יישום מדחום צמד תרמי בהנדסת כוח מים

תרמומטרים של צמד תרמי שייכים למכשירי מדידת טמפרטורת מגע. הוא מודד טמפרטורה על בסיס עקרון האפקט התרמו -אלקטרוני, המכונה גם אפקט Seebeck, והוא אלמנט מדידת טמפרטורה נפוץ במכשירי מדידת טמפרטורה. מאמר זה מציג בעיקר את היישום של תרמומטרים של צמד תרמי בהנדסת כוח הידרו לצורך התייחסות לקוראים.

1. עיקרון בסיסי של צמד התרמי
תרמומטרים של צמד תרמי שייכים למכשירי מדידת טמפרטורת מגע. הוא מודד טמפרטורה על בסיס עקרון האפקט התרמו -אלקטרוני, המכונה גם אפקט Seebeck, והוא אלמנט מדידת טמפרטורה נפוץ במכשירי מדידת טמפרטורה. חבר מוליכים A ו- B של חומרים שונים לולאה סגורה, כאשר קצה אחד במגע עם נקודת המדידה של הטמפרטורה הנקראת קצה המדידה (או סוף העבודה) והקצה השני שנקרא קצה ההתייחסות (או סוף חופשי). אם הטמפרטורה t ו- t {{0}} בקצה המדידה וקצה ההתייחסות שונים, נוצרת פוטנציאל תרמו -אלקטרי EAB (t, t 0) בין A ל- B במעגל, הנקרא אפקט Seebeck או אפקט תרמו -אלקטרי. גודל ה- EAB משתנה עם חומר המוליכים A ו- B, כמו גם הטמפרטורות T ו- T 0 בשני הקצוות. מעגל מסוג זה נקרא צמד תרמי של אב -טיפוס. ביישומים מעשיים, קצה אחד של A ו- B מרותך זה לזה כקצה המדידה של הצמד התרמי ומונח בטמפרטורה המדודה T, ואילו קצה ההתייחסות מופרד ומחובר למכשיר התצוגה עם חוט, והטמפרטורה T0 בנקודת המגע של קצה ההתייחסות נשמרת יציבה. הפוטנציאל הנמדד על ידי מכשיר התצוגה משתנה רק עם הטמפרטורה הנמדדת.
כאשר חומר מתכת שלישי מחובר למעגל צמד תרמי, כל עוד הטמפרטורה של שני המגעים של החומר זהה, הפוטנציאל התרמו -אלקטרי שנוצר על ידי הצמד התרמי יישאר ללא שינוי ולא יושפע מחיבור המתכת השלישית למעגל. לפיכך, בעת שימוש בצמד תרמי למדידת טמפרטורה, ניתן לחבר מכשיר מדידה למדידת הפוטנציאל התרמו -אלקטרוני, וניתן לקבוע את הטמפרטורה של המדיום המדוד.
על פי הקשר בין פוטנציאל תרמו -אלקטרוני לתפקוד הטמפרטורה. ניתן להפוך לשולחן כיול תרמי. טבלת הסיום מתקבלת בתנאי טמפרטורת הקצה החופשית לתואר =0. לשפכים תרמיים שונים יש טבלאות סיום שונות.
להלכה, ניתן להגדיר כל שני סוגים של מוליכים לצמד תרמי, אך במציאות, לא ניתן להשתמש בכל החומרים לייצור צמד תרמי. לכן, על חומר האלקטרודה התרמו -אלקטרוני לעמוד בדרישות הבאות:
(1) חומרי צמד תרמי יכולים לייצר פוטנציאל תרמו -אלקטרוני גבוה כאשר הם נתונים לטמפרטורה, והקשר בין פוטנציאל תרמו -אלקטרי לטמפרטורה הוא רצוי קשר ליניארי או בערך ליניארי של פונקצית ערך יחיד;
(2) זה יכול למדוד טמפרטורות גבוהות ולהיושם מקומי על פני טווח טמפרטורות רחב. לאחר שימוש ארוך טווח, תכונותיו הפיזיקליות והכימיות כמו גם המאפיינים התרמו-אלקטרוניים נותרו יציבים;
(3) החומר נדרש להיות מקדם התנגדות לטמפרטורה נמוכה, התנגדות חשמלית גבוהה, מוליכות טובה ויכולת תרמית קטנה; ניתן לשחזר טוב, נוח לייצור וחילופי המונים, וקל לפיתוח טבלת דירוג אחידה;
(4) ביצועים מכניים טובים וחומר אחיד;
(5) משאבים בשפע ומחירים נוחים.
על מנת להבטיח הפעלה אמינה ויציבה של צמד תרמי, נדרשות הדרישות הבאות:
(1) ריתוך של שתי האלקטרודות התרמו -אלקטרוניות המרכיבות את הצמד התרמי חייב להיות יציב ומאובטח;
(2) שתי האלקטרודות התרמו -אלקטרוניות צריכות להיות מבודדות היטב זו מזו כדי למנוע מעגלים קצרים;
(3) החיבור בין חוט המפצה לקצה החופשי של הצמד התרמי צריך להיות נוח ואמין;
(4) שרוול המגן אמור להבטיח בידוד מספיק בין האלקטרודה התרמו -אלקטרונית לבין מדיה מזיקה. המאפיינים של מדחומי צמד תרמי כוללים:
(1) דיוק מדידה גבוה. מכיוון שצמד התרמי נמצא במגע ישיר עם האובייקט המדוד ואינו מושפע ממדיום הביניים.
(2) טווח מדידה רחב. צמד תרמי נפוץ יכול למדוד ברציפות מתואר -50 ל- +1600, בעוד שכמה צמד תרמי מיוחד יכול למדוד טמפרטורות נמוכות כמו -269 תואר (כגון כרום ניקל ברזל זהב) וגבוה כמו +2800 תואר (כגון רכיום טונגסטן).
(3) בנייה פשוטה וקל לשימוש. צמד תרמי מורכב בדרך כלל משני סוגים שונים של חוטי מתכת, ואינם מוגבלים על ידי גודל או פתיחה. יש להם שרוולים מגנים מבחוץ, מה שהופך אותם לנוחים מאוד לשימוש. צמד תרמי הוא אלמנט לחישת טמפרטורה שיכול להמיר אותות טמפרטורה לאותות פוטנציאליים תרמו -אלקטריים. על ידי שיתוף פעולה עם מכשירי מדידה חשמליים, ניתן למדוד את הטמפרטורה המדודה.
2. בחירת מדחום תרמו -אלקטרוני
ניתן לחלק צמד תרמי נפוץ לשתי קטגוריות: צמד תרמי סטנדרטי ותוספות תרמיות לא סטנדרטיות. צמד תרמי סטנדרטי מתייחס לצמד תרמי אשר הפוטנציאל התרמו -אלקטרוני שלו וקשר הטמפרטורה שלו, שגיאה מותרת וסולם סטנדרטי מאוחד מוגדרים בתקן *****, ויש לו מכשיר תצוגה תואם זמין לבחירה. צמד תרמי לא סטנדרטי אינו נמצא בשימוש נרחב או באותו סדר גודל כמו צמד תרמי סטנדרטי, ובאופן כללי אין טבלת כיול אחידה. הם משמשים בעיקר למדידות באירועים מיוחדים מסוימים. צמד תרמי סטנדרטי מיוצר על פי תקני IEC ******. סימני החטיבה של צמד תרמי כוללים בעיקר S, R, B, N, K, E, J, T וכו 'ביניהם, S, R ו- B שייכים לתרמית מתכתית יקרה, ואילו n, k, e, j ו- t שייכים לתרמוס מתכת בעלות נמוכה.
המאפיין של סולם S הוא ביצועים חזקים של נוגדי חמצון, המתאימים לשימוש רציף באטמוספירה מחמצנת ואינרטית, עם טמפרטורת שימוש לטווח הארוך של 1400 מעלות וטמפרטורת שימוש לטווח קצר של 1600 מעלות. בין כל הצמדים התרמיים, רמת הדיוק של סימן סולם ה- S גבוהה * * * ומשמשת בדרך כלל כצמד תרמי רגיל;
בהשוואה לסולם ה- S, לסולם R יש ביצועים זהים כמעט למעט עלייה של 15% בפוטנציאל התרמו -אלקטרוני;
לסימן חטיבת B יש פוטנציאל תרמו -אלקטרוני קטן מאוד בטמפרטורת החדר, ולכן בדרך כלל אין צורך בחוטי פיצויים במהלך המדידה. טמפרטורת השימוש לטווח הארוך שלה היא 1600 מעלות, וטמפרטורת השימוש לטווח הקצר שלה היא 1800 מעלות. ניתן להשתמש בו באטמוספרות מחמצן או ניטרליות, כמו גם לשימוש לטווח קצר בתנאי ואקום.
המאפיינים של סולם N הם עמידות חזקה בחמצון בטמפרטורה גבוהה תוך 1300 מעלות, יציבות טובה לטווח הארוך של פוטנציאל תרמו-אלקטרי ושחזור של מחזורי תרמי לטווח הקצר, ועמידות טובה להקרנה גרעינית וטמפרטורה נמוכה. זה יכול להחליף חלקית את הצמד התרמי של S בקנה מידה;
המאפיין של סולם K הוא ביצועים חזקים של נוגדי חמצון, המתאימים לשימוש רציף באטמוספירה מחמצנת ואינרטית, עם טמפרטורת שימוש לטווח הארוך של 1000 מעלות וטמפרטורת שימוש לטווח קצר של 1200 מעלות. בשימוש נרחב בכל צמד התרמי;
המאפיין של סימן החטיבה האלקטרונית הוא שיש לו פוטנציאל תרמו-אלקטרוני גדול ורגישות גבוהה בקרב צמד תרמי נפוץ. מתאים לשימוש רציף באטמוספירה מחמצנת ואינרטית, עם טווח טמפרטורות של 0-800;
המאפיין של סימן חלוקת J הוא שניתן להשתמש בו בשתי האטמוספרות מחמצנות (עם מגבלת טמפרטורה עליונה של 750 מעלות) והפחתת אטמוספרות (עם מגבלת טמפרטורה עליונה של 950 מעלות), והוא עמיד בפני קורוזיה של H2 ו- CO. הוא משמש בדרך כלל בתעשיות זיקוק וכימיקלים;
המאפיין של סולם ה- T הוא שיש לו את רמת הדיוק הגבוהה ביותר בקרב כל צמדת התרמי המתכתית בעלות נמוכה, ומשמשת בדרך כלל למדידת טמפרטורות מתחת ל -300 מעלות.
בשל העובדה כי חומרי הצמד התרמי הם בדרך כלל יקרים (במיוחד בעת שימוש במתכות יקרות), והמרחק בין נקודת המדידה לטמפרטורה למכשיר הוא רחוק, על מנת לחסוך חומרי צמד תרמי ולהפחית עלויות, בדרך כלל משמשים חוטי פיצויים כדי להאריך את הקצה הקור (הקצה החופשי) של הצמד התרמי לחדר בקרה יציב טמפרטורה ולחיבור אותו למסע המכשירים. יש לציין כי פונקציית חוט הפיצוי של הצמד התרמי הוא רק להרחיב את האלקטרודה התרמו -אלקטרונית ולהעביר את הקצה הקר של הצמד התרמי למסוף המכשירים בחדר הבקרה. זה לא יכול לבטל את ההשפעה של שינויי טמפרטורה בקצה הקור על מדידת הטמפרטורה ואין לו השפעה על פיצוי. לפיכך, יש להשתמש בשיטות תיקון אחרות כדי לפצות על ההשפעה של טמפרטורת הקצה הקרה t {0}} ≠ 0 מעלה על מדידת טמפרטורה.
בעת שימוש בחוטי פיצוי של צמד תרמי, חשוב להבטיח שהדגם תואם והקוטביות לא מחוברים באופן שגוי. הטמפרטורה בקצה החיבור בין חוט הפיצוי לצמד התרמי לא צריכה לעלות על 100 מעלות. המודל של מפצה טמפרטורת הצומת הקרה אמור להתאים לדגם של הצמד התרמי ולהשתמש בטווח הטמפרטורה שצוין; בעת חיבור מפצה טמפרטורת הצומת הקרה לצמד התרמי, אין לחבר את הקוטביות בצורה שגויה; התאם את נקודת המוצא של המכשיר על בסיס טמפרטורת שיווי המשקל של המפצה, כך שהמצביע מציין את הטמפרטורה בנקודת שיווי המשקל; מכשירי תצוגה עם מנגנוני פיצויים אוטומטיים אינם מותקנים מפצה; יש לבחון ולכויל באופן קבוע את המפצים.
למתחמים של צמד תרמי יש מגוון רחב של יישומים בייצור תעשייתי. תחילה צריכה להתבסס על בחירת הצמדות התרמיות על הגבול העליון של הטמפרטורה הנמדדת, ויש לבצע את הבחירה הנכונה של אלקטרודות צמד תרמי ושרוולי מגן; בחר את המפרט והממדים של הצמד התרמי על סמך המבנה ומאפייני ההתקנה של האובייקט שנבדק. ניתן לסווג צמד תרמי לסוג תעשייתי רגיל, סוג משוריין וסוג מיוחד בהתאם לצורתם המבנית.