هناك العديد من الأجهزة والآليات المختلفة التي تسمح لك بقياس درجة الحرارة. يتم استخدام بعضها في الحياة اليومية ، والبعض الآخر - لمختلف البحوث الفيزيائية ، في عمليات الإنتاج والصناعات الأخرى.
أحد هذه الأجهزة هو مزدوج حراري. سننظر في مبدأ التشغيل ومخطط هذا الجهاز في الأقسام التالية.
الأساس المادي لعملية المزدوجة الحرارية
يعتمد مبدأ عمل المزدوجات الحرارية على العمليات الفيزيائية العادية. لأول مرة درس العالم الألماني توماس سيبيك التأثير الذي يعمل عليه هذا الجهاز.
جوهر الظاهرة التي يرتكز عليها مبدأ تشغيل المزدوج الحراري هو كما يلي. في دائرة كهربائية مغلقة ، تتكون من موصلين من نوعين مختلفين ، عندما تتعرض لدرجة حرارة محيطة معينة ، تنشأ الكهرباء.
التدفق الكهربائي الناتج ودرجة الحرارة المحيطة التي تعمل على الموصلات في علاقة خطية. أي أنه كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد التيار الكهربائي الناتج عن المزدوجة الحرارية. على الهذا هو مبدأ تشغيل ميزان الحرارة والمقاومة.
في هذه الحالة ، يوجد اتصال حراري واحد عند النقطة التي يكون من الضروري فيها قياس درجة الحرارة ، ويسمى "ساخن". الاتصال الثاني ، بعبارة أخرى - "بارد" ، - في الاتجاه المعاكس. يُسمح باستخدام المزدوجات الحرارية للقياس فقط عندما تكون درجة حرارة الهواء في الغرفة أقل من مكان القياس.
هذا رسم تخطيطي موجز لتشغيل المزدوج الحراري ، مبدأ التشغيل. سيتم مناقشة أنواع المزدوجات الحرارية في القسم التالي.
أنواع المزدوجات الحرارية
في كل صناعة تتطلب قياسات درجة الحرارة ، تكون المزدوجة الحرارية هي التطبيق الرئيسي. الجهاز ومبدأ التشغيل لأنواع مختلفة من هذه الوحدة موضحة أدناه.
المزدوجات الحرارية الكروم والألومنيوم
تُستخدم الدوائر الحرارية المزدوجة في معظم الحالات لإنتاج أجهزة استشعار ومجسات مختلفة تسمح لك بالتحكم في درجة الحرارة في الإنتاج الصناعي.
تشمل ميزاتها المميزة سعرًا منخفضًا إلى حد ما ومجموعة كبيرة من درجات الحرارة المقاسة. إنها تسمح لك بضبط درجة الحرارة من -200 إلى +13000 درجة مئوية.
لا ينصح باستخدام مزدوجات حرارية مع السبائك المماثلة في المتاجر والمنشآت التي تحتوي على نسبة عالية من الكبريت في الهواء ، حيث يؤثر هذا العنصر الكيميائي سلبًا على كل من الكروم والألمنيوم ، مما يتسبب في حدوث أعطال بالجهاز.
المزدوجات الحرارية Chromel-Kopel
مبدأ تشغيل مزدوج حراري ، مجموعة الاتصال التي تتكون من هذه السبائك ، هو نفسه.لكن هذه الأجهزة تعمل بشكل أساسي في وسط سائل أو غازي ، له خصائص محايدة وغير عدوانية. لا يتعدى مؤشر درجة الحرارة العليا +8000 درجة مئوية.
يتم استخدام ازدواج حراري مماثل ، يسمح مبدأه باستخدامه لتحديد درجة تسخين أي أسطح ، على سبيل المثال ، لتحديد درجة حرارة أفران الموقد المفتوح أو غيرها من الهياكل المماثلة.
مزدوجات حرارية حديدية
هذا المزيج من العدسات اللاصقة في المزدوج الحراري ليس شائعًا مثل أول الأصناف المدروسة. مبدأ تشغيل المزدوجات الحرارية هو نفسه ، لكن هذا المزيج أظهر نفسه جيدًا في جو مخلخل. يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى لدرجة الحرارة المقاسة +12500 درجة مئوية
ومع ذلك ، إذا بدأت درجة الحرارة في الارتفاع فوق +7000 درجة ، فهناك خطر حدوث انتهاكات دقة القياس بسبب التغيرات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للحديد. حتى أن هناك حالات تآكل للتلامس الحديدي للمزدوجة الحرارية في وجود بخار الماء في الهواء المحيط.
المزدوجات الحرارية البلاتينية والبلاتينية
أغلى ازدواج حراري في التصنيع. مبدأ التشغيل هو نفسه ، لكنه يختلف عن نظرائه في قراءات درجة حرارة ثابتة وموثوقة للغاية. لديه حساسية منخفضة.
التطبيق الرئيسي لهذه الأجهزة هو قياس درجات الحرارة المرتفعة
التنغستن - الرينيوم المزدوجات الحرارية
تستخدم أيضًا لقياس درجات الحرارة العالية جدًا.الحد الأقصى الذي يمكن إصلاحه باستخدام هذا المخطط يصل إلى 25 ألف درجة مئوية.
طلبهم يتطلب الامتثال لشروط معينة. وبالتالي ، في عملية قياس درجة الحرارة ، من الضروري القضاء تمامًا على الغلاف الجوي المحيط ، والذي له تأثير سلبي على جهات الاتصال نتيجة لعملية الأكسدة.
لهذا الغرض ، يتم وضع المزدوجات الحرارية من التنجستن والرينيوم عادة في أغلفة واقية مملوءة بغاز خامل لحماية عناصرها.
أعلاه ، تم النظر في كل جهاز مزدوج حراري موجود ، ومبدأ التشغيل ، اعتمادًا على السبائك المستخدمة. الآن ضع في اعتبارك بعض ميزات التصميم.
تصاميم المزدوجة الحرارية
هناك نوعان رئيسيان من تصاميم المزدوجة الحرارية.
- بطبقة عازلة. يوفر هذا التصميم للمزدوج الحراري عزل طبقة عمل الجهاز عن التيار الكهربائي. يسمح هذا الترتيب باستخدام المزدوجة الحرارية في العملية دون عزل المدخلات من الأرض.
- بدون استخدام طبقة عازلة. لا يمكن توصيل هذه المزدوجات الحرارية إلا بدوائر القياس التي لا تلامس مدخلاتها الأرض. إذا لم يتم استيفاء هذا الشرط ، فسيقوم الجهاز بتطوير دائرتين منفصلتين مغلقتين ، مما ينتج عنه قراءات غير صالحة للمزدوجات الحرارية.
السفر المزدوج الحراري وتطبيقه
هناك منفصلنوع من هذا الجهاز يسمى "قيد التشغيل". سننظر الآن في مبدأ تشغيل المزدوج الحراري بمزيد من التفصيل.
يستخدم هذا التصميم بشكل أساسي لاكتشاف درجة حرارة قضبان الصلب أثناء معالجتها في الخراطة والطحن والآلات المماثلة الأخرى.
وتجدر الإشارة إلى أنه في هذه الحالة من الممكن أيضًا استخدام مزدوج حراري تقليدي ، ومع ذلك ، إذا كانت عملية التصنيع تتطلب دقة عالية في درجة الحرارة ، فمن الصعب المبالغة في تقدير تشغيل المزدوج الحراري.
عند تطبيق هذه الطريقة ، يتم لحام عناصر الاتصال الخاصة بها في قطعة العمل مسبقًا. بعد ذلك ، أثناء معالجة الفراغ ، تتعرض جهات الاتصال هذه باستمرار لعمل القاطع أو أداة عمل أخرى في الماكينة ، ونتيجة لذلك يبدو أن الوصلة (التي هي العنصر الرئيسي عند أخذ قراءات درجة الحرارة) "تعمل" "على طول جهات الاتصال.
يستخدم هذا التأثير على نطاق واسع في صناعة تشغيل المعادن.
الميزات التكنولوجية لتصميمات المزدوجة الحرارية
عند تصنيع دائرة مزدوجة حرارية عاملة ، يتم لحام اثنين من الملامسات المعدنية ، والتي ، كما تعلم ، مصنوعة من مواد مختلفة. يسمى التقاطع تقاطع.
وتجدر الإشارة إلى أنه ليس من الضروري إجراء هذا الاتصال باستخدام اللحام. ببساطة قم بلف اثنين من العدسات اللاصقة معًا. لكن طريقة الإنتاج هذه لن تتمتع بمستوى كافٍ من الموثوقية ، وقد تؤدي أيضًا إلى حدوث أخطاء عند أخذ قراءات درجة الحرارة.
إذا كنت بحاجة إلى قياس ارتفاعدرجات الحرارة ، يتم استبدال لحام المعادن بلحامها. هذا يرجع إلى حقيقة أنه في معظم الحالات يكون للحام المستخدم في الاتصال نقطة انصهار منخفضة ويتعطل عند تجاوزه.
يمكن أن تتحمل الدوائر التي تم لحامها نطاق درجات حرارة أوسع. لكن طريقة الاتصال هذه لها أيضًا عيوبها. قد يتغير الهيكل الداخلي للمعدن عند تعرضه لدرجات حرارة عالية أثناء عملية اللحام ، مما سيؤثر على جودة البيانات التي يتم الحصول عليها.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب مراقبة حالة جهات الاتصال الحرارية أثناء تشغيلها. لذلك ، من الممكن تغيير خصائص المعادن في الدائرة بسبب تأثير البيئة العدوانية. قد تحدث أكسدة أو تداخل للمواد. في مثل هذه الحالة ، يجب استبدال دائرة التشغيل للمزدوجة الحرارية.
أنواع الوصلات الحرارية
تنتج الصناعة الحديثة عدة تصميمات تستخدم في صناعة المزدوجات الحرارية:
- تقاطع مفتوح ؛
- مع تقاطع معزول ؛
- مع تقاطع مؤرض.
ميزة المزدوجات الحرارية ذات الوصلة المفتوحة هي ضعف المقاومة للتأثيرات الخارجية.
يمكن استخدام النوعين التاليين من التصميم عند قياس درجات الحرارة في البيئات العدوانية التي لها تأثير مدمر على زوج الاتصال.
بالإضافة إلى ذلك ، تعمل الصناعة حاليًا على إتقان مخططات إنتاج المزدوجات الحرارية باستخدام تقنيات أشباه الموصلات.
خطأ القياس
تعتمد صحة قراءات درجة الحرارة التي تم الحصول عليها باستخدام مزدوج حراري على مادة مجموعة الاتصال ، بالإضافة إلى العوامل الخارجية. يشمل الأخير الضغط أو الخلفية الإشعاعية أو أسباب أخرى يمكن أن تؤثر على المعلمات الفيزيائية والكيميائية للمعادن التي تتكون منها جهات الاتصال.
يتكون خطأ القياس من المكونات التالية:
- خطأ عشوائي ناتج عن عملية تصنيع المزدوجات الحرارية ؛
- خطأ ناتج عن انتهاك نظام درجة حرارة جهة الاتصال "الباردة" ؛
- خطأ ناتج عن تدخل خارجي ؛
- خطأ في معدات التحكم.
فوائد استخدام المزدوجات الحرارية
فوائد استخدام أجهزة التحكم في درجة الحرارة هذه ، بغض النظر عن التطبيق ، تشمل:
- مجموعة كبيرة من المؤشرات التي يمكن تسجيلها باستخدام المزدوج الحراري ؛
- يمكن وضع تقاطع المزدوج الحراري ، الذي يشارك بشكل مباشر في أخذ القراءات ، في اتصال مباشر مع نقطة القياس ؛
- المزدوجات الحرارية سهلة التصنيع ودائمة وطويلة الأمد.
عيوب قياس درجة الحرارة بالمزدوجة الحرارية
تشمل عيوب استخدام المزدوجات الحرارية:
- الحاجة إلى المراقبة المستمرة لدرجة حرارة التلامس "البارد" للمزدوج الحراري. هذا مميزميزة تصميم أدوات القياس ، والتي تعتمد على المزدوجات الحرارية. مبدأ تشغيل هذا المخطط يضيق نطاق تطبيقه. يمكن استخدامها فقط إذا كانت درجة الحرارة المحيطة أقل من درجة الحرارة عند نقطة القياس.
- انتهاك البنية الداخلية للمعادن المستخدمة في صناعة المزدوجات الحرارية. الحقيقة هي أنه نتيجة التعرض للبيئة الخارجية ، تفقد جهات الاتصال تماثلها ، مما يتسبب في حدوث أخطاء في مؤشرات درجة الحرارة التي تم الحصول عليها.
- أثناء عملية القياس ، عادة ما تتعرض مجموعة الاتصال المزدوجة الحرارية للتأثير السلبي للبيئة ، مما يسبب اضطرابات في العملية. يتطلب هذا مرة أخرى إغلاق جهات الاتصال ، مما يتسبب في تكاليف صيانة إضافية لمثل هذه المستشعرات.
- هناك خطر التعرض للموجات الكهرومغناطيسية على مزدوج حراري ، حيث يوفر تصميمها مجموعة اتصال طويلة. قد يؤثر هذا أيضًا على نتائج القياس.
- في بعض الحالات ، هناك انتهاك للعلاقة الخطية بين التيار الكهربائي الذي يحدث في المزدوجات الحرارية ودرجة الحرارة في موقع القياس. هذا الموقف يتطلب معايرة معدات التحكم
الخلاصة
على الرغم من عيوبها ، إلا أن طريقة قياس درجة الحرارة باستخدام المزدوجات الحرارية ، والتي تم اختراعها واختبارها لأول مرة في القرن التاسع عشر ، وجدت تطبيقًا واسعًا في جميع فروع الصناعة الحديثة.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك تطبيقات حيث يتم استخدام المزدوجات الحراريةهي الطريقة الوحيدة للحصول على بيانات درجة الحرارة. وبعد قراءة هذه المادة ، تكون قد فهمت تمامًا المبادئ الأساسية لعملهم.
