Terdapat banyak peranti dan mekanisme berbeza yang membolehkan anda mengukur suhu. Sebahagian daripadanya digunakan dalam kehidupan seharian, sesetengahnya - untuk pelbagai penyelidikan fizikal, dalam proses pengeluaran dan industri lain.
Satu peranti sedemikian ialah termokopel. Kami akan mempertimbangkan prinsip pengendalian dan skema peranti ini dalam bahagian berikut.
Asas fizikal operasi termokopel
Prinsip kerja termokopel adalah berdasarkan proses fizikal biasa. Buat pertama kalinya, kesan peranti ini berfungsi telah dikaji oleh saintis Jerman Thomas Seebeck.
Intipati fenomena di mana prinsip operasi termokopel terletak seperti berikut. Dalam litar elektrik tertutup, yang terdiri daripada dua konduktor berlainan jenis, apabila terdedah kepada suhu ambien tertentu, elektrik timbul.
Aliran elektrik yang terhasil dan suhu ambien yang bertindak pada konduktor adalah dalam hubungan linear. Iaitu, semakin tinggi suhu, semakin besar arus elektrik yang dihasilkan oleh termokopel. Padaini ialah prinsip pengendalian termokopel dan termometer rintangan.
Dalam kes ini, satu sesentuh termokopel terletak pada titik yang diperlukan untuk mengukur suhu, ia dipanggil "panas". Hubungan kedua, dengan kata lain - "sejuk", - dalam arah yang bertentangan. Penggunaan termokopel untuk pengukuran hanya dibenarkan apabila suhu udara di dalam bilik lebih rendah daripada di tempat pengukuran.
Ini ialah rajah ringkas pengendalian termokopel, prinsip operasi. Jenis termokopel akan dibincangkan dalam bahagian seterusnya.
Jenis termokopel
Dalam setiap industri di mana pengukuran suhu diperlukan, termokopel adalah aplikasi utama. Peranti dan prinsip pengendalian pelbagai jenis unit ini diberikan di bawah.
Termokopel aluminium-kromel
Litar termokopel ini digunakan dalam kebanyakan kes untuk penghasilan pelbagai penderia dan probe yang membolehkan anda mengawal suhu dalam pengeluaran perindustrian.
Ciri membezakannya termasuk harga yang agak rendah dan julat besar suhu yang diukur. Ia membolehkan anda menetapkan suhu dari -200 hingga +13000 darjah Celsius.
Tidak digalakkan menggunakan termokopel dengan aloi serupa di kedai dan kemudahan dengan kandungan sulfur yang tinggi di udara, kerana unsur kimia ini memberi kesan negatif kepada kromium dan aluminium, menyebabkan kerosakan pada peranti.
Termokopel Chromel-Kopel
Prinsip pengendalian termokopel, kumpulan sentuhan yang terdiri daripada aloi ini, adalah sama. Tetapi peranti ini beroperasi terutamanya dalam medium cecair atau gas, yang mempunyai sifat neutral dan tidak agresif. Indeks suhu atas tidak melebihi +8000 darjah Celsius.
Termokopel yang serupa digunakan, yang prinsipnya membolehkan ia digunakan untuk menentukan tahap pemanasan mana-mana permukaan, contohnya, untuk menentukan suhu relau perapian terbuka atau struktur lain yang serupa.
Termokopel pemalar besi
Gabungan sesentuh dalam termokopel ini tidak sebiasa jenis pertama yang dipertimbangkan. Prinsip operasi termokopel adalah sama, tetapi gabungan ini telah menunjukkan dirinya dengan baik dalam suasana jarang. Tahap maksimum suhu yang diukur tidak boleh melebihi +12500 darjah Celsius.
Namun, jika suhu mula meningkat melebihi +7000 darjah, terdapat bahaya pelanggaran ketepatan pengukuran akibat perubahan sifat fizikal dan kimia besi. Malah terdapat kes kakisan sentuhan besi termokopel dengan kehadiran wap air dalam udara ambien.
Termokopel Platinorhodium-platinum
Termokopel paling mahal untuk dihasilkan. Prinsip operasi adalah sama, tetapi ia berbeza daripada rakan sejawatannya dalam bacaan suhu yang sangat stabil dan boleh dipercayai. Telah mengurangkan sensitiviti.
Aplikasi utama peranti ini ialah pengukuran suhu tinggi.
Termokopel Tungsten-rhenium
Juga digunakan untuk mengukur suhu ultra-tinggi. Had maksimum yang boleh ditetapkan menggunakan skim ini mencapai 25 ribu darjah Celsius.
Permohonan mereka memerlukan pematuhan syarat tertentu. Oleh itu, dalam proses mengukur suhu, adalah perlu untuk menghapuskan sepenuhnya atmosfera sekeliling, yang mempunyai kesan negatif pada sentuhan akibat proses pengoksidaan.
Untuk ini, termokopel tungsten-rhenium biasanya diletakkan dalam selongsong pelindung yang diisi dengan gas lengai untuk melindungi unsur-unsurnya.
Di atas, setiap termokopel sedia ada, peranti, prinsip operasinya, bergantung pada aloi yang digunakan, telah dipertimbangkan. Sekarang pertimbangkan beberapa ciri reka bentuk.
Reka bentuk termokopel
Terdapat dua jenis reka bentuk termokopel utama.
- Dengan lapisan penebat. Reka bentuk termokopel ini menyediakan untuk mengasingkan lapisan kerja peranti daripada arus elektrik. Susunan ini membolehkan termokopel digunakan dalam proses tanpa mengasingkan input daripada tanah.
- Tanpa menggunakan lapisan penebat. Termokopel tersebut hanya boleh disambungkan kepada litar pengukur yang inputnya tidak bersentuhan dengan tanah. Jika syarat ini tidak dipenuhi, peranti akan membangunkan dua litar tertutup bebas, mengakibatkan bacaan termokopel tidak sah.
Termokopel perjalanan dan aplikasinya
Ada yang berasingansejenis peranti ini, dipanggil "berlari". Kini kami akan mempertimbangkan prinsip pengendalian termokopel berjalan dengan lebih terperinci.
Reka bentuk ini digunakan terutamanya untuk mengesan suhu bilet keluli semasa pemprosesannya semasa memusing, mengisar dan mesin lain yang serupa.
Perlu diingatkan bahawa dalam kes ini adalah mungkin juga untuk menggunakan termokopel konvensional, namun, jika proses pembuatan memerlukan ketepatan suhu tinggi, sukar untuk menilai terlalu tinggi termokopel yang sedang berjalan.
Apabila menggunakan kaedah ini, elemen sentuhannya dipateri ke dalam bahan kerja terlebih dahulu. Kemudian, semasa pemprosesan kosong, kenalan ini sentiasa terdedah kepada tindakan pemotong atau alat kerja lain mesin, akibatnya persimpangan (yang merupakan elemen utama semasa mengambil bacaan suhu) nampaknya berjalan” sepanjang kenalan.
Kesan ini digunakan secara meluas dalam industri kerja logam.
Ciri teknologi reka bentuk termokopel
Apabila menghasilkan litar termokopel yang berfungsi, dua sesentuh logam dipateri, yang, seperti yang anda ketahui, diperbuat daripada bahan yang berbeza. Persimpangan itu dipanggil persimpangan.
Perlu diingatkan bahawa tidak perlu membuat sambungan ini menggunakan pematerian. Cuma putar dua kenalan bersama. Tetapi kaedah pengeluaran sedemikian tidak akan mempunyai tahap kebolehpercayaan yang mencukupi, dan mungkin juga memberikan ralat semasa mengambil bacaan suhu.
Jika anda perlu mengukur tinggisuhu, pematerian logam digantikan dengan kimpalannya. Ini disebabkan fakta bahawa dalam kebanyakan kes, pateri yang digunakan dalam sambungan mempunyai takat lebur yang rendah dan rosak apabila melebihinya.
Litar yang telah dikimpal boleh menahan julat suhu yang lebih luas. Tetapi kaedah sambungan ini juga mempunyai kelemahannya. Struktur dalaman logam apabila terdedah kepada suhu tinggi semasa proses kimpalan mungkin berubah, yang akan menjejaskan kualiti data yang diperoleh.
Selain itu, keadaan sesentuh termokopel hendaklah dipantau semasa operasinya. Jadi, adalah mungkin untuk menukar ciri-ciri logam dalam litar kerana kesan persekitaran yang agresif. Pengoksidaan atau interdifusi bahan mungkin berlaku. Dalam keadaan sedemikian, litar pengendalian termokopel hendaklah diganti.
Jenis simpang termokopel
Industri moden menghasilkan beberapa reka bentuk yang digunakan dalam pembuatan termokopel:
- simpang terbuka;
- dengan simpang bertebat;
- dengan persimpangan dibumikan.
Ciri termokopel simpang terbuka ialah rintangan yang lemah terhadap pengaruh luar.
Dua jenis reka bentuk berikut boleh digunakan apabila mengukur suhu dalam persekitaran agresif yang mempunyai kesan buruk pada pasangan sentuhan.
Selain itu, industri kini sedang menguasai skim untuk pengeluaran termokopel menggunakan teknologi semikonduktor.
Ralat pengukuran
Ketepatan bacaan suhu yang diperoleh menggunakan termokopel bergantung pada bahan kumpulan kenalan, serta faktor luaran. Yang terakhir termasuk tekanan, latar belakang sinaran atau sebab lain yang boleh menjejaskan parameter fiziko-kimia logam dari mana sesentuh dibuat.
Ralat pengukuran terdiri daripada komponen berikut:
- ralat rawak yang disebabkan oleh proses pembuatan termokopel;
- ralat yang disebabkan oleh pelanggaran rejim suhu sentuhan "sejuk";
- ralat yang disebabkan oleh gangguan luar;
- ralat peralatan kawalan.
Faedah menggunakan termokopel
Faedah menggunakan peranti kawalan suhu ini, tanpa mengira aplikasi, termasuk:
- julat besar penunjuk yang boleh dirakam menggunakan termokopel;
- Simpang termokopel, yang terlibat secara langsung dalam mengambil bacaan, boleh diletakkan secara langsung dengan titik pengukur;
- Termokopel mudah dihasilkan, tahan lama dan tahan lama.
Kelemahan mengukur suhu dengan termokopel
Keburukan menggunakan termokopel termasuk:
- Keperluan untuk pemantauan berterusan suhu sentuhan "sejuk" termokopel. Ini adalah yang tersendiriciri reka bentuk alat pengukur, yang berasaskan termokopel. Prinsip operasi skim ini mengecilkan skop penggunaannya. Ia hanya boleh digunakan jika suhu ambien lebih rendah daripada suhu pada titik pengukuran.
- Pelanggaran struktur dalaman logam yang digunakan dalam pembuatan termokopel. Hakikatnya ialah akibat pendedahan kepada persekitaran luaran, kenalan kehilangan keseragamannya, yang menyebabkan ralat dalam penunjuk suhu yang diperolehi.
- Semasa proses pengukuran, kumpulan hubungan termokopel biasanya terdedah kepada pengaruh negatif persekitaran, yang menyebabkan gangguan dalam proses. Ini sekali lagi memerlukan pengedapan kenalan, yang menyebabkan kos penyelenggaraan tambahan untuk penderia tersebut.
- Terdapat risiko pendedahan kepada gelombang elektromagnet pada termokopel, yang reka bentuknya menyediakan kumpulan hubungan yang panjang. Ini juga mungkin menjejaskan hasil pengukuran.
- Dalam sesetengah kes, terdapat pelanggaran hubungan linear antara arus elektrik yang berlaku dalam termokopel dan suhu di tapak pengukuran. Keadaan ini memerlukan penentukuran peralatan kawalan.
Kesimpulan
Walaupun terdapat kekurangannya, kaedah pengukuran suhu menggunakan termokopel, yang pertama kali dicipta dan diuji pada abad ke-19, telah menemui aplikasinya yang meluas dalam semua cabang industri moden.
Selain itu, terdapat aplikasi di mana penggunaan termokopeladalah satu-satunya cara untuk mendapatkan data suhu. Dan selepas membaca bahan ini, anda telah memahami sepenuhnya prinsip asas kerja mereka.
