Pinna temperatuuride mõõtmine termopaaridega

Ei eksisteeri ühte tüüpi termopaarmõeldud tahkete kehade pinnatemperatuuri mõõtmiseks (pinna termopaarid). Olemasolevate pinnatermopaaride arvukus tuleneb eelkõige mõõtmistingimuste ja pindade, mille temperatuure tuleb mõõta, omaduste mitmekesisusest.

Tööstuspraktikas on vaja mõõta erineva geomeetrilise kujuga, fikseeritud ja pöörlevate kehade, elektrit juhtivate kehade ja isolaatorite, kõrge ja madala soojusjuhtivusega, siledate ja krobeliste pindade temperatuure. Seetõttu ei sobi teatud tingimustel kasutamiseks sobivad pinnatermopaarid teistes tingimustes.

Metallpinna temperatuuri mõõtmine termopaari keevitamise teel

Üsna sageli joodetakse või keevitatakse kuumutatud õhukeste metallplaatide või tahkete kehade temperatuuride mõõtmiseks termopaari ühendus otse katsetatava pinna külge.Seda temperatuuri mõõtmise meetodit võib pidada vastuvõetavaks ainult siis, kui võetakse kasutusele teatud ettevaatusabinõud.

Plaadi pinna ja termopaaride ühenduskuuli vahelist soojusvahetust teostab peamiselt nende kontaktpinda läbiv soojusvoog, mis on osa ristmiku pinnast ja ühenduskohaga külgnevad termoelektroodid. Teatud määral toimub soojusvahetus kiirguse kaudu plaadi ja termoelektroodi ühenduspinna selle osa vahel, mis sellega kokku ei puutu.

Teisest küljest kaotab plaadi ja termopaari termoelektroodidega kontaktis olev ristmikupinna osa plaati ümbritsevatele külmematele kehadele kiirguse ja konvektiivse soojusülekande tõttu ühenduskohta pesevatele õhuvoogudele soojusenergiat.

Seega hajutavad ristmik ja külgnevad termopaari termoelektroodid olulise osa soojusenergiast, mis plaadi kontaktpinna kaudu ühenduskohta pidevalt tarnitakse.

Tasakaalu tulemusel osutub ristmiku ja plaadi pinna külgneva osa temperatuur palju madalamaks kui plaadi liitekohast kaugemal olevate osade temperatuur (õhukeste plaatide kõrgete temperatuuride mõõtmisel, see süstemaatiline mõõtmisviga võib ulatuda sadadesse kraadidesse).

Seda viga vähendatakse ühenduselektroodide ja termopaari poolt hajutava soojusvoo hulga vähendamisega.Selleks on kasulik kasutada võimalikult õhematest termoelektroodidest valmistatud termopaare.

Termoelektroode endid ei tohiks plaadilt kohe eemaldada, vaid parem on kõigepealt asetada need plaadiga termiliselt kontakti kaugusele, mis on võrdne termoelektroodide vähemalt 50 läbimõõduga.

Tuleb meeles pidada, et kui plaat ja termoelektroodide pind ei ole oksüdeerunud, võivad need olla plaadi poolt suletud ja mõõdetud termoelektriline võimsus. jne. v. termopaar vastab mitte termopaari ristmiku temperatuurile, vaid termopaari kokkupuutepunkti temperatuurile pinnaga.

Sel juhul tuleks termoelektroodide ja plaadi vahele asetada õhuke elektriisolatsioonikiht, näiteks õhuke vilgukivi. Samuti on soovitatav katta kogu ristmiku pind ja termoelektroodiala soojusisolatsioonikihiga, näiteks tulekindla kattega, et vähendada kiirgusest ja konvektiivsest soojusülekandest tulenevaid kadusid.

Neid ettevaatusabinõusid järgides on võimalik tagada, et metallosade pinnatemperatuuri mõõdetakse mõne kraadi piires.

Mõnikord pole metallplaadi pinnale keevitatud mitte termopaari ühendus, vaid selle termopaarid, mis asuvad üksteisest teatud kaugusel.

Seda metallpinna temperatuuri mõõtmise meetodit võib pidada vastuvõetavaks ainult siis, kui plaatide temperatuurid on termoelektroodide kahes keevituspunktis võrdsed. Vastasel juhul ilmub termopaari ahelasse parasiitne termoelektriline võimsus. d. s on välja töötatud termoelektroodi materjalidest koos plaadimaterjaliga.

Allpool on kirjeldatud termopaare, nagu vibu, plaaster ja bajonett.Neid kasutatakse statsionaarsete kehade pindade temperatuuride mõõtmiseks.

Termopaar vibuga (lindiga)

Nina termopaar on varustatud tundliku elemendiga, mis on valmistatud kahest metallist või sulamist (näiteks kromelist ja alumelist) valmistatud riba kujul pikkusega 300 mm, laiusega 10–15 mm, joodetud või keevitatud. otsaesine ja valtsitud 0,1–0,2 mm paksuseks...

Keskel liigendiga lindi otsad kinnitatakse isolaatoritele vöörikujulise vedrukäepideme otstes, nii et lint on kogu aeg pingul. Selle otstest kuni mõõteseadme (millivoltmeetri) klemmideni on juhtmed, mis on valmistatud samadest materjalidest kui lindi kaks poolt.

Kumera pinna temperatuuri mõõtmiseks surutakse tala termopaar keskosast vastu seda pinda nii, et pind oleks kaetud teibiga, vähemalt 30 mm lõigud mõlemal pool ristmikku.

Sea termopaar

Termopaari moodustavad termoelektroodid joodetakse punase vase ketta läbivatesse avadesse. Konstruktsiooni mehaanilise tugevuse tagamiseks kasutatakse 2 — 3 mm läbimõõduga termoelektroode. Ketta alumine pind ("plaaster") on valatud pinna sisse, mille jaoks termopaar on ette nähtud temperatuuri mõõtmiseks.

Plaastri termopaari termoelektromotoorne jõud tekib termoelektroodide sulgemise tulemusena plaastri metalli poolt. Hea jootmise korral toimub see sulgemine kogu plaastri sisse süvistatud termoelektroodi segmentide pinnal.Kuid väikseima takistusega elektriahela moodustab peamiselt plaastri ülemine pinnakiht ja selle kihi temperatuur määrab peamiselt termoelektrilise võimsuse. jne. v. termopaarid.

Plaastri termopaari soojusbilansi võrrandid on sarnased ülaltoodud riba termopaari jaoks tehtuga, selle erinevusega, et lisaks plaastri välispinnalt konvektiivse ja kiirgusliku soojusülekande tulemusena hajunud soojusvoole on suur. Tähtis on võtta arvesse seda osa hajutatud soojusvoost, mille termoelektroodiplaastrid nende soojusjuhtivuse tõttu imevad.

On vaja arvestada järgmise asjaoluga. Termoelektroodid on valmistatud erinevatest metallidest või sulamitest, mille soojusjuhtivuse koefitsient on erinev. Nii näiteks iseloomustab PP-tüüpi plaatina-roodium termopaari termopaari soojusjuhtivuse koefitsient, mis on poole väiksem kui teisel termopaaril - plaatinal.

Kui termoelektroodide läbimõõdud on samad, siis termoelektroodide soojusjuhtivuse koefitsientide väärtuste erinevus toob kaasa asjaolu, et termoelektroodide elektrilise kokkupuute kohtades tekib temperatuuride erinevus. plaaster, mis toob kaasa parasiittermoelektrilise energia ilmumise termopaari ahelasse. jne. koos

Pin termopaar

Seda tüüpi termopaare kasutatakse peamiselt suhteliselt pehmete metallide ja sulamite pinnatemperatuuride mõõtmiseks. Bajonetttermopaari jaoks kasutatakse piisavalt kõvadest sulamitest, näiteks kromelist ja alumelist, valmistatud termoelektroode läbimõõduga 3-5 mm.

Üks termopaari termoelektroodidest on fikseeritult pea külge kinnitatud ja teine ​​saab liikuda oma teljel ning mittetöötavas olekus tõmmatakse selle ots vedru abil esimese termoelektroodi otsa alla. Kahe termoelektroodi otsad on teravad.

Kui termopaar tuuakse märkimisväärse suurusega objektile, puudutab objekti pind esmalt liigutatava termoelektroodi otsa. Peale avaldatava täiendava survega siseneb termoelektrood sellesse, kuni termoelektroodi ots puutub kokku objekti pinnaga. Seejärel läbistavad mõlemad punktid objekti pinnal oleva pinna oksiidkile ja see metall sulgeb termopaari elektriahela.

Termoelektroodide otste hea teritamisega annab termopaar usaldusväärseid tulemusi värviliste metallide pindade temperatuuride mõõtmisel pehme, kergesti läbistatava oksiidkilega.

Nüri otstega bajonetttermopaari kasutamine toob kaasa asjaolu, et kahe termoelektroodi kokkupuutepinnad objektiga muutuvad suhteliselt suureks, mille tulemusena jahtuvad esemete pinnad kohtades, kus termopaarid otsad kokku puutuvad ja termopaar annab selgelt alahinnatud temperatuurinäidud. Kuid juba 20–30 sekundi pärast soojendab objekti ümbritsevatelt aladelt tulev soojus jahtunud sektsiooni ja koos sellega termoelektroodide otsad.

Seega annab kontakti hetkel tömpide otstega bajonetttermopaar objekti temperatuuri alahinnatud näidud, misjärel mõnekümne sekundi jooksul selle näidud suurenevad, lähenedes asümptootiliselt stabiilsele väärtusele.See stabiilne väärtus erineb rohkem objekti pinnatemperatuuri tegelikust väärtusest, mida suurem on termoelektroodide tömpide otste kontaktpind objektiga.

Pinnapealsete termopaaride kalibreerimine

Pinna termopaari statsionaarne temperatuur on madalam kui selle pinna mõõdetud temperatuur, millega termopaar kokku puutub. Seda temperatuurierinevust saab suures osas seletada pinna termopaari kalibreerimisega soojusülekande tingimustes selle välispinnalt, lähenedes töötingimustele.

Sellest asendist järeldub, et termopaari pindade kalibreerimiskarakteristikud võivad samaaegselt termostaaditud ruumi sukeldamisel oluliselt erineda samade termoelektroodide poolt moodustatud, kuid näitega võrdlusmeetodil kalibreeritud termopaari karakteristikust.

Seetõttu ei saa pinnatermopaare kalibreerida termostaatidesse sukeldamisega (vedellabori küttetermostaadid termopaaride kalibreerimiseks). Nende puhul tuleb rakendada teistsugust kalibreerimistehnikat.

Pinnapealsed termopaarid kalibreeritakse õhukese seinaga vedeltermostaadi metallpinna välispinnale vajaliku rõhu rakendamisel. Termostaadi sees kuumutatud vedelik segatakse korralikult läbi ja selle temperatuuri mõõdetakse mõne näidisseadmega.

Termostaadi välispind on kaetud soojusisolatsioonikihiga. Soojusisolatsioon ei kata ainult väikest ala välispinnast, mis on ligikaudu pool termostaadi kõrgusest, millele termopaar on paigaldatud.

Selle konstruktsiooni puhul võib termostaadi pinna termopaari all oleva metallpinna temperatuuri, mille viga ei ületa paar kümnendikku kraadi, lugeda võrdseks termostaadis oleva vedeliku temperatuuriga.