Virsmas temperatūru mērīšana ar termopāriem

Neeksistē viena veida termopārisparedzēti cieto ķermeņu virsmas temperatūras mērīšanai (virsmas termopāri). Esošo virsmas termopāra konstrukciju pārpilnība galvenokārt ir saistīta ar dažādiem mērījumu apstākļiem un virsmu īpašībām, kuru temperatūra ir jāmēra.

Rūpnieciskajā praksē nepieciešams mērīt temperatūru virsmām ar dažādām ģeometriskām formām, fiksētiem un rotējošiem korpusiem, elektriski vadošiem korpusiem un izolatoriem, korpusiem ar augstu un zemu siltumvadītspēju, gludām un raupjām. Tāpēc virsmas termopāri, kas piemēroti lietošanai dažos apstākļos, nav piemēroti citos.

Metāla virsmas temperatūras mērīšana, metinot termopāri

Diezgan bieži, lai izmērītu apsildāmu plānu metāla plākšņu vai cietu korpusu temperatūru, termopāra savienojums tiek tieši pielodēts vai piemetināts pie pārbaudāmās virsmas.Šo temperatūras mērīšanas metodi var uzskatīt par pieņemamu tikai tad, ja tiek veikti noteikti piesardzības pasākumi.

Siltuma apmaiņu starp plāksnes virsmu un termopāru savienojošo lodi galvenokārt veic siltuma plūsma, kas iet caur to saskares virsmu, kas ir daļa no savienojuma virsmas un savienojumam blakus esošajiem termoelektrodiem. Zināmā mērā siltuma apmaiņa notiek ar starojumu starp plāksni un termoelektroda savienojuma virsmas daļu, kas ar to nesaskaras.

No otras puses, savienojuma virsmas daļa, kas saskaras ar plāksni un termopāra termoelektrodiem, zaudē siltumenerģiju radiācijas dēļ uz vēsākiem ķermeņiem, kas ieskauj plāksni, un konvekcijas siltuma pārnesi uz gaisa plūsmām, kas apskalo savienojumu.

Tādējādi krustojums un blakus esošie termopāra termoelektrodi izkliedē ievērojamu daļu siltumenerģijas, kas nepārtraukti tiek piegādāta krustojumam caur plāksnes saskares virsmu.

Līdzsvara rezultātā savienojuma un blakus esošās plāksnes virsmas daļas temperatūra izrādās daudz zemāka par to plāksnes daļu temperatūru, kas atrodas attālināti no savienojuma vietas (mērot augstas temperatūras plānām plāksnēm, šī sistemātiskā mērījumu kļūda var sasniegt simtiem grādu).

Šī kļūda tiek samazināta, samazinot siltuma plūsmas daudzumu, ko izkliedē savienojuma elektrodi un termopāris.Šim nolūkam ir lietderīgi izmantot termopārus, kas izgatavoti no iespējami plānākiem termoelektrodiem.

Pašus termoelektrodus nevajadzētu nekavējoties noņemt no plāksnes, bet labāk ir vispirms novietot tos termiskā kontaktā ar plāksni tādā attālumā, kas vienāds ar vismaz 50 termoelektrodu diametriem.

Jāpatur prātā, ka, ja plāksne un termoelektrodu virsma nav oksidētas, tos var aizvērt plāksne un izmērītā termoelektriskā jauda. utt. v. termopāri atbilst temperatūrai nevis termopāra savienojuma vietā, bet gan termopāra saskares punkta temperatūrai ar virsmu.

Šajā gadījumā starp termoelektrodiem un plāksni jānovieto plāns elektriskās izolācijas slānis, piemēram, plāna vizlas loksne. Ieteicams arī pārklāt visu savienojuma virsmu un termoelektroda laukumu ar siltumizolācijas slāni, piemēram, ugunsizturīgu pārklājumu, lai samazinātu starojuma un konvekcijas siltuma pārneses radītos zudumus.

Ievērojot šos piesardzības pasākumus, ir iespējams nodrošināt, ka metāla detaļu virsmas temperatūra tiek mērīta dažu grādu robežās.

Dažreiz pie metāla plāksnes virsmas tiek piemetināts nevis termopāra savienojums, bet gan tā termopāri kādā attālumā viens no otra.

Šo metāla virsmas temperatūras mērīšanas metodi var uzskatīt par pieņemamu tikai tad, ja ir pārliecība par plākšņu temperatūru vienādību abos termoelektrodu metināšanas punktos. Pretējā gadījumā termopāra ķēdē parādīsies parazitāra termoelektriskā jauda. d. s izstrādāts no termoelektroda materiāliem ar plākšņu materiālu.

Zemāk ir aprakstīti termopāri, piemēram, loks, plāksteris un bajone.Tos izmanto, lai mērītu stacionāru ķermeņu virsmu temperatūru.

Termopāris ar banti (lente)

Deguna termopāris ir aprīkots ar jutīgu elementu, kas izgatavots sloksnes veidā, kas izgatavots no diviem metāliem vai sakausējumiem (piemēram, hromelis un alumelis), kura garums ir 300 mm, platums 10–15 mm, lodēts vai metināts. pieres un velmētas 0,1 - 0,2 mm biezumā...

Lentes gali ar savienojumu vidū ir nostiprināti uz izolatoriem lokveida atsperu roktura galos, lai lente visu laiku būtu nostiepta. No tā galiem līdz mērierīces (milivoltmetra) spailēm ir vadi, kas izgatavoti no tādiem pašiem materiāliem kā abas lentes puses.

Lai izmērītu izliektas virsmas temperatūru, staru kūļa termopāri no vidusdaļas piespiež pret šo virsmu tā, lai virsma būtu pārklāta ar lenti, vismaz 30 mm garumā abās krustojuma pusēs.

Cūku termopāris

Termoelektrodi, kas veido termopāri, tiek pielodēti sarkanā vara diska caurumos. Konstrukcijas mehāniskās izturības nodrošināšanai tiek izmantoti termoelektrodi ar diametru 2 — 3 mm. Diska apakšējā virsma ("plāksteris") ir iestrādāta virsmā, kurai termopāris paredzēts temperatūras mērīšanai.

Plākstera termopāra termoelektromotīves spēks veidojas termoelektrodu aizvēršanas rezultātā ar plākstera metālu. Labas lodēšanas gadījumā šī slēgšana notiek visā plākstera iekšpusē padziļināto termoelektroda segmentu virsmā.Bet elektrisko ķēdi ar viszemāko pretestību galvenokārt veido plākstera augšējais virsmas slānis, un šī slāņa temperatūra galvenokārt nosaka termoelektrisko jaudu. utt. v. termopāri.

Plākstera termopāra siltuma bilances vienādojumi ir līdzīgi tam, kas tika veikts iepriekš attiecībā uz sloksnes termopāri, ar atšķirību, ka papildus siltuma plūsmai, kas izkliedēta konvekcijas un starojuma siltuma pārneses rezultātā no plākstera ārējās virsmas, ir liela svarīgi ir ņemt vērā izkliedētās siltuma plūsmas daļu, ko iesūc termoelektroda plāksteri to siltumvadītspējas dēļ.

Ir nepieciešams ņemt vērā šādu apstākli. Termoelektrodi ir izgatavoti no dažādiem metāliem vai sakausējumiem ar dažādām siltumvadītspējas koeficienta vērtībām. Tā, piemēram, PP tipa platīna-rodija termopāra termopāri raksturo siltumvadītspējas koeficients, kas ir uz pusi mazāks nekā otrajam termopārim - platīnam.

Ja termoelektrodu diametri ir vienādi, tad termoelektrodu siltumvadītspējas koeficientu vērtību atšķirība novedīs pie tā, ka termoelektrodu elektriskās saskares vietās veidojas temperatūras starpība. plāksteris, kas novedīs pie parazitāras termoelektriskās enerģijas parādīšanās termopāra ķēdē. utt. ar

Pin termopāris

Šāda veida termopāri galvenokārt tiek izmantoti relatīvi mīksto metālu un sakausējumu virsmas temperatūras mērīšanai. Bajonetes termopārim tiek izmantoti termoelektrodi, kas izgatavoti no pietiekami cietiem sakausējumiem, piemēram, hroma un alumela ar diametru 3-5 mm.

Viens no termopāra termoelektrodiem ir stingri piestiprināts pie galvas, un otrs var pārvietoties pa savu asi, un nestrādājošā stāvoklī tā galu velk ar atsperi zem pirmā termoelektroda gala. Abu termoelektrodu gali ir vērsti.

Kad termopāri pieved pie ievērojama izmēra objekta, objekta virsma vispirms pieskaras kustīgā termoelektroda galam. Ar papildu spiedienu uz galvu termoelektrods ieiet tajā, līdz termoelektroda gals saskaras ar objekta virsmu. Pēc tam abi punkti caurdur virsmas oksīda plēvi uz objekta virsmas, un šis metāls aizver termopāra elektrisko ķēdi.

Labi noasinot termoelektrodu galus, termopāris sniedz ticamus rezultātus krāsaino metālu virsmu temperatūras mērīšanai ar mīkstu, viegli caurduramu oksīda plēvi.

Bajonetes termopāra izmantošana ar neasiem galiem noved pie tā, ka abu termoelektrodu saskares virsmas ar objektu kļūst salīdzinoši lielas, kā rezultātā priekšmetu virsmas atdziest vietās, kur termopāru gali saskaras un termopāris sniedz nepārprotami nenovērtētus temperatūras rādījumus. Taču jau pēc 20 — 30 sekundēm siltums, kas nāk no objekta apkārtējām zonām, uzsilda atdzesēto sekciju un līdz ar to arī termoelektrodu galus.

Tādējādi bajoneta termopāris ar neasiem galiem saskares brīdī sniedz nenovērtētus objekta temperatūras rādījumus, pēc kuriem dažu desmitu sekunžu laikā tā rādījumi palielinās, asimptotiski tuvojoties stabilai vērtībai.Šī stabilā vērtība vairāk atšķiras no objekta virsmas temperatūras faktiskās vērtības, jo lielāka ir termoelektrodu neaso galu saskares virsma ar objektu.

Virsmas termopāru kalibrēšana

Virsmas termopāra stacionārā temperatūra ir zemāka par izmērīto temperatūru virsmai, ar kuru termopāris saskaras. Šo temperatūras starpību lielā mērā var izskaidrot ar virsmas termopāra kalibrēšanu siltuma pārneses apstākļos no tā ārējās virsmas, tuvojoties darbības apstākļiem.

No šīs pozīcijas izriet, ka termopāra virsmu kalibrēšanas raksturlielums var būtiski atšķirties no termopāra raksturlieluma, kas veidots ar tiem pašiem termoelektrodiem, bet kalibrēts ar salīdzināšanas metodi ar piemēru, kad tos vienlaikus iegremdē termostatētā telpā.

Tāpēc virsmas termopārus nevar kalibrēt, iegremdējot termostatos (šķidruma laboratorijas apkures termostati termopāru kalibrēšanai). Tiem jāpiemēro cita kalibrēšanas tehnika.

Virsmas termopāri tiek kalibrēti, pieliekot vajadzīgo spiedienu uz plānsienu šķidruma termostata ārējo metāla virsmu. Uzkarsētais šķidrums termostata iekšpusē ir labi sajaukts un tā temperatūru mēra ar kādu paraugierīci.

Termostata ārējā virsma ir pārklāta ar siltumizolācijas slāni. Siltumizolācija neaizsedz tikai nelielu ārējās virsmas laukumu, kas ir aptuveni puse no termostata augstuma, uz kura tiek uzlikts termopāris.

Šajā konstrukcijā termostata metāla virsmas temperatūru zem virsmas termopāra ar kļūdu, kas nepārsniedz dažas grādu desmitdaļas, var uzskatīt par vienādu ar šķidruma temperatūru termostatā.