se sličan termopar, čiji princip omogućava da se koristi za određivanje stepena zagrevanja bilo koje površine, na primer, za određivanje temperature peći otvorenog ložišta ili drugih sličnih konstrukcija.
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. Maksimalni nivo izmerene temperature ne bi trebalo da pređe +12500 stepeni Celzijusa.
Međutim, ako temperatura počne da raste iznad +7000 stepeni, postoji opasnost od narušavanja tačnosti merenja zbog promena u fizičkim i hemijskim svojstvima gvožđa. Postoje čak i slučajevi korozije željeznog kontakta termoelementa u prisustvu vodene pare u ambijentalnom vazduhu.
Platinorhodium-platinum termoparovi
Najskuplji termopar za proizvodnju. Princip rada je isti, ali se razlikuje od svojih kolega po vrlo stabilnim i pouzdanim očitanjima temperature. Ima smanjenu osjetljivost.
Glavna primena ovih uređaja je merenje visokih temperatura.
Termoparovi od volfram-renijuma
Također se koristi za mjerenje ultra-visokih temperatura. Maksimalno ograničenje koje se može fiksirati pomoću ove šeme dostiže 25 hiljada stepeni Celzijusa.
Njihova primjena zahtijeva usklađenost sa određenim uslovima. Dakle, u procesu mjerenja temperature potrebno je potpuno eliminirati okolnu atmosferu, koja negativno djeluje na kontakte kao rezultat procesa oksidacije.
Za ovo se termoelementi volfram-renijum obično stavljaju u zaštitna kućišta napunjena inertnim gasom kako bi zaštitili svoje elemente.
Iznad je razmotren svaki postojeći termopar, uređaj, njegov princip rada, ovisno o korištenim legurama. Sada razmotrite neke karakteristike dizajna.
Dizajni termoparova
Postoje dvije glavne vrste dizajna termoparova.
- Sa izolacionim slojem. Ovaj dizajn termoelementa omogućava izolaciju radnog sloja uređaja od električne struje. Ovaj raspored omogućava da se termopar koristi u procesu bez izolacije ulaza od zemlje.
- Bez upotrebe izolacionog sloja. Takvi termoparovi se mogu spojiti samo na mjerna kola čiji ulazi nemaju kontakt sa zemljom. Ako ovaj uslov nije ispunjen, uređaj će razviti dva nezavisna zatvorena kruga, što će rezultirati nevažećim očitanjima termoparova.
Putni termoelement i njegova primjena
Postoji posebanneka vrsta ovog uređaja, koji se zove "trčanje". Sada ćemo detaljnije razmotriti princip rada termoelementa koji radi.
Ovaj dizajn se uglavnom koristi za detekciju temperature čelične gredice tokom njene obrade na struganju, glodanju i drugim sličnim mašinama.
Treba napomenuti da je u ovom slučaju moguće koristiti i konvencionalni termoelement, međutim, ako proizvodni proces zahtijeva visoku temperaturnu preciznost, teško je precijeniti radni termoelement.
Prilikom primjene ove metode, njegovi kontaktni elementi se unaprijed zalemljuju u radni komad. Zatim, tokom obrade zazora, ovi kontakti su stalno izloženi delovanju rezača ili drugog radnog alata mašine, usled čega se spoj (koji je glavni element pri merenju temperature) kao da „pokreće” duž kontakata.
Ovaj efekat se široko koristi u metaloprerađivačkoj industriji.
Tehnološke karakteristike dizajna termoparova
Prilikom proizvodnje radnog kruga termoelementa zalemljena su dva metalna kontakta, koji su, kao što znate, napravljeni od različitih materijala. Spoj se zove spoj.
Treba napomenuti da nije potrebno izvršiti ovu vezu pomoću lemljenja. Jednostavno uvrnite dva kontakta zajedno. Ali takav način proizvodnje neće imati dovoljan nivo pouzdanosti, a može dati i greške 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 tačku topljenja i raspada kada se prekorači.
Krugovi koji su zavareni mogu izdržati širi temperaturni raspon. Ali ovaj način povezivanja ima i svoje nedostatke. Unutrašnja struktura metala kada je izložena visokim temperaturama tokom procesa zavarivanja može se promeniti, što će uticati na kvalitet dobijenih podataka.
Osim toga, potrebno je pratiti stanje kontakata termoelementa tokom njegovog rada. Dakle, moguće je promijeniti karakteristike metala u krugu zbog utjecaja agresivnog okruženja. Može doći do oksidacije ili interdifuzije materijala. U takvoj situaciji treba zamijeniti radni krug termoelementa.
Vrste spojeva termoparova
Moderna industrija proizvodi nekoliko dizajna koji se koriste u proizvodnji termoelementa:
- otvoreni spoj;
- sa izolovanim spojem;
- sa uzemljenim spojem.
Odlika termoparova otvorenog spoja je slaba otpornost na vanjske utjecaje.
Sljedeća dva tipa dizajna mogu se koristiti prilikom mjerenja temperatura u agresivnim sredinama koje imaju razarajući učinak na kontaktni par.
Pored toga, industrija trenutno savladava šeme za proizvodnju termoelementa koristeći poluprovodničke tehnologije.
Greška mjerenja
Točnost očitavanja temperature dobijenih pomoću termoelementa zavisi od materijala kontaktne grupe, kao i od spoljnih faktora. Potonji uključuju pritisak, pozadinu zračenja ili druge razloge koji mogu uticati na fizičko-hemijske parametre metala od kojih su kontakti napravljeni.
Greška mjerenja se sastoji od sljedećih komponenti:
- slučajna greška uzrokovana procesom proizvodnje termoelementa;
- greška uzrokovana kršenjem temperaturnog režima "hladnog" kontakta;
- greška uzrokovana vanjskim smetnjama;
- greška kontrolne opreme.
Prednosti korištenja termoparova
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 direktno uključen u očitavanje, može se staviti u direktan kontakt sa mjernom tačkom;
- Termoparovi su jednostavni za proizvodnju, izdržljivi i dugotrajni.
Nedostaci mjerenja temperature termoelementom
Nedostaci upotrebe termoelementa uključuju:
- Potreba za stalnim praćenjem temperature "hladnog" kontakta termoelementa. Ovo je posebnostKonstruktivna karakteristika mjernih instrumenata koji se temelje na termoparu. Princip rada ove sheme sužava opseg njene primjene. Mogu se koristiti samo ako je temperatura okoline niža od temperature na mjestu mjerenja.
- Povreda unutrašnje strukture metala koji se koriste u proizvodnji termoparova. Činjenica je da kao rezultat izlaganja vanjskom okruženju kontakti gube svoju uniformnost, što uzrokuje greške u dobijenim temperaturnim indikatorima.
- Tokom procesa mjerenja, kontaktna grupa termoparova je obično izložena negativnom utjecaju okoline, što uzrokuje smetnje u procesu. Ovo opet zahtijeva zaptivanje kontakata, što uzrokuje dodatne troškove održavanja takvih senzora.
- Postoji rizik od izlaganja elektromagnetnim talasima na termoparu, čiji dizajn predviđa dugu kontaktnu grupu. Ovo također može uticati na rezultate mjerenja.
- U nekim slučajevima postoji povreda linearne veze između električne struje koja se javlja u termoparu i temperature na mjestu mjerenja. Ova situacija zahtijeva kalibraciju kontrolne opreme.
Zaključak
Uprkos svojim nedostacima, metoda mjerenja temperature pomoću termoparova, koja je prvi put izumljena i testirana u 19. stoljeću, našla je svoju široku primjenu u svim granama moderne industrije.
Pored toga, postoje aplikacije gdje se koriste termoparovije jedini način da dobijete podatke o temperaturi. I nakon čitanja ovog materijala, sasvim ste u potpunosti razumjeli osnovne principe njihovog rada.
