Ang thermocouple ay isang aparato para sa pagsukat ng temperatura sa lahat ng sangay ng agham at teknolohiya. Ang artikulong ito ay nagpapakita ng pangkalahatang pangkalahatang-ideya ng mga thermocouple na may pagsusuri sa disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng device. Inilalarawan ang mga uri ng thermocouple na may mga maikling katangian nito, at binibigyan din ng pagtatasa ang thermocouple bilang instrumento sa pagsukat.
Nilalaman
Thermocouple device
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang thermocouple. Seebeck effect
Ang operasyon ng isang thermocouple ay dahil sa paglitaw ng thermoelectric effect, na natuklasan ng German physicist na si Tomas Seebeck noong 1821.
Ang kababalaghan ay batay sa paglitaw ng kuryente sa isang closed electrical circuit kapag nakalantad sa isang tiyak na temperatura ng kapaligiran. Ang isang electric current ay nangyayari kapag may pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng dalawang conductor (thermoelectrodes) ng magkaibang komposisyon (dissimilar metals o alloys) at pinananatili sa pamamagitan ng pagpapanatili sa lugar ng kanilang mga contact (junctions). Ipinapakita ng device ang halaga ng sinusukat na temperatura sa screen ng nakakonektang pangalawang device.
Ang output boltahe at temperatura ay magkakaugnay na magkakaugnay. Nangangahulugan ito na ang pagtaas sa sinusukat na temperatura ay nagreresulta sa mas mataas na halaga ng millivolt sa mga libreng dulo ng thermocouple.
Ang junction na matatagpuan sa punto ng pagsukat ng temperatura ay tinatawag na "mainit", at ang lugar kung saan ang mga wire ay konektado sa converter ay tinatawag na "malamig".
Cold junction temperature compensation (CJC)
Ang Cold junction compensation (CJC) ay isang kompensasyon na inilapat bilang pagwawasto sa kabuuang pagbabasa kapag sinusukat ang temperatura sa punto kung saan nakakonekta ang thermocouple lead. Ito ay dahil sa mga pagkakaiba sa pagitan ng aktwal na temperatura ng mga dulo ng malamig at ang mga kinakalkula na pagbabasa ng talahanayan ng pagkakalibrate para sa temperatura ng malamig na junction sa 0°C.
Ang CCS ay isang differential method kung saan ang mga absolute temperature reading ay makikita mula sa isang kilalang cold junction temperature (kilala rin bilang reference junction).
Disenyo ng Thermocouple
Kapag nagdidisenyo ng isang thermocouple, ang impluwensya ng mga kadahilanan tulad ng "agresibo" ng panlabas na kapaligiran, ang estado ng pagsasama-sama ng sangkap, ang hanay ng mga sinusukat na temperatura, at iba pa ay isinasaalang-alang.
Mga tampok ng disenyo ng Thermocouple:
1) Ang mga junction ng mga conductor ay magkakaugnay sa pamamagitan ng pag-twist o pag-twist na may karagdagang electric arc welding (bihirang sa pamamagitan ng paghihinang).
MAHALAGA: Hindi inirerekomenda na gamitin ang paraan ng pag-twist dahil sa mabilis na pagkawala ng mga katangian ng junction.
2) Ang mga thermoelectrode ay dapat na nakahiwalay sa kuryente sa buong haba nito, maliban sa punto ng kontak.
3) Ang paraan ng pagkakabukod ay pinili na isinasaalang-alang ang pinakamataas na limitasyon ng temperatura.
- Hanggang sa 100-120 ° C - anumang pagkakabukod;
- Hanggang sa 1300°C - mga porselana na tubo o kuwintas;
- Hanggang 1950°C - Al tubes2O3;
- Sa itaas ng 2000 ° С - mga tubo na gawa sa MgO, BeO, ThO2, ZrO2.
4) Proteksiyon na takip.
Ang materyal ay dapat na thermally at chemically resistant, na may magandang thermal conductivity (metal, ceramics). Ang paggamit ng boot ay pumipigil sa kaagnasan sa ilang partikular na kapaligiran.
Mga wire ng extension (kabayaran).
Ang ganitong uri ng wire ay kinakailangan upang i-extend ang mga dulo ng thermocouple sa pangalawang instrumento o barrier. Hindi ginagamit ang mga wire kung ang thermocouple ay may built-in na converter na may pinag-isang output signal. Ang pinaka-tinatanggap na ginagamit ay ang normalizing converter, na matatagpuan sa karaniwang terminal head ng sensor na may pinag-isang signal na 4-20mA, ang tinatawag na "tablet".
Ang materyal ng mga wire ay maaaring nag-tutugma sa materyal ng thermoelectrodes, ngunit kadalasan ito ay pinalitan ng isang mas mura, isinasaalang-alang ang mga kondisyon na pumipigil sa pagbuo ng parasitic (induced) thermo-emfs. Ang paggamit ng mga extension wire ay nagpapahintulot din sa iyo na i-optimize ang produksyon.
Life hack! Upang matukoy nang tama ang polarity ng mga compensating wire at ikonekta ang mga ito sa thermocouple, tandaan ang mnemonic rule MM - minus ay magnetized. Iyon ay, kumuha kami ng anumang magnet at ang minus ng kabayaran ay magiging magnetized, hindi katulad ng plus.
Mga uri at uri ng thermocouple
Ang iba't ibang mga thermocouple ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng iba't ibang kumbinasyon ng mga metal na haluang metal na ginamit. Ang pagpili ng thermocouple ay isinasagawa depende sa industriya at ang kinakailangang hanay ng temperatura.
Thermocouple chromel-alumel (TXA)
Positibong elektrod: chromel alloy (90% Ni, 10% Cr).
Negatibong elektrod: alumel alloy (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).
Insulation material: porselana, kuwarts, metal oxides, atbp.
Saklaw ng temperatura mula -200°C hanggang 1300°C panandaliang at 1100°C pangmatagalang pag-init.
Kapaligiran sa pagtatrabaho: inert, oxidizing (O2=2-3% o ganap na hindi kasama), dry hydrogen, panandaliang vacuum. Sa isang pagbabawas o redox na kapaligiran sa pagkakaroon ng isang proteksiyon na takip.
Mga disadvantages: kadalian ng pagpapapangit, nababaligtad na kawalang-tatag ng thermo-EMF.
Maaaring may mga kaso ng kaagnasan at pagkasira ng alumel sa pagkakaroon ng mga bakas ng asupre sa atmospera at chromel sa isang mahinang oxidizing na kapaligiran ("berdeng luad").
Thermocouple chromel-kopel (TKhK)
Positibong elektrod: chromel alloy (90% Ni, 10% Cr).
Negatibong elektrod: Kopel alloy (54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn).
Saklaw ng temperatura mula -253°C hanggang 800°C pangmatagalan at 1100°C panandaliang pag-init.
Kapaligiran sa pagtatrabaho: inert at oxidizing, panandaliang vacuum.
Mga disadvantages: pagpapapangit ng thermoelectrode.
Posibilidad ng chromium evaporation sa ilalim ng matagal na vacuum; reaksyon sa isang kapaligiran na naglalaman ng sulfur, chromium, fluorine.
Thermocouple iron-constantan (TGK)
Positibong elektrod: komersyal na purong bakal (mild steel).
Negatibong elektrod: constantan alloy (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).
Ginagamit para sa mga sukat sa pagbabawas, inert media at vacuum. Temperatura mula -203°C hanggang 750°C pangmatagalan at 1100°C panandaliang pag-init.
Nabubuo ang application sa magkasanib na pagsukat ng positibo at negatibong temperatura. Hindi kapaki-pakinabang na gamitin lamang para sa mga negatibong temperatura.
Mga disadvantages: thermoelectrode deformation, mababang corrosion resistance.
Mga pagbabago sa physicochemical na katangian ng bakal sa humigit-kumulang 700°C at 900°C. Tumutugon sa asupre at singaw ng tubig upang bumuo ng kaagnasan.
Tungsten-rhenium thermocouple (TVR)
Positibong elektrod: mga haluang metal BP5 (95% W, 5% Rh) / BAP5 (BP5 na may silica at aluminum additive) / BP10 (90% W, 10% Rh).
Negatibong elektrod: BP20 alloys (80% W, 20% Rh).
Insulation: chemically purong metal oxide ceramics.
Ang lakas ng mekanikal, paglaban sa init, mababang sensitivity sa polusyon, kadalian ng paggawa ay nabanggit.
Pagsukat ng mga temperatura mula 1800 ° С hanggang 3000 ° С, ang mas mababang limitasyon ay 1300 ° С. Isinasagawa ang mga pagsukat sa isang inert gas, dry hydrogen o vacuum na kapaligiran. Sa oxidizing environment para lamang sa pagsukat sa mabilis na proseso.
Mga disadvantages: mahinang reproducibility ng thermo-EMF, ang kawalang-tatag nito sa panahon ng pag-iilaw, hindi matatag na sensitivity sa hanay ng temperatura.
Thermocouple tungsten-molybdenum (VM)
Positibong elektrod: tungsten (komersyal na dalisay).
Negatibong elektrod: molibdenum (komersyal na dalisay).
Insulation: alumina ceramic, protektado ng mga tip ng kuwarts.
Inert, hydrogen o vacuum na kapaligiran. Posibleng magsagawa ng mga panandaliang pagsukat sa mga kapaligiran ng oxidizing sa pagkakaroon ng pagkakabukod.Ang hanay ng mga sinusukat na temperatura ay 1400-1800°C, ang maximum na operating temperature ay humigit-kumulang 2400°C.
Mga disadvantages: mahinang reproducibility at sensitivity ng thermal EMF, polarity reversal, embrittlement sa mataas na temperatura.
Thermocouples platinum-rhodium-platinum (TPP)
Positibong elektrod: platinum-rhodium (Pt c 10% o 13% Rh).
Negatibong elektrod: platinum.
Pagkakabukod: kuwarts, porselana (plain at refractory). Hanggang sa 1400°C - ceramics na may mataas na nilalaman ng Al2O3, higit sa 1400°C - ceramics mula sa chemically pure Al2O3.
Pinakamataas na temperatura ng pagpapatakbo 1400°C pangmatagalan, 1600°C panandalian. Ang pagsukat ng mababang temperatura ay karaniwang hindi ginagawa.
Kapaligiran sa pagtatrabaho: oxidizing at inert, pagbabawas sa pagkakaroon ng proteksyon.
Mga disadvantages: mataas na gastos, kawalang-tatag sa panahon ng pag-iilaw, mataas na sensitivity sa kontaminasyon (lalo na ang platinum electrode), paglaki ng butil ng metal sa mataas na temperatura.
Thermocouples platinum-rhodium-platinum-rhodium (TPR)
Positibong elektrod: Pt alloy na may 30% Rh.
Negatibong elektrod: Pt alloy na may 6% Rh.
Katamtaman: oxidizing, neutral at vacuum. Gamitin sa pagbabawas at paglalaman ng mga singaw ng mga metal o di-metal sa pagkakaroon ng proteksyon.
Pinakamataas na temperatura ng pagpapatakbo 1600°C pangmatagalan, 1800°C panandaliang.
Pagkakabukod: Al ceramic2O3 mataas na kadalisayan.
Hindi gaanong madaling kapitan sa kontaminasyon ng kemikal at paglaki ng butil kaysa sa isang platinum-rhodium-platinum thermocouple.
Thermocouple wiring diagram
- Direktang pagkonekta ng potentiometer o galvanometer sa mga konduktor.
- Koneksyon sa mga compensating wire;
- Koneksyon sa maginoo na mga wire na tanso sa isang thermocouple na may pinag-isang output.
Mga Pamantayan sa Kulay ng Thermocouple Conductor
Ang may kulay na pagkakabukod ng konduktor ay tumutulong upang makilala ang mga thermoelectrode mula sa bawat isa para sa tamang koneksyon sa mga terminal. Ang mga pamantayan ay naiiba ayon sa bansa, walang tiyak na mga code ng kulay para sa mga konduktor.
MAHALAGA: Kinakailangang malaman ang pamantayang ginagamit sa negosyo upang maiwasan ang mga pagkakamali.
Katumpakan ng pagsukat
Ang katumpakan ay depende sa uri ng thermocouple, hanay ng temperatura, kadalisayan ng materyal, ingay ng kuryente, kaagnasan, mga katangian ng junction, at proseso ng pagmamanupaktura.
Ang mga Thermocouples ay itinalaga ng isang klase ng pagpapaubaya (karaniwan o espesyal) na nagtatatag ng agwat ng kumpiyansa sa pagsukat.
MAHALAGA: Mga katangian sa panahon ng pagbabago ng paggawa sa panahon ng operasyon.
Bilis ng pagsukat
Ang bilis ay tinutukoy ng kakayahan ng pangunahing converter na mabilis na tumugon sa mga pagtalon ng temperatura at ang daloy ng mga signal ng input ng aparato sa pagsukat na sumusunod sa kanila.
Mga salik na nagpapataas ng pagganap:
- Tamang pag-install at pagkalkula ng haba ng pangunahing converter;
- Kapag gumagamit ng isang transduser na may proteksiyon na manggas, kinakailangan upang bawasan ang masa ng yunit sa pamamagitan ng pagpili ng isang mas maliit na diameter ng mga manggas;
- Pag-minimize ng air gap sa pagitan ng pangunahing converter at ng protective sleeve;
- Ang paggamit ng isang spring-loaded primary converter at pagpuno sa mga voids sa manggas na may isang heat-conducting filler;
- Isang mabilis na gumagalaw o mas siksik na daluyan (likido).
Thermocouple Performance Check
Upang suriin ang pagganap, ikonekta ang isang espesyal na aparato sa pagsukat (tester, galvanometer o potentiometer) o sukatin ang boltahe ng output gamit ang isang millivoltmeter. Kung may mga pagbabago sa arrow o digital indicator, ang thermocouple ay magagamit, kung hindi, ang aparato ay dapat palitan.
Mga sanhi ng pagkabigo ng thermocouple:
- Pagkabigong gumamit ng protective shielding device;
- Pagbabago sa kemikal na komposisyon ng mga electrodes;
- Ang mga proseso ng oxidative ay umuunlad sa mataas na temperatura;
- Pagkasira ng control at measurement device, atbp.
Mga kalamangan at kawalan ng paggamit ng mga thermocouple
Ang mga pakinabang ng paggamit ng aparatong ito ay:
- Malaking saklaw ng pagsukat ng temperatura;
- Mataas na katumpakan;
- Ang pagiging simple at pagiging maaasahan.
Ang mga disadvantages ay kinabibilangan ng:
- Pagpapatupad ng patuloy na pagsubaybay sa malamig na kantong, pag-verify at pagkakalibrate ng mga kagamitan sa kontrol;
- Mga pagbabago sa istruktura sa mga metal sa panahon ng paggawa ng aparato;
- Pag-asa sa komposisyon ng kapaligiran, ang halaga ng sealing;
- Error sa pagsukat dahil sa mga electromagnetic wave.
