Maraming iba't ibang device at mekanismo na nagbibigay-daan sa iyong sukatin ang temperatura. Ang ilan sa mga ito ay ginagamit sa pang-araw-araw na buhay, ang ilan - para sa iba't ibang pisikal na pananaliksik, sa mga proseso ng produksyon at iba pang industriya.
Ang isang ganoong device ay isang thermocouple. Isasaalang-alang namin ang prinsipyo ng pagpapatakbo at ang scheme ng device na ito sa mga sumusunod na seksyon.
Pisikal na batayan ng pagpapatakbo ng thermocouple
Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng thermocouple ay nakabatay sa mga ordinaryong pisikal na proseso. Sa unang pagkakataon, ang epekto kung saan gumagana ang device na ito ay pinag-aralan ng German scientist na si Thomas Seebeck.
Ang kakanyahan ng phenomenon kung saan nakasalalay ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang thermocouple ay ang mga sumusunod. Sa isang closed electrical circuit, na binubuo ng dalawang konduktor ng iba't ibang uri, kapag nalantad sa isang partikular na temperatura ng kapaligiran, lumilitaw ang kuryente.
Ang nagreresultang daloy ng kuryente at ang ambient temperature na kumikilos sa mga konduktor ay nasa isang linear na relasyon. Iyon ay, mas mataas ang temperatura, mas malaki ang electric current na ginawa ng thermocouple. Saito ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng thermocouple at resistance thermometer.
Sa kasong ito, ang isang thermocouple contact ay matatagpuan sa punto kung saan kinakailangan upang sukatin ang temperatura, ito ay tinatawag na "mainit". Ang pangalawang contact, sa madaling salita - "malamig", - sa kabaligtaran ng direksyon. Ang paggamit ng mga thermocouple para sa pagsukat ay pinapayagan lamang kapag ang temperatura ng hangin sa silid ay mas mababa kaysa sa lugar ng pagsukat.
Ito ay isang maikling diagram ng pagpapatakbo ng isang thermocouple, ang prinsipyo ng operasyon. Ang mga uri ng thermocouple ay tatalakayin sa susunod na seksyon.
Mga uri ng thermocouple
Sa bawat industriya kung saan kailangan ang mga pagsukat ng temperatura, ang thermocouple ang pangunahing aplikasyon. Ang device at prinsipyo ng pagpapatakbo ng iba't ibang uri ng unit na ito ay ibinigay sa ibaba.
Chromel-aluminum thermocouples
Ang mga thermocouple circuit na ito ay ginagamit sa karamihan ng mga kaso para sa paggawa ng iba't ibang sensor at probe na nagbibigay-daan sa iyong kontrolin ang temperatura sa pang-industriyang produksyon.
Kabilang sa kanilang mga natatanging tampok ang medyo mababang presyo at malaking hanay ng mga sinusukat na temperatura. Pinapayagan ka nitong ayusin ang temperatura mula -200 hanggang +13000 degrees Celsius.
Hindi ipinapayong gumamit ng mga thermocouples na may mga katulad na haluang metal sa mga tindahan at pasilidad na may mataas na sulfur content sa hangin, dahil negatibong nakakaapekto ang kemikal na elementong ito sa chromium at aluminum, na nagdudulot ng mga malfunction sa device.
Chromel-Kopel thermocouples
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang thermocouple, ang contact group na kung saan ay binubuo ng mga haluang metal na ito, ay pareho. Ngunit ang mga device na ito ay pangunahing gumagana sa isang likido o gas na daluyan, na may neutral, hindi agresibong mga katangian. Ang index sa itaas na temperatura ay hindi lalampas sa +8000 degrees Celsius.
Ginagamit ang isang katulad na thermocouple, ang prinsipyo kung saan pinapayagan itong magamit upang matukoy ang antas ng pag-init ng anumang ibabaw, halimbawa, upang matukoy ang temperatura ng mga open-hearth furnace o iba pang katulad na istruktura.
Iron-constantan thermocouples
Ang kumbinasyong ito ng mga contact sa isang thermocouple ay hindi kasingkaraniwan ng una sa mga itinuturing na varieties. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang thermocouple ay pareho, ngunit ang kumbinasyong ito ay nagpakita ng sarili nitong mabuti sa isang rarefied na kapaligiran. Ang maximum na antas ng sinusukat na temperatura ay hindi dapat lumampas sa +12500 degrees Celsius.
Gayunpaman, kung ang temperatura ay magsisimulang tumaas nang higit sa +7000 degrees, may panganib ng mga paglabag sa katumpakan ng pagsukat dahil sa mga pagbabago sa pisikal at kemikal na mga katangian ng bakal. Mayroong kahit na mga kaso ng kaagnasan ng iron contact ng thermocouple sa pagkakaroon ng singaw ng tubig sa ambient air.
Platinorhodium-platinum thermocouples
Ang pinakamahal na thermocouple na gagawin. Ang prinsipyo ng operasyon ay pareho, ngunit ito ay naiiba mula sa mga katapat nito sa napaka-matatag at maaasahang pagbabasa ng temperatura. Nabawasan ang pagiging sensitibo.
Ang pangunahing aplikasyon ng mga device na ito ay ang pagsukat ng mataas na temperatura.
Tungsten-rhenium thermocouple
Ginagamit din para sukatin ang napakataas na temperatura. Ang maximum na limitasyon na maaaring ayusin gamit ang scheme na ito ay umaabot sa 25 thousand degrees Celsius.
Ang kanilang aplikasyon ay nangangailangan ng pagsunod sa ilang partikular na kundisyon. Kaya, sa proseso ng pagsukat ng temperatura, kinakailangang ganap na alisin ang nakapalibot na kapaligiran, na may negatibong epekto sa mga kontak bilang resulta ng proseso ng oksihenasyon.
Para dito, ang tungsten-rhenium thermocouples ay karaniwang inilalagay sa mga protective casing na puno ng inert gas upang protektahan ang kanilang mga elemento.
Sa itaas, ang bawat umiiral na thermocouple, aparato, ang prinsipyo ng pagpapatakbo nito, depende sa mga haluang metal na ginamit, ay isinasaalang-alang. Ngayon isaalang-alang ang ilang feature ng disenyo.
Thermocouple designs
Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga disenyo ng thermocouple.
- Na may insulating layer. Ang disenyo ng thermocouple na ito ay nagbibigay para sa paghihiwalay ng gumaganang layer ng aparato mula sa electric current. Ang pagsasaayos na ito ay nagbibigay-daan sa thermocouple na magamit sa proseso nang hindi inihihiwalay ang input mula sa lupa.
- Walang paggamit ng insulating layer. Ang ganitong mga thermocouple ay maaari lamang ikonekta sa pagsukat ng mga circuit na ang mga input ay walang kontak sa lupa. Kung hindi matugunan ang kundisyong ito, bubuo ang device ng dalawang independiyenteng closed circuit, na magreresulta sa mga di-wastong pagbabasa ng thermocouple.
Traveling thermocouple at ang paggamit nito
May hiwalayisang uri ng device na ito, na tinatawag na "running". Isasaalang-alang namin ngayon ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang tumatakbong thermocouple nang mas detalyado.
Ang disenyong ito ay pangunahing ginagamit upang makita ang temperatura ng isang steel billet sa panahon ng pagproseso nito sa pagliko, paggiling at iba pang katulad na mga makina.
Dapat tandaan na sa kasong ito posible ring gumamit ng isang tradisyonal na thermocouple, gayunpaman, kung ang proseso ng pagmamanupaktura ay nangangailangan ng mataas na katumpakan ng temperatura, mahirap i-overestimate ang tumatakbong thermocouple.
Kapag inilapat ang pamamaraang ito, ang mga elemento ng contact nito ay ibinebenta sa workpiece nang maaga. Pagkatapos, sa panahon ng pagproseso ng blangko, ang mga contact na ito ay patuloy na nakalantad sa pagkilos ng isang pamutol o iba pang gumaganang tool ng makina, bilang isang resulta kung saan ang junction (na siyang pangunahing elemento kapag kumukuha ng mga pagbabasa ng temperatura) ay tila tumatakbo” kasama ng mga contact.
Ang epektong ito ay malawakang ginagamit sa industriya ng paggawa ng metal.
Mga teknolohikal na tampok ng mga disenyo ng thermocouple
Kapag gumagawa ng gumaganang thermocouple circuit, dalawang metal na contact ang ibinebenta, na, tulad ng alam mo, ay gawa sa iba't ibang materyales. Ang junction ay tinatawag na junction.
Dapat tandaan na hindi kinakailangang gawin ang koneksyon na ito gamit ang paghihinang. I-twist lang ang dalawang contact nang magkasama. Ngunit ang ganitong paraan ng produksyon ay hindi magkakaroon ng sapat na antas ng pagiging maaasahan, at maaari ring magbigay ng mga error kapag kumukuha ng mga pagbabasa ng temperatura.
Kung kailangan mong magsukat ng mataastemperatura, ang paghihinang ng mga metal ay pinapalitan ng kanilang hinang. Ito ay dahil sa katotohanan na sa karamihan ng mga kaso ang panghinang na ginagamit sa koneksyon ay may mababang punto ng pagkatunaw at nasisira kapag ito ay lumampas.
Ang mga circuit na na-welded ay maaaring makatiis ng mas malawak na hanay ng temperatura. Ngunit ang paraan ng koneksyon na ito ay mayroon ding mga kakulangan. Ang panloob na istraktura ng metal kapag nalantad sa mataas na temperatura sa panahon ng proseso ng welding ay maaaring magbago, na makakaapekto sa kalidad ng data na nakuha.
Bilang karagdagan, ang kondisyon ng thermocouple contact ay dapat na subaybayan sa panahon ng operasyon nito. Kaya, posible na baguhin ang mga katangian ng mga metal sa circuit dahil sa epekto ng isang agresibong kapaligiran. Maaaring mangyari ang oksihenasyon o interdiffusion ng mga materyales. Sa ganoong sitwasyon, dapat palitan ang operating circuit ng thermocouple.
Mga uri ng thermocouple junction
Ang modernong industriya ay gumagawa ng ilang disenyo na ginagamit sa paggawa ng mga thermocouples:
- open junction;
- may insulated junction;
- na may grounded junction.
Ang isang tampok ng open-junction thermocouples ay ang mahinang pagtutol sa mga panlabas na impluwensya.
Maaaring gamitin ang sumusunod na dalawang uri ng disenyo kapag nagsusukat ng temperatura sa mga agresibong kapaligiran na may masamang epekto sa pares ng contact.
Bukod dito, kasalukuyang pinagkadalubhasaan ng industriya ang mga scheme para sa paggawa ng mga thermocouples gamit ang mga teknolohiyang semiconductor.
Error sa pagsukat
Ang kawastuhan ng mga pagbabasa ng temperatura na nakuha gamit ang isang thermocouple ay depende sa materyal ng contact group, pati na rin sa mga panlabas na salik. Kasama sa huli ang pressure, radiation background o iba pang mga dahilan na maaaring makaapekto sa mga parameter ng physico-chemical ng mga metal kung saan ginawa ang mga contact.
Ang error sa pagsukat ay binubuo ng mga sumusunod na bahagi:
- random error na dulot ng proseso ng pagmamanupaktura ng thermocouple;
- error na dulot ng paglabag sa temperatura ng "cold" contact;
- error na dulot ng external interference;
- error ng control equipment.
Ang mga benepisyo ng paggamit ng mga thermocouple
Ang mga benepisyo ng paggamit ng mga temperature control device na ito, anuman ang aplikasyon, ay kinabibilangan ng:
- malaking hanay ng mga indicator na maaaring i-record gamit ang isang thermocouple;
- Ang junction ng thermocouple, na direktang kasangkot sa pagkuha ng mga pagbabasa, ay maaaring ilagay sa direktang pakikipag-ugnayan sa punto ng pagsukat;
- Thermocouples ay madaling gawin, matibay at pangmatagalan.
Mga disadvantages ng pagsukat ng temperatura gamit ang thermocouple
Ang mga kawalan ng paggamit ng thermocouple ay kinabibilangan ng:
- Ang pangangailangan para sa patuloy na pagsubaybay sa temperatura ng "malamig" na kontak ng thermocouple. Ito ay isang natatangingtampok na disenyo ng mga instrumento sa pagsukat, na batay sa isang thermocouple. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng pamamaraang ito ay nagpapaliit sa saklaw ng aplikasyon nito. Magagamit lang ang mga ito kung mas mababa ang temperatura sa paligid kaysa sa temperatura sa sukatan.
- Paglabag sa panloob na istraktura ng mga metal na ginagamit sa paggawa ng mga thermocouples. Ang katotohanan ay bilang isang resulta ng pagkakalantad sa panlabas na kapaligiran, ang mga contact ay nawawala ang kanilang pagkakapareho, na nagiging sanhi ng mga error sa nakuha na mga indicator ng temperatura.
- Sa panahon ng proseso ng pagsukat, ang thermocouple contact group ay karaniwang nakalantad sa negatibong impluwensya ng kapaligiran, na nagdudulot ng mga kaguluhan sa proseso. Nangangailangan itong muli ng pagsasara ng mga contact, na nagdudulot ng mga karagdagang gastos sa pagpapanatili para sa mga naturang sensor.
- May panganib ng pagkakalantad sa mga electromagnetic wave sa isang thermocouple, ang disenyo nito ay nagbibigay ng mahabang contact group. Maaari rin itong makaapekto sa mga resulta ng pagsukat.
- Sa ilang mga kaso, may paglabag sa linear na relasyon sa pagitan ng electric current na nangyayari sa thermocouple at ng temperatura sa lugar ng pagsukat. Ang sitwasyong ito ay nangangailangan ng pagkakalibrate ng control equipment.
Konklusyon
Sa kabila ng mga pagkukulang nito, ang paraan ng pagsukat ng temperatura gamit ang mga thermocouple, na unang naimbento at nasubok noong ika-19 na siglo, ay natagpuan ang malawak na aplikasyon nito sa lahat ng sangay ng modernong industriya.
Sa karagdagan, may mga application kung saan ang paggamit ng mga thermocoupleay ang tanging paraan upang makakuha ng data ng temperatura. At pagkatapos basahin ang materyal na ito, lubos mong naunawaan ang mga pangunahing prinsipyo ng kanilang gawain.
