Термодвойка: принцип на работа, устройство

Има много различни устройства и механизми, които позволяват измерване на температурата. Някои от тях се използват в ежедневния живот, някои - за различни физически изследвания, производствени процеси и други индустрии.

Едно такова устройство е термодвойка. Принципът на работа и схемата на това устройство ще бъдат разгледани в следващите раздели.

Физическата основа на термодвойката

Принципът на работа на термодвойка се основава на обикновени физически процеси. За пръв път ефектът, въз основа на който работи това устройство, беше изследван от германския учен Томас Себебек.

Същността на явлението, върху което се държи принципът на действие на термодвойката, е както следва. В затворена електрическа верига, състояща се от два проводника от различни типове, се генерира електричество, когато се прилага определена температура на околната среда.

Полученият електрически ток и температурата на околната среда, действащи върху проводниците, са линейно зависими. Тоест, колкото по-висока е температурата, толкова по-голям е електрическият ток, произвеждан от термодвойка. Това е принципът на действие на термодвойката и съпротивления термометър.

В този случай един контакт с термодвойка е в точката, където е необходимо да се измери температурата, то се нарича "горещо". Вторият контакт, с други думи - "студен", - в обратната посока. Приложението за измерване на термодвойки е разрешено само ако стайната температура е по-ниска от тази на мястото на измерване.

Това е кратка схема на работа на термодвойка, принцип на действие. Ще разгледаме видовете термодвойки в следващия раздел.

Видове термодвойки

Във всяка индустрия, където се изискват измервания на температурата, термодвойката се използва главно. Устройството и принципът на работа на различните типове на това устройство са дадени по-долу.

Хромо-алуминиеви термодвойки

Тези термодвойни вериги се използват в повечето случаи за производство на различни сензори и сонди, които позволяват да се контролира температурата в промишленото производство.

Техните отличителни черти могат да се нарекат сравнително ниска цена и огромен диапазон от измерени температури. Те ви позволяват да фиксирате температурата от -200 до + 13000 градуса по Целзий.

Не е подходящо да се използват термодвойки с подобни сплави в работилници и предмети с високо съдържание на сяра във въздуха, тъй като това химически елемент Отрицателно влияе както на хрома, така и на алуминия, което води до смущения във функционирането на устройството.

Хромо-копелни термодвойки

Принципът на термодвойка, чиято контактна група се състои от тези сплави, е същата. Но тези устройства работят главно в течна или газообразна среда с неутрални, неагресивни свойства. Горният температурен индекс не надвишава +8000 градуса по Целзий.

Подобна термодвойка се използва, принципът на нейното действие позволява да се използва за определяне на степента на нагряване на всякакви повърхности, например за определяне на температурата на пещта с отворени пещи или други подобни структури.

Термодвойки от желязо-константан

Тази комбинация от контакти в термодвойка не е толкова обичайна, колкото първият от разглежданите сортове. Принципът на действие на термодвойката е същият, но тази комбинация се оказа добре в изтънчена 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 измерванията поради промяна във физичните и химичните свойства на желязото. Има дори случаи на корозия на железния контакт на термодвойка, когато има водни пари в околния въздух.

Платинени / платинени термодвойки

Най-скъпата термодвойка в производството. Принципът на работа е един и същ, но се различава от съпротивлението си чрез много стабилни и надеждни отчитания на температурата. Има намалена чувствителност.

Основната област на приложение на тези устройства е измерването на високи температури.

Волфрам-рений термодвойки

Също така се използва за измерване на ултра високи температури. Максималната граница, която може да бъде определена с тази схема, е 25 000 градуса по Целзий.

Тяхното използване изисква определени условия. По този начин в процеса на измерване на температурата е необходимо напълно да се елиминира околната атмосфера, която оказва неблагоприятно влияние върху контактите, произтичащи от окислителния процес.

за този волфрам-рений Термодвойките обикновено се поставят в защитни корпуси, напълнени с инертен газ, който защитава техните елементи.

По-горе разгледахме всяка съществуваща термодвойка, устройството, принципа на нейната работа, в зависимост от използваните сплави. Сега нека разгледаме някои конструктивни характеристики.

Дизайн на термодвойка

Има два основни вида термодвойки.

• С използването на изолационен слой. Тази конструкция на термодвойката осигурява изолиране на работния слой на устройството от електрически ток. Такава схема позволява използването на термодвойка в процеса без изолиране на входа от земята.

• Без използването на изолационен слой. Такива термодвойки могат да бъдат свързани само с измервателни вериги, чиито входове не са в контакт със земята. Ако това условие не е изпълнено, устройството ще има две независими затворени вериги, в резултат на което показанията, получени с термодвойка, няма да съответстват на реалността.

Работна термодвойка и нейното приложение

Има отделна версия на това устройство, наречена "бягане". Работният принцип на пътуващата термодвойка сега се разглежда по-подробно.

Този дизайн се използва главно за определяне на температурата на стоманения заготовка, когато се обработва при струговане, фрезоване и други подобни машини.

Трябва да се отбележи, че в този случай е възможно да се използва конвенционална термодвойка, но ако производственият процес изисква висока точност на температурния режим, работещата термодвойка не може да бъде надценена.

Когато се използва този метод, неговите контактни елементи са предварително заварени в детайла. След това по време на обработката на заготовките тези контакти постоянно се излагат на режещия или друг работен инструмент на машината, в резултат на което съединението (което е основният елемент при отстраняването на температурните индекси) "протича" през контактите.

Този ефект се прилага универсално в металообработващата промишленост.

Технологични характеристики на термодвойките

При производството на работната верига на термодвойка, два метални контакта са заварени заедно, за които е известно, че са изработени от различни материали. Кръстовището се нарича "кръстопът".

Трябва да се отбележи, че не е необходимо тази връзка да се използва с шпайкове. Достатъчно е само да обрат два контакта. Но такъв начин на производство няма да има достатъчно ниво на надеждност и също така може да даде грешки при премахването на температурните индикатори.

Ако е необходимо да се измерват високи температури, металният връх се заменя със заваряване. Това се дължи на факта, че в повечето случаи спойката, използвана във връзката, има ниска точка на топене и се унищожава, когато нейното ниво е превишено.

Схемите, за които е приложено заваряване, могат да издържат на по-широк температурен диапазон. Но този метод на свързване има своите недостатъци. Вътрешната структура на метала под влияние на висока температура по време на заваряването може да се промени, което ще повлияе върху качеството на получените данни.

Освен това трябва да се следи състоянието на термодвойните контакти по време на работа. По този начин е възможно да се променят характеристиките на металите във веригата поради влиянието на агресивна среда. Може да има окисляване или взаимно разпространение на материалите. В такава ситуация е необходимо да смените работната верига на термодвойка.

Видове термодвойни възли

Съвременната индустрия произвежда няколко дизайна, които се използват при производството на термодвойки:

• с отворен възел;

• с изолиран възел;

• със заземен кръстопът.

Характеристика на термодвойки с отворен кръстопът е слабата устойчивост на външни влияния.

Следните два вида конструкции могат да се използват за измерване на температури в корозионни среди, които имат разрушителен ефект върху двойката контакти.

В допълнение, в момента индустрията разработва термодвойните производствени вериги за полупроводникови технологии.

Грешка при измерването

Точността на температурните параметри, получени с 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 физикохимичните параметри на металите, от които са направени контактите.

Грешка при измерването се състои от следните компоненти:

• произволна грешка, причинена от производствените характеристики на термодвойките;

• грешката, причинена от нарушаването на температурния режим на "студения" контакт;

• грешка, причинена от външни смущения;

• неточност на контролните уреди.

Предимствата на използването на термодвойки

Предимствата на използването на такива устройства за контрол на температурата, независимо от областта на приложение, включват:

• широка гама от индикатори, които могат да се фиксират с термодвойка;

• Точката на термодвойка, която пряко участва в четенето, може да бъде поставена в пряк контакт с точката на измерване;

• прост процес на производство на термодвойки, тяхната здравина и издръжливост на работа.

Недостатъците на измерването на температурата с термодвойка

Недостатъците на използването на термодвойка включват:

• Необходимостта от постоянно наблюдение на температурата на "студения" термодвойствен контакт. Това е отличителна черта на дизайна на измервателните уреди, базиран на термодвойка. Принципът на действие на тази схема ограничава обхвата на нейното прилагане. Те могат да се използват само ако температурата на околната среда е по-ниска от температурата в точката на измерване.

• Нарушаване на вътрешната структура на металите, използвани при производството на термодвойки. Факт е, че в резултат на влиянието на външната среда контактите губят своята хомогенност, което води до грешки в получените температурни индекси.

• По време на измерването контактната група на термодвойката обикновено е изложена на отрицателното влияние на околната среда, което причинява смущения по време на работа. Това отново изисква уплътняване на контактите, което води до допълнителни разходи за поддръжка на такива сензори.

• Има опасност електромагнитните вълни да действат върху термодвойка, чийто дизайн предвижда дълга контактна група. Това може да повлияе и върху резултатите от измерването.

• В някои случаи има нарушение на линейната връзка между електрическия ток, генериран в термодвойката, и температурата в мястото на измерване. Подобна ситуация изисква калибриране на контролно оборудване.

заключение

Въпреки съществуващите недостатъци, метод на измерване температурата с помощта на термодвойки, която за първи път е измислена и тествана през 19 век, намира широко приложение във всички отрасли на съвременната индустрия.

Освен това има приложения, при които използването на термодвойки е единственият начин да се получат данни за температурата. И като се запознахте с този материал, напълно разбрахте основните принципи на тяхната работа.