בחירה נכונה של צמד תרמי וסיבות לשגיאות מדידה

צמד תרמי, כאחד החיישנים החשובים במדידת הטמפרטורה בתחום בקרת האוטומציה התעשייתית, תרמו תרומות רבות למדידת טמפרטורה בענפים שונים. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחום בקרת הטמפרטורה האוטומטית בתעשיות שונות בגלל המבנה הפשוט שלו, מדידת טמפרטורה מדויקת, טווח מדידה רחב ותחזוקה קלה. עם זאת, בדיוק מכיוון שלצמד התרמי עצמו יש מבנה פשוט וקל להתקנה ולהשתמש בו, לרוב מתעלמים מבחירה של פרמטרי המפתח כמו מספר אינדקס ועומק ההכנסה במהלך תהליך הבחירה, וכתוצאה מכך שגיאות מדידה ואף נזק לצמד התרמי במהלך השימוש. בנוסף, שגיאות מדידה הנגרמות על ידי סדרה של סוגיות כמו פיצוי טמפרטורה, זמן תגובה תרמית, עכבה תרמית והשפלת צמד תרמי במהלך תהליך המדידה הביאו גם צרות ניכרות ואף הפסדים כלכליים חמורים למשתמשים בפועל. לפני הדגש ההולך וגובר על בטיחות המכשירים, דיוק המדידה, חיי השירות ויציבות בבקרת אוטומציה תעשייתית מודרנית, מספר רב של חוקרים ומהנדסי מכשור תרמי ערכו מחקר נרחב על דיוק מדידת הטמפרטורה, יכולת ההסתגלות ומבנה מדידת הטמפרטורה של צמד תרמי. על בסיס זה החל מבחירה ויישום מעשי של צמדות תרמיות, מאמר זה מנתח ומרחיב כיצד לבחור את יכולת ההסתגלות של סימני בקנה מידה שונים וטווחי מדידת טמפרטורה של צמד תרמי, בחירת עמדות נקודת מדידת הטמפרטורה וכיצד לבחור נכון את עומק ההכנסה של צמד תרמי. במקביל, נערך ניתוח על שגיאות המדידה הנגרמות כתוצאה מפיצוי טמפרטורה, זמן תגובה תרמית, עכבה תרמית והשפלת צמד תרמי במהלך השימוש בקוליות תרמיות, ופתרונות הובאו. אני מקווה שזה יכול להועיל למדידת הטמפרטורה הנכונה ומדידת טמפרטורה לטווח הארוך של צמד תרמי.
1. בחירת צמד תרמי
צמד תרמי נמצא בשימוש נרחב בגלל פעולתם הפשוטה, אך בתהליך הבחירה הראשוני, לרוב תשומת לב רבה יותר לפרמטרים הקשורים להתקנת צמד תרמי ובטיחות, כמו ממשק ההתקנה ורמת התנגדות הלחץ של חומר השרוול. עם זאת, ניתן להתעלם בקלות על יכולת ההסתגלות, טווח מדידת הטמפרטורה ועומק ההכנסה של צמד תרמי, מה שמשפיע על תוצאות מדידת הטמפרטורה.
1.1 בחירת מספר אינדקס הצמד התרמי
בחירת מספר אינדקס הצמד התרמי נקבעת בדרך כלל על בסיס טמפרטורת העבודה של המדיום המדוד. באופן כללי, על פי טווח מדידת הטמפרטורה של מספר אינדקס שונה של צמד תרמי ושימוש בפועל, אנו מחלקים בערך צמד תרמי לשלוש קטגוריות: טמפרטורה בינונית נמוכה, טמפרטורה גבוהה ובינונית, צינורות תרמית של אינדקס טמפרטורה גבוהה. להלן ניתוח ודיון כיצד לבחור צמד תרמי עבור שלושת טווחי מדידת הטמפרטורה הללו.
1.1.1 בחירת צמד תרמי טמפרטורה בינונית ונמוכה
אם משתמשים במדידה בטמפרטורה נמוכה (-200 תואר ~ +350 תואר), ניתן לבחור צמד תרמי T-scale. למדידה בינונית וטמפרטורה נמוכה (-40 תואר ~ +700 תואר), ניתן לבחור צמד תרמי של סולם EJ. עם זאת, בשל העובדה שהאלקטרודות החיוביות של הצמד התרמי בקנה מידה TJ עשויות מחומרי נחושת טהורים וחומרי ברזל טהורים, הן מחמצנות בקלות במהלך הייצור והשימוש במוצר, כך שלא ניתן להשתמש בהן למדידת טמפרטורה בסביבות חמצון. מומלץ להשתמש בצמד תרמי בקנה מידה אלקטרוני למדידת טמפרטורה בסביבה מחמצנת. הצמד התרמי של אינדקס E לא רק מכסה רק את טווח מדידת הטמפרטורה של צמד התרמי J-Index, אלא גם בעל תפוקה פוטנציאלית תרמו-אלקטרונית גדולה, רגישות גבוהה, יציבות טובה ועמידות חמצון טובה יותר מאשר הצמד התרמי של אינדקס TJ. ניתן להשתמש בו בסביבות חמצון ובגז אינרטי, אך לא ניתן להשתמש בה ישירות בגופרית והפחתת סביבות גז בטמפרטורות גבוהות. זה יביא לשגיאות משמעותיות באחידות הפוטנציאלית התרמו-אלקטרונית של הצמד התרמי E-Index.
1.1.2 בחירת צמד תרמי בטמפרטורה בינונית וגבוהה
צמד תרמי של K. N-DREE הוא צמד תרמי מתכת נמוך בשימוש נרחב בשוק הנוכחי, המשמש בעיקר למדידת טמפרטורה באזורי טמפרטורה בינוניים וגבוהים (-40 תואר ~ +1200 תואר). ביניהם, צמד תרמי k-index תופסים נתח שוק מוחלט בגלל הליניאריות הטובה שלהם, פוטנציאל תרמו-אלקטרי גדול, רגישות גבוהה, יציבות טובה ואחידות, עמידות בפני חמצון חזק ומחיר נמוך. הצמד התרמי של N-Index הוא צמד תרמי סטנדרטי בינלאומי אחרון המתגבר בהצלחה על שני חסרונות חשובים של הצמד התרמי K-Index, כלומר הפוטנציאל התרמו-אלקטרי הלא יציב הנגרם כתוצאה מהסריג המסודר לטווח הקצר של סגסוגת כרום ניקל בין 300 מעלות ל -500 מעלות; חוסר היציבות הפוטנציאלית החשמלית התרמית הנגרמת כתוצאה מחמצון מועדף של סגסוגת כרום ניקל בסביבות 800 מעלות. הביצועים המקיפים שלה עדיפים על אלה של צמד תרמי k-index, מה שהופך אותו לצמד תרמי מבטיח לפיתוח. עם זאת, החיסרון העיקרי של צמד תרמי-תואר N הוא השגיאה הלא לינארית הגדולה בטווח הטמפרטורה הנמוך (-200 מידה ~ 400 מעלות) וחומר הקשה והקשה למכונה.
1.1.3 בחירת צמד תרמי בטמפרטורה גבוהה
S R. הצמד התרמי בכיתה B נקרא צמד תרמי מתכת יקר מכיוון שהאלקטרודות החיוביות והשליליות שלו עשויות סגסוגת פלטינה ופלטינה רודיום. זהו צמד תרמי המתאים למדידה באזורים בטמפרטורה גבוהה (800 מעלות ~ 1600 מעלות). טמפרטורת השימוש המומלצת לטווח הארוך עבור צמד תרמי S ו- R בקנה מידה היא (800 מעלות ~ 1300 מעלות), וטמפרטורת השימוש לטווח הארוך המומלץ עבור צמד תרמי בקנה מידה B היא (800 מעלות ~ 1600 מעלות). בשל דיוק מדידת הטמפרטורה הגבוהה שלהם, יציבות טובה, טווח מדידת טמפרטורה רחבה והגבול העליון בטמפרטורה גבוהה, צמד תרמי מתכת יקר עם סיום לימודים שונים נמצאים בשימוש נרחב ביישומי מדידה בטמפרטורה גבוהה מעל 1000 מעלות, כמו מטלורגיה, זכוכית, קרמיקה ותעשיות אחרות. החסרונות כוללים פוטנציאל תרמו-אלקטרי נמוך, רגישות נמוכה, ירידה בחוזק המכני בטמפרטורות גבוהות, רגישות גבוהה לזיהום, וחומרי מתכת יקרים יקרים, וכתוצאה מכך השקעה חד פעמית גדולה. אך בסך הכל, צמד תרמי מתכת יקר הם עדיין הכוח העיקרי במדידת הטמפרטורה באזורים בטמפרטורה גבוהה. עם שיפור מתמיד של טכנולוגיית ייצור הצמד התרמי, הם יכולים להגן ביעילות על חוטי אלקטרודה מפני זיהום בטמפרטורות גבוהות ולשפר את חיי השירות של המוצרים.