Mjerenje površinskih temperatura termoparovima

Ne postoji termopar jedne vrstedizajniran za mjerenje površinske temperature čvrstih tijela (površinski termoparovi). Obilje postojećih dizajna površinskih termoelemenata prvenstveno je posljedica raznolikosti mjernih uvjeta i svojstava površina čije temperature treba mjeriti.

U industrijskoj praksi potrebno je mjeriti temperature površina različitih geometrijskih oblika, nepomičnih i rotirajućih tijela, elektrovodljivih tijela i izolatora, tijela visoke i niske toplinske vodljivosti, glatkih i hrapavih. Stoga su površinski termoparovi prikladni za upotrebu u nekim uvjetima neprikladni u drugima.

Mjerenje temperature metalne površine zavarivanjem termoelementa

Često se za mjerenje temperatura zagrijanih tankih metalnih ploča ili čvrstih tijela spoj termoelementa izravno zalemi ili zavari na površinu koja se ispituje.Ova metoda mjerenja temperature može se smatrati prihvatljivom samo ako se poduzmu određene mjere opreza.

Izmjena topline između površine ploče i spojne kugle termoparova uglavnom se provodi protokom topline koja prolazi kroz njihovu kontaktnu površinu, koja je dio površine spoja i termoelektroda uz spoj. Do neke mjere, izmjena topline događa se zračenjem između ploče i dijela površine spoja termoelektrode koji nije u kontaktu s njom.

S druge strane, dio površine spoja koji je u kontaktu s pločom i termoelektrode termoelementa gube toplinsku energiju zbog zračenja na hladnija tijela koja okružuju ploču i konvektivnog prijenosa topline na strujanja zraka koja ispiraju spoj.

Dakle, spoj i susjedne termoelektrode termoelementa raspršuju značajan dio toplinske energije koja se kontinuirano dovodi do spoja kroz kontaktnu površinu ploče.

Kao rezultat ravnoteže, temperatura spoja i susjednog dijela površine ploče ispada mnogo niža od temperature dijelova ploče udaljenih od spoja (pri mjerenju visokih temperatura tankih ploča, ova sustavna pogreška mjerenja može doseći stotine stupnjeva) .

Ova se pogreška smanjuje smanjenjem količine toplinskog toka raspršenog spojnim elektrodama i termoelementom.U tu svrhu korisno je koristiti termoparove izrađene od što tanjih termoelektroda.

Same termoelektrode ne treba odmah skidati s ploče, već ih je bolje prvo postaviti u toplinski kontakt s pločom na udaljenosti koja je jednaka najmanje 50 promjera termoelektroda.

Treba imati na umu da ako ploča i površina termoelektroda nisu oksidirane, mogu se zatvoriti pločom i izmjerena termoelektrična snaga. itd. v. termoelement će odgovarati temperaturi ne spoja termoelementa već temperaturi točke kontakta termopara s površinom.

U tom slučaju između termoelektroda i ploče treba postaviti tanki sloj električne izolacije, na primjer tanku ploču tinjca. Također se preporučuje prekrivanje cijele površine spoja i područja termoelektroda slojem toplinske izolacije, na primjer vatrostalnim premazom, kako bi se smanjili gubici zbog zračenja i konvektivnog prijenosa topline.

Pridržavajući se ovih mjera opreza, moguće je osigurati mjerenje površinske temperature metalnih dijelova unutar nekoliko stupnjeva.

Ponekad nije spoj termoelementa koji je zavaren na površinu metalne ploče, već njegovi termoelementi na određenoj udaljenosti jedan od drugog.

Ova metoda mjerenja temperature metalne površine može se smatrati prihvatljivom samo ako postoji povjerenje u jednakost temperatura ploča na dvije točke zavarivanja termoelektroda. Inače će se u krugu termopara pojaviti parazitska termoelektrična energija. d. razvijen od materijala termoelektroda s materijalom ploče.

Ispod je opis termoparova kao što su luk, flaster i bajunet.Koriste se za mjerenje temperatura površina nepokretnih tijela.

Termopar s mašnom (vrpcom)

Nosni termoelement opremljen je osjetljivim elementom izrađenim u obliku trake izrađene od dva metala ili slitine (na primjer, kromel i alumel) duljine 300 mm, širine 10 — 15 mm, zalemljene ili zavarene u čelo i razvaljati na debljinu 0,1 — 0,2mm...

Krajevi trake sa spojem u sredini učvršćeni su na izolatorima na krajevima lučne opružne ručke tako da je traka cijelo vrijeme napeta. Od njezinih krajeva do stezaljki mjernog uređaja (milivoltmetra) vode žice od istih materijala kao i dvije polovice vrpce.

Za mjerenje temperature konveksne površine, termoelement snopa se prisloni na tu površinu iz središnjeg dijela tako da je površina prekrivena trakom, barem za dijelove od 30 mm s obje strane spoja.

Svinjski termopar

Termoelektrode koje tvore termopar zalemljene su u prolazne rupe crveno-bakrenog diska. Da bi se osigurala mehanička čvrstoća konstrukcije, koriste se termoelektrode promjera 2 — 3 mm. Donja površina diska ("zakrpa") ulivena je u površinu za koju je termoelement namijenjen za mjerenje temperature.

Termoelektromotorna sila termoelementa flastera nastaje kao rezultat zatvaranja termoelektroda metalom flastera. Kod dobrog lemljenja, ovo se zatvaranje događa preko cijele površine segmenata termoelektroda udubljenih unutar zakrpe.Ali električni krug s najmanjim otporom uglavnom je formiran gornjim površinskim slojem flastera, a temperatura ovog sloja uglavnom određuje termoelektričnu snagu. itd. v. termoparovi.

Jednadžbe toplinske ravnoteže termoelementa zakrpe slične su onome što je učinjeno gore za termoelement trake, s tom razlikom da osim toplinskog toka raspršenog kao rezultat konvektivnog i radijativnog prijenosa topline s vanjske površine zakrpe, veliki važno je uzeti u obzir dio raspršenog toplinskog toka koji usisavaju termoelektrodne zakrpe zbog njihove toplinske vodljivosti.

Potrebno je uzeti u obzir sljedeću okolnost. Termoelektrode su izrađene od različitih metala ili legura s različitim vrijednostima koeficijenta toplinske vodljivosti. Tako, na primjer, termoelement termoelementa platina-rodij tipa PP karakterizira koeficijent toplinske vodljivosti koji je upola manji od drugog termoelementa - platine.

Ako su promjeri termoelektroda isti, tada će razlika u vrijednostima koeficijenata toplinske vodljivosti termoelektroda dovesti do toga da se temperaturna razlika formira na mjestima električnog kontakta termoelektroda s patch, što će dovesti do pojave parazitske termoelektrične energije u krugu termopara. itd. s

Pin termoelement

Termoparovi ove vrste prvenstveno se koriste za mjerenje površinskih temperatura relativno mekih metala i legura. Za bajunetni termoelement koriste se termoelektrode izrađene od dovoljno tvrdih legura, na primjer kromela i alumela promjera 3-5 mm.

Jedna od termoelektroda termoelementa je fiksno pričvršćena na glavu, a druga se može pomicati oko svoje osi, au neradnom stanju njen kraj se povlači oprugom ispod kraja prve termoelektrode. Krajevi dviju termoelektroda su zašiljeni.

Kada se termoelement prinese predmetu velike veličine, površina predmeta najprije dodiruje vrh pomične termoelektrode. Dodatnim pritiskom na glavu termoelektroda ulazi u nju sve dok vrh termoelektrode ne naiđe na površinu predmeta. Obje točke zatim probijaju površinski oksidni film na površini predmeta i ovaj metal zatvara električni krug termoelementa.

Uz dobro oštrenje krajeva termoelektroda, termoelement daje pouzdane rezultate za mjerenje temperatura površina obojenih metala s mekim, lako probušivim oksidnim filmom.

Primjena bajonetnog termoelementa s tupim vrhovima dovodi do toga da dodirne površine dviju termoelektroda s predmetom postaju relativno velike, zbog čega se površine predmeta hlade na mjestima dodira krajeva termoelementa i termoelement daje očito podcijenjena očitanja temperature. Međutim, već nakon 20 — 30 sekundi toplina koja dolazi iz okolnih područja objekta zagrijava ohlađeni dio, a s njime i krajeve termoelektroda.

Dakle, bajunetni termoelement s tupim krajevima u trenutku kontakta daje podcijenjena očitanja temperature objekta, nakon čega se u roku od nekoliko desetaka sekundi njegova očitanja povećavaju, asimptotski približavajući se stabilnoj vrijednosti.Ova stabilna vrijednost se to više razlikuje od stvarne vrijednosti površinske temperature predmeta što je veća kontaktna površina tupih krajeva termoelektroda s predmetom.

Kalibracija površinskih termoparova

Stacionarna temperatura površinskog termoelementa niža je od izmjerene temperature površine s kojom je termoelement u kontaktu. Ta se temperaturna razlika uvelike može objasniti kalibracijom površinskog termoelementa u uvjetima prijenosa topline s njegove vanjske površine, približavajući se radnim uvjetima.

Iz ovog stava proizlazi da se kalibracijska karakteristika površina termoelementa može značajno razlikovati od karakteristike termoelementa kojeg čine iste termoelektrode, ali kalibrirane metodom usporedbe s primjerom, kada su istovremeno uronjene u termostatirani prostor.

Stoga se površinski termoparovi ne mogu kalibrirati uranjanjem u termostate (tekući termostati za laboratorijsko grijanje za kalibriranje termoparova). Na njih se mora primijeniti drugačija tehnika kalibracije.

Površinski termoparovi kalibriraju se primjenom potrebnog tlaka na vanjsku metalnu površinu tekućinskog termostata tankih stijenki. Zagrijana tekućina unutar termostata dobro se promiješa i njezina se temperatura mjeri nekim uređajem za uzorke.

Vanjska površina termostata prekrivena je slojem toplinske izolacije. Toplinska izolacija ne pokriva samo malu površinu vanjske površine, koja je otprilike polovica visine termostata, na koji je postavljen termoelement.

U ovom dizajnu, temperatura metalne površine termostata ispod površinskog termopara, s greškom koja ne prelazi nekoliko desetinki stupnja, može se smatrati jednakom temperaturi tekućine u termostatu.