Bir termokuplun çalışma ve tasarım prensibi son derece basittir. Bu, bu cihazın popülaritesine ve bilim ve teknolojinin tüm dallarında yaygın kullanımına yol açtı. Termokupl, -270 ila 2500 Santigrat derece arasında geniş bir aralıktaki sıcaklıkları ölçmek için tasarlanmıştır. Cihaz, onlarca yıldır mühendisler ve bilim adamları için vazgeçilmez bir yardımcı olmuştur. Güvenilir ve kusursuz çalışır ve sıcaklık okumaları her zaman doğrudur. Daha mükemmel ve doğru bir cihaz basitçe mevcut değildir. Tüm modern cihazlar termokupl prensibine göre çalışır. Zor koşullarda çalışırlar.
Termokupl ataması
Bu cihaz, termal enerjiyi elektrik akımına çevirir ve sıcaklık ölçümüne izin verir. Geleneksel cıva termometrelerinin aksine, hem çok düşük hem de çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilir. Bu özellik, çok çeşitli kurulumlarda termokuplların yaygın kullanımına yol açmıştır: endüstriyel metalürjik fırınlar, gaz kazanları, kimyasal ısıl işlem için vakum odaları, ev tipi gaz sobaları için fırınlar. Bir termokuplun çalışma prensibi her zaman değişmeden kalır ve monte edildiği cihaza bağlı değildir.
Termokuplun güvenilir ve kesintisiz çalışması, izin verilen sıcaklık sınırlarının aşılması durumunda cihazların acil kapatma sisteminin çalışmasına bağlıdır. Bu nedenle, insanların hayatlarını tehlikeye atmamak için bu cihaz güvenilir olmalı ve doğru okumalar vermelidir.
Termokupl kullanmanın faydaları
Uygulamadan bağımsız olarak bu tür cihazları sıcaklık kontrolü için kullanmanın avantajları şunları içerir:
- bir termokupl kullanılarak kaydedilebilen çok çeşitli göstergeler;
- Doğrudan okuma alınmasına dahil olan termokuplun lehimlenmesi, ölçüm noktasıyla doğrudan temas halinde yerleştirilebilir;
- termokupl üretiminin basit süreci, güçleri ve dayanıklılıkları.
Termokupl nasıl çalışır?
Bir termokuplun üç ana unsuru vardır. Bunlar, farklı malzemelerden elde edilen iki elektrik iletkeni ve koruyucu bir tüptür. İletkenlerin iki ucu (termoelektrotlar olarak da adlandırılır) lehimlenir ve diğer ikisi bir potansiyometreye (sıcaklık ölçüm cihazı) bağlanır.
Basit bir ifadeyle, bir termokuplun çalışma prensibi, termoelektrotların bağlantı noktasının sıcaklığının ölçülmesi gereken bir ortama yerleştirilmesidir. Seebeck kuralı uyarınca, iletkenlerde potansiyel bir fark ortaya çıkar (aksi takdirde - termoelektrik). Ortamın sıcaklığı ne kadar yüksekse, potansiyel fark o kadar önemlidir. Buna göre cihazın oku daha fazla sapmaktadır.
Modern ölçüm komplekslerinde, dijital sıcaklık göstergeleri mekanik cihazın yerini almıştır. Bununla birlikte, yeni cihaz, özellikleri bakımından Sovyet döneminin eski cihazlarından her zaman üstün olmaktan çok uzaktır. Teknik üniversitelerde ve araştırma kurumlarında, bugüne kadar 20-30 yıl önce potansiyometre kullanıyorlar. Ve inanılmaz ölçüm doğruluğu ve kararlılığı sergilerler.
Cihaz türleri
Her tip termokupl kendi tanımlamasına sahiptir ve genel kabul görmüş standarda göre bölünmüştür. Her elektrot türünün kendi kısaltması vardır: TXA, TXK, TBR, vb. Dönüştürücüler sınıflandırmaya göre dağıtılır:
- Tip E - bir kromel ve konstantan alaşımıdır. Bu cihazın karakteristiği yüksek hassasiyet ve performans olarak kabul edilir. Bu, özellikle çok düşük sıcaklıklarda kullanım için uygundur.
- J - bir demir ve konstantan alaşımını ifade eder. 50 μV / ° C'ye kadar ulaşabilen yüksek hassasiyete sahiptir.
- Tip K, en popüler kromel / alüminyum alaşımı olarak kabul edilir. Bu termokupllar -200 ° C ile +1350 ° C arasında değişen sıcaklıkları tespit edebilir. Cihazlar, oksitleyici olmayan ve atıl koşullarda bulunan devrelerde, yaşlanma belirtisi olmaksızın kullanılır. Cihazlar oldukça asidik bir ortamda kullanıldığında, chromel hızla paslanır ve bir termokupl ile sıcaklığı ölçmek için kullanılamaz hale gelir.
- Tip M - molibden veya kobalt içeren nikel alaşımlarını temsil eder. Cihazlar 1400 ° C'ye kadar dayanabilir ve vakumlu fırın prensibine göre çalışan tesisatlarda kullanılır.
- Tip N - farkı oksidasyona direnç olarak kabul edilen nişrosil-nisil cihazları. -270 ila +1300 ° C aralığındaki sıcaklıkları ölçmek için kullanılırlar.
Sizin için ilginç olacak Cihaz, çalışma prensibi ve süper kapasitörün uygulaması
Rodyum ve platin alaşımlarından yapılmış termokupllar vardır. B, S, R tiplerine aittirler ve en kararlı cihazlar olarak kabul edilirler. Bu dönüştürücülerin dezavantajları yüksek fiyat ve düşük hassasiyettir.
Yüksek sıcaklıklarda renyum ve tungsten alaşımlarından yapılan cihazlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca termokupllar amaçlarına ve çalışma koşullarına göre dalgıç ve yüzey olabilir.
Tasarım gereği, cihazlar statik ve hareketli bir bağlantıya veya flanşa sahiptir. Termoelektrik dönüştürücüler, genellikle bir COM bağlantı noktası üzerinden bağlanan ve kasa içindeki sıcaklığı ölçmek için tasarlanmış bilgisayarlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Seebeck etkisi
Bir termokuplun çalışma prensibi bu fiziksel fenomene dayanmaktadır. Sonuç olarak şudur: Farklı malzemelerden yapılmış iki iletken bağlarsanız (bazen yarı iletkenler kullanılır), o zaman böyle bir elektrik devresi boyunca bir akım dolaşacaktır.
Böylece, iletkenlerin birleşme yeri ısıtılıp soğutulursa, potansiyometre iğnesi salınacaktır. Akım, devreye bağlı bir galvanometre ile de tespit edilebilir.
İletkenlerin aynı malzemeden yapılması durumunda sırasıyla elektromotor kuvveti oluşmayacak, sıcaklığın ölçülmesi mümkün olmayacaktır.
Termokupl bağlantı şeması
Ölçü aletlerini termokupllara bağlamak için en yaygın yöntemler, farklılaştırılmış yöntemin yanı sıra sözde basit yöntemdir. İlk yöntemin özü şu şekildedir: cihaz (potansiyometre veya galvanometre) doğrudan iki iletkene bağlanır. Farklılaştırılmış yöntemle, iletkenlerin bir değil, her iki ucu lehimlenirken, elektrotlardan biri ölçüm cihazı tarafından "kırılır".
Bir termokupl bağlamanın sözde uzak yönteminden bahsetmek imkansızdır. Çalışma prensibi değişmeden kalır. Tek fark, devreye uzatma kablolarının eklenmiş olmasıdır. Bu amaçlar için, sıradan bir bakır kordon uygun değildir, çünkü dengeleme tellerinin mutlaka termokupl iletkenleri ile aynı malzemelerden yapılması gerekir.
Bir termokupl ile sıcaklığı ölçmenin dezavantajları
Bir termokupl kullanmanın dezavantajları şunları içerir:
- Termokuplun "soğuk" kontağının sıcaklığının sürekli izlenmesi ihtiyacı. Bu, bir termokuple dayalı ölçüm cihazlarının tasarımının ayırt edici bir özelliğidir. Bu şemanın çalışma prensibi, uygulamasının kapsamını daraltır. Yalnızca ortam sıcaklığı ölçüm noktasındaki sıcaklıktan düşükse kullanılabilirler.
- Bir termokupl imalatında kullanılan metallerin iç yapısının ihlali.Gerçek şu ki, dış çevrenin etkisinin bir sonucu olarak, kontaklar homojenliklerini kaybederek elde edilen sıcaklık göstergelerinde hatalara neden oluyor.
- Ölçüm sırasında, bir termokuplun temas grubu genellikle çalışma sırasında rahatsızlıklara neden olan olumsuz çevresel etkilere maruz kalır. Bu yine kontakların kapatılmasını gerektirir ve bu da bu tür sensörler için ek bakım maliyetlerine neden olur.
- Uzun kontak grubu ile tasarlanan termokupl üzerinde elektromanyetik dalga tehlikesi vardır. Bu aynı zamanda ölçüm sonuçlarını da etkileyebilir.
- Bazı durumlarda, termokupl içinde ortaya çıkan elektrik akımı ile ölçüm noktasındaki sıcaklık arasındaki doğrusal ilişkinin ihlali söz konusudur. Bu durum, kontrol ekipmanının kalibrasyonunu gerektirir.
İletken malzemeler
Bir termokuplun çalışma prensibi, iletkenlerde potansiyel bir farkın oluşmasına dayanır. Bu nedenle, elektrot malzemelerinin seçimine çok sorumlu bir şekilde yaklaşılmalıdır. Metallerin kimyasal ve fiziksel özelliklerindeki fark, bir termokuplun çalışmasındaki ana faktördür; cihaz ve çalışma prensibi, devrede kendi kendine indüksiyon EMF'sinin (potansiyel fark) oluşmasına dayanmaktadır.
Teknik olarak saf metaller, termokupl olarak kullanıma uygun değildir (ARMKO demir hariç). Yaygın olarak demir dışı ve değerli metallerin çeşitli alaşımları kullanılır. Bu tür malzemeler sabit fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir, böylece sıcaklık okumaları her zaman doğru ve objektif olacaktır. Kararlılık ve hassasiyet, deneyin organizasyonunda ve üretim sürecinde anahtar niteliklerdir.
Şu anda, en yaygın termokupllar aşağıdaki tiplerdendir: E, J, K.
Termokuplların çalışma prensibi ve yapısı
Termokupl, iki iletken ve termoelektrotlar için koruma görevi gören bir tüpten oluşur. Termoelektrotlar, bir uçta (çalışma ucu veya sıcak bağlantı) birbirine sabitlenmiş, çoğunlukla alaşımlar olmak üzere baz ve asil metallerden oluşur, böylece cihazın parçalarından birini oluştururlar. Termokuplun diğer uçları (yükselticiler veya soğuk bağlantı) voltaj ölçere bağlanır. Bağlantısız iki terminalin ortasında bir EMF belirir, değer çalışma ucunun sıcaklığına bağlıdır.
Paralel olarak birleştirilen özdeş termal dönüştürücüler devreyi kapatır, Seebeck kuralına göre, bu kuralı daha fazla ele alacağız, aralarında bir temas potansiyeli farkı veya termoelektrik etki oluşuyor, temas ettiklerinde iletkenler üzerinde elektrik yükleri oluşuyor, aralarında bir potansiyel fark ortaya çıkıyor serbest uçları ve sıcaklık farkına bağlıdır. Sadece termoelektrotlar arasındaki sıcaklık aynı olduğunda, potansiyel fark sıfıra eşittir.
Örneğin: Sıfırdan farklı katsayılara sahip bir bağlantı noktası, sıvıyla iki kaynama tenceresine yerleştirildiğinde, birincinin sıcaklığı 50, ikincisi 45, o zaman potansiyel fark 5 olacaktır.
Potansiyel fark, kaynaklar arasındaki sıcaklık farkı ile belirlenir. Termokupl elektrotlarının yapıldığı malzeme de bağlıdır. Örnek: Bir termokupl Chromel-Alumel'in sıcaklık katsayısı 41'dir ve bir Chromel-Constantan'ın katsayısı 68'dir.
Termokupl tipi K
Bu belki de en yaygın ve yaygın olarak kullanılan termokupl türüdür. Bir çift kromel-alüminyum, -200 ila 1350 santigrat derece arasında değişen sıcaklıklarda harika çalışır. Bu tip termokupl son derece hassastır ve sıcaklıktaki küçük bir sıçramayı bile algılar. Bu parametre seti sayesinde, termokupl hem üretimde hem de bilimsel araştırmada kullanılır. Ancak aynı zamanda önemli bir dezavantajı da var - çalışma atmosferinin bileşiminin etkisi. Dolayısıyla, bu tür bir termokupl bir CO2 ortamında çalışacaksa, o zaman termokupl yanlış okumalar verecektir.Bu özellik, bu tür cihazların kullanımını sınırlar. Termokuplun şeması ve çalışma prensibi değişmeden kalır. Tek fark elektrotların kimyasal bileşimindedir.
Termokupl türleri
Termokupllar için teknik gereksinimler GOST 6616-94 tarafından belirlenir. Termoelektrik termometreler için standart tablolar - nominal statik dönüşüm özellikleri (NSC), tolerans sınıfları ve ölçüm aralıkları IEC 60584-1.2 standardında ve GOST R 8.585-2001'de verilmiştir.
- platin-rodyum-platin - TPP13 - Tip R
- platin-rodyum-platin - TPP10 - Tip S
- platin-rodyum-platin-rodyum - TPR - Tip B
- demir-konstantan (demir-bakır-nikel) TLC - Tip J
- bakır-konstantan (bakır-bakır-nikel) TMKn - Tip T
- nikrosil-nisil (nikel-krom-nikel-nikel-silikon) TNN - Tip N.
- krom-alümel - TXA - Tip K
- kromel-konstantan TChKn - Tip E
- chromel-copel - THK - Tip L
- bakır-kopel - TMK - Tip M
- silkh-silinmiş - ТСС - Tip I
- tungsten ve renyum - tungsten renyum - TVR - Tip A-1, A-2, A-3
Baz metal termokupllar için termokuplların tam alaşım bileşimi IEC 60584-1'de verilmemiştir. Kromel-kopel termokupllar için НСХ ТХК ve tungsten-renyum termokupllar sadece GOST R 8.585-2001'de tanımlanmıştır. IEC standardında termokupl verisi yoktur. Bu nedenle, bu metallerden yapılan ithal sensörlerin özellikleri yerli olanlardan önemli ölçüde farklı olabilir, örneğin ithal Tip L ve yerli THK birbirinin yerine kullanılamaz. Aynı zamanda, kural olarak, ithal edilen ekipman yerel standart için tasarlanmamıştır.
IEC 60584 standardı şu anda gözden geçirilmektedir. NSX'in Rus standardına karşılık geleceği A-1 tipi ve ASTM standardına [6] göre C tipi standart tungsten-renyum termokupllarına dahil edilmesi planlanmaktadır.
IEC, 2008'de iki yeni tip termokupl geliştirdi: altın-platin ve platin-paladyum. Yeni IEC 62460 standardı, bu saf metal termokupllar için standart tablolar oluşturur. Henüz benzer bir Rus standardı yok.
Termokupl İşleminin Kontrol Edilmesi
Termokupl arızalanırsa tamir edilemez. Teorik olarak, elbette düzeltebilirsiniz, ancak cihazın bundan sonra tam sıcaklığı gösterip göstermeyeceği büyük bir soru.
Bazen bir termokuplun arızası açık ve açık değildir. Bu özellikle gazlı su ısıtıcıları için geçerlidir. Bir termokuplun çalışma prensibi hala aynıdır. Ancak, biraz farklı bir rol oynar ve sıcaklık okumalarını görselleştirmek için değil, valf çalışması için tasarlanmıştır. Bu nedenle, böyle bir termokuplun arızasını tespit etmek için, ona bir ölçüm cihazı (test cihazı, galvanometre veya potansiyometre) bağlamak ve termokupl bağlantısını ısıtmak gerekir. Bunu yapmak için, açık ateşte tutulması gerekli değildir. Sadece yumrukla sıkmak ve cihazın okunun sapıp sapmayacağını görmek yeterli.
Termokuplların arızalanmasının nedenleri farklı olabilir. Bu nedenle, iyon-plazma nitrürleme ünitesinin vakum odasına yerleştirilen termokupl üzerine özel bir koruyucu cihaz takmazsanız, zamanla iletkenlerden biri kırılıncaya kadar daha kırılgan hale gelecektir. Ek olarak, elektrotların kimyasal bileşimindeki bir değişiklik nedeniyle termokuplun yanlış çalışması olasılığı da hariç tutulmamaktadır. Sonuçta, termokuplun temel ilkeleri ihlal edildi.
Gaz ekipmanı (kazanlar, kolonlar) ayrıca termokupllarla donatılmıştır. Elektrot arızasının ana nedeni, yüksek sıcaklıklarda gelişen oksidatif süreçlerdir.
Cihazın okumalarının kasıtlı olarak yanlış olması ve harici bir muayene sırasında zayıf kelepçelerin bulunmaması durumunda, bunun nedeni büyük olasılıkla kontrol ve ölçüm cihazının arızasında yatmaktadır. Bu durumda onarım için iade edilmelidir.Uygun niteliklere sahipseniz, sorunu kendiniz çözmeye çalışabilirsiniz.
Ve genel olarak, potansiyometre iğnesi veya dijital gösterge en azından bazı "yaşam belirtileri" gösteriyorsa, termokupl iyi çalışır durumda demektir. Bu durumda, sorun açıkça başka bir şeydir. Ve buna göre, cihaz sıcaklık rejimindeki belirgin değişikliklere herhangi bir şekilde tepki vermezse, termokuplu güvenle değiştirebilirsiniz.
Bununla birlikte, termokupl'u söküp yenisini takmadan önce, arızalı olduğundan tamamen emin olmanız gerekir. Bunu yapmak için, termokuplun sıradan bir test cihazı ile çalması veya daha iyisi, çıkıştaki voltajı ölçmek yeterlidir. Burada sadece sıradan bir voltmetrenin yardımcı olması pek olası değildir. Bir milivoltmetre veya ölçüm ölçeği seçme becerisine sahip bir test cihazına ihtiyacınız olacak. Sonuçta, potansiyel fark çok küçük bir değerdir. Ve standart bir cihaz onu hissetmeyecek ve düzeltmeyecektir bile.
Tasarım özellikleri
Sıcaklığı ölçme süreci konusunda daha titiz olursak, bu prosedür bir termoelektrik termometre kullanılarak gerçekleştirilir. Bu cihazın ana hassas unsuru bir termokupldur.
Ölçüm işleminin kendisi, termokupl içinde bir elektromotor kuvvetin oluşması nedeniyle gerçekleşir. Bir termokupl cihazının bazı özellikleri vardır:
- Elektrotlar, elektrik ark kaynağı kullanarak bir noktada yüksek sıcaklıkları ölçmek için termokupllara bağlanır. Küçük göstergeleri ölçerken, böyle bir temas lehimleme kullanılarak yapılır. Tungsten-renyum ve tungsten-molibden cihazlarındaki özel bileşikler, ek işlem yapılmadan sıkı bükümler kullanılarak gerçekleştirilir.
- Elemanların bağlantısı sadece çalışma alanında gerçekleştirilir ve geri kalan uzunluk boyunca birbirlerinden izole edilirler.
- Üst sıcaklık değerine bağlı olarak izolasyon yöntemi gerçekleştirilir. 100 ila 120 ° C değer aralığı ile hava dahil her türlü yalıtım kullanılır. 1300 ° C'ye kadar olan sıcaklıklarda porselen tüpler veya boncuklar kullanılır. Değer 2000 ° C'ye ulaşırsa, alüminyum oksit, magnezyum, berilyum ve zirkonyumdan oluşan bir yalıtım malzemesi kullanılır.
- Sıcaklığın ölçüldüğü sensörün kullanıldığı ortama bağlı olarak bir dış koruyucu kapak kullanılır. Metal veya seramik tüp şeklinde yapılır. Bu koruma, termokuplun mekanik strese karşı su geçirmezliğini ve yüzey korumasını sağlar. Dış kaplama malzemesi yüksek sıcaklığa maruz kalmaya dayanabilmeli ve mükemmel termal iletkenliğe sahip olmalıdır.
Sayaç ve makinelerin altına elektrik panosu montajı sizin için ilginç olacak
Sensörün tasarımı büyük ölçüde kullanım koşullarına bağlıdır. Bir termokupl oluştururken, ölçülen sıcaklık aralığı, dış ortamın durumu, termal atalet vb. Dikkate alınır.
Termokupl Faydaları
Neden bu kadar uzun bir çalışma geçmişinde termokuplların yerini daha gelişmiş ve modern sıcaklık ölçüm sensörleri almadı? Evet, şu ana kadar başka hiçbir cihazın onunla rekabet edemeyeceği basit bir nedenden dolayı.
İlk olarak, termokupllar nispeten ucuzdur. Bazı koruyucu elemanların ve yüzeylerin, konektörlerin ve konektörlerin kullanılması sonucunda fiyatlar geniş bir aralıkta dalgalanabilir.
İkinci olarak, ısıl çiftler iddiasız ve güvenilirdir, bu da agresif sıcaklık ve kimyasal ortamlarda başarılı bir şekilde çalıştırılmalarına izin verir. Bu tür cihazlar gaz kazanlarına bile monte edilir. Bir termokuplun çalışma prensibi, çalışma koşullarına bakılmaksızın her zaman aynı kalır. Diğer her sensör türü böyle bir darbeye dayanamayacaktır.
Termokupl üretimi ve üretimi için teknoloji basittir ve pratikte uygulanması kolaydır.Kabaca konuşursak, tellerin uçlarını farklı metal malzemelerden bükmek veya kaynaklamak yeterlidir.
Diğer bir olumlu özellik, ölçümlerin doğruluğu ve ihmal edilebilir hatadır (sadece 1 derece). Bu doğruluk, endüstriyel üretim ihtiyaçları ve bilimsel araştırmalar için fazlasıyla yeterlidir.
Termokupl bağlantı türleri
Modern endüstri, termokuplların üretiminde kullanılan çeşitli tasarımlar üretir:
- açık bir kavşak ile;
- izole bir kavşak ile;
- topraklı bir bağlantı ile.
Açık bağlantı termokupllarının bir özelliği, dış etkilere karşı zayıf dirençtir.
Temas çifti üzerinde yıkıcı bir etkiye sahip olan agresif ortamdaki sıcaklıkları ölçerken aşağıdaki iki tip yapı kullanılabilir.
Ek olarak, şu anda endüstri, yarı iletken teknolojileri kullanarak termokupl üretimi için planlarda uzmanlaşmaktadır.
Termokuplun Dezavantajları
Bir termokuplun, özellikle en yakın rakipleriyle (diğer türlerdeki sıcaklık sensörleri) karşılaştırıldığında pek çok dezavantajı yoktur, ancak yine de öyledir ve onlar hakkında sessiz kalmak haksızlık olur.
Dolayısıyla, potansiyel fark milivolt cinsinden ölçülür. Bu nedenle çok hassas potansiyometreler kullanmak gerekir. Ve ölçüm cihazlarının her zaman deneysel verilerin toplandığı yerin yakınına yerleştirilemeyeceğini hesaba katarsak, bazı amplifikatörlerin kullanılması gerekir. Bu, bir takım rahatsızlıklara neden olur ve organizasyonda ve üretimin hazırlanmasında gereksiz maliyetlere yol açar.
Termokupl türleri
- Krom-alüminyum
... Esas olarak endüstride kullanılırlar. Karakteristik özellikler: geniş sıcaklık aralığı -200 ... + 13000 ° C, uygun maliyet. Yüksek sülfür içeriğine sahip mağazalarda kullanım için onaylanmamıştır. - Chromel-copel
... Uygulama önceki tipe benzer, özelliği sadece agresif olmayan sıvı ve gazlı ortamlarda performansın korunmasıdır. Genellikle açık ocak fırınlarında sıcaklıkları ölçmek için kullanılır. - Demir sabiti
... Nadir bir atmosferde etkilidir. - Platin-rodyum-platin
... En pahalı. Kararlı ve doğru okumalarla karakterize edilirler. Yüksek sıcaklıkları ölçmek için kullanılır. - Tungsten-renyum
... Genellikle tasarımlarında koruyucu kılıflar bulunur. Ana uygulama alanı, çok yüksek sıcaklıklara sahip ortamların ölçülmesidir.
