Có nhiều thiết bị và cơ chế khác nhau cho phép bạn đo nhiệt độ. Một số trong số chúng được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, một số - để nghiên cứu vật lý khác nhau, trong các quy trình sản xuất và các ngành công nghiệp khác.
Một trong những thiết bị như vậy là cặp nhiệt điện. Chúng ta sẽ xem xét nguyên lý hoạt động và sơ đồ của thiết bị này trong các phần sau.
Cơ sở vật lý của hoạt động cặp nhiệt điện
Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt điện dựa trên các quá trình vật lý thông thường. Lần đầu tiên, hiệu ứng hoạt động của thiết bị này đã được nhà khoa học người Đức Thomas Seebeck nghiên cứu.
Bản chất của hiện tượng mà nguyên tắc hoạt động của cặp nhiệt điện như sau. Trong mạch điện kín, gồm hai vật dẫn khác loại, khi tiếp xúc với nhiệt độ môi trường nhất định sẽ phát sinh điện.
Dòng điện thu được và nhiệt độ môi trường tác động lên vật dẫn có mối quan hệ tuyến tính. Tức là, nhiệt độ càng cao thì cường độ dòng điện do cặp nhiệt điện tạo ra càng lớn. Trênđây là nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt điện và nhiệt kế điện trở.
Trong trường hợp này, một tiếp điểm của cặp nhiệt điện nằm ở điểm cần đo nhiệt độ, nó được gọi là "nóng". Liên hệ thứ hai, nói cách khác - "lạnh", - theo hướng ngược lại. Chỉ cho phép sử dụng cặp nhiệt điện để đo khi nhiệt độ không khí trong phòng thấp hơn tại nơi đo.
Đây là sơ đồ hoạt động của cặp nhiệt điện, nguyên lý hoạt động. Các loại cặp nhiệt độ sẽ được thảo luận trong phần tiếp theo.
Các loại cặp nhiệt độ
Trong mọi ngành công nghiệp cần đo nhiệt độ, cặp nhiệt điện là ứng dụng chính. Thiết bị và nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị này được đưa ra dưới đây.
Cặp nhiệt độ nhôm-crôm
Các mạch cặp nhiệt điện này được sử dụng trong hầu hết các trường hợp để sản xuất các cảm biến và đầu dò khác nhau cho phép bạn kiểm soát nhiệt độ trong sản xuất công nghiệp.
Đặc điểm nổi bật của chúng bao gồm giá khá thấp và phạm vi nhiệt độ đo được rất lớn. Chúng cho phép bạn cố định nhiệt độ từ -200 đến +13000 độ C.
Không nên sử dụng cặp nhiệt điện bằng hợp kim tương tự trong các cửa hàng và cơ sở có hàm lượng lưu huỳnh cao trong không khí, vì nguyên tố hóa học này ảnh hưởng tiêu cực đến cả crom và nhôm, gây hỏng hóc thiết bị.
Cặp nhiệt độ Chromel-Kopel
Nguyên tắc hoạt động của cặp nhiệt điện, nhóm tiếp điểm của chúng bao gồm các hợp kim này, là giống nhau. Nhưng các thiết bị này hoạt động chủ yếu trong môi trường lỏng hoặc khí, có đặc tính trung tính, không xâm thực. Chỉ số nhiệt độ trên không vượt quá +8000 độ C.
Một cặp nhiệt điện tương tự được sử dụng, nguyên tắc cho phép nó được sử dụng để xác định mức độ nóng lên của bất kỳ bề mặt nào, chẳng hạn như để xác định nhiệt độ của lò nung hở hoặc các cấu trúc tương tự khác.
Cặp nhiệt độ sắt-hằng số
Sự kết hợp các điểm tiếp xúc trong cặp nhiệt độ này không phổ biến như kiểu đầu tiên trong số các giống được xem xét. Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt điện là giống nhau, nhưng sự kết hợp này đã thể hiện rất tốt trong môi trường hiếm khí. Mức tối đa của nhiệt độ đo được không được vượt quá +12500 độ C.
Tuy nhiên, nếu nhiệt độ bắt đầu tăng trên +7000 độ, sẽ có nguy cơ vi phạm độ chính xác của phép đo do những thay đổi về tính chất vật lý và hóa học của sắt. Thậm chí có những trường hợp ăn mòn phần tiếp xúc bằng sắt của cặp nhiệt điện khi có hơi nước trong không khí xung quanh.
Cặp nhiệt điện platinorhodium-platinum
Cặp nhiệt điện đắt nhất để sản xuất. Nguyên lý hoạt động giống nhau, nhưng nó khác với các đối tác của nó ở các chỉ số nhiệt độ rất ổn định và đáng tin cậy. Giảm độ nhạy.
Ứng dụng chính của các thiết bị này là đo nhiệt độ cao.
Cặp nhiệt điện vonfram-hemix
Cũng được sử dụng để đo nhiệt độ siêu cao. Giới hạn tối đa có thể được khắc phục bằng cách sử dụng sơ đồ này là 25 nghìn độ C.
Ứng dụng của họ yêu cầu tuân thủ các điều kiện nhất định. Vì vậy, trong quá trình đo nhiệt độ, cần phải loại bỏ hoàn toàn bầu không khí xung quanh, có ảnh hưởng xấu đến các tiếp điểm do kết quả của quá trình oxy hóa.
Đối với điều này, các cặp nhiệt điện vonfram-hydronium thường được đặt trong vỏ bảo vệ chứa đầy khí trơ để bảo vệ các phần tử của chúng.
Ở trên, mỗi cặp nhiệt điện hiện có, thiết bị, nguyên lý hoạt động của nó, tùy thuộc vào hợp kim được sử dụng, đã được xem xét. Bây giờ hãy xem xét một số tính năng thiết kế.
Thiết kế cặp nhiệt điện
Có hai kiểu thiết kế cặp nhiệt điện chính.
- Với một lớp cách nhiệt. Thiết kế này của cặp nhiệt điện giúp cách ly lớp làm việc của thiết bị khỏi dòng điện. Sự sắp xếp này cho phép sử dụng cặp nhiệt điện trong quá trình này mà không cần cách ly đầu vào khỏi mặt đất.
- Không sử dụng lớp cách nhiệt. Những cặp nhiệt điện như vậy chỉ có thể được kết nối với các mạch đo mà đầu vào của nó không tiếp xúc với đất. Nếu điều kiện này không được đáp ứng, thiết bị sẽ phát triển hai mạch đóng độc lập, dẫn đến kết quả đọc cặp nhiệt điện không hợp lệ.
Cặp nhiệt độ du lịch và ứng dụng của nó
Có mộtmột loại thiết bị này, được gọi là "đang chạy". Bây giờ chúng ta sẽ xem xét nguyên tắc hoạt động của một cặp nhiệt điện đang chạy chi tiết hơn.
Thiết kế này chủ yếu được sử dụng để phát hiện nhiệt độ của phôi thép trong quá trình gia công trên máy tiện, máy phay và các máy tương tự khác.
Cần lưu ý rằng trong trường hợp này cũng có thể sử dụng cặp nhiệt điện thông thường, tuy nhiên, nếu quá trình sản xuất yêu cầu độ chính xác nhiệt độ cao, rất khó để đánh giá quá cao cặp nhiệt điện đang chạy.
Khi áp dụng phương pháp này, các phần tử tiếp xúc của nó được hàn trước vào phôi. Sau đó, trong quá trình xử lý mẫu trắng, các tiếp điểm này liên tục tiếp xúc với hoạt động của máy cắt hoặc công cụ làm việc khác của máy, do đó đường giao nhau (là yếu tố chính khi đo nhiệt độ) dường như “chạy”Dọc theo danh bạ.
Hiệu ứng này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gia công kim loại.
Tính năng công nghệ của thiết kế cặp nhiệt điện
Khi sản xuất mạch cặp nhiệt điện đang hoạt động, hai tiếp điểm kim loại được hàn, như bạn đã biết, được làm bằng các vật liệu khác nhau. Đường giao nhau được gọi là đường giao nhau.
Cần lưu ý rằng không cần thiết phải thực hiện kết nối này bằng cách sử dụng hàn. Đơn giản chỉ cần vặn hai địa chỉ liên lạc với nhau. Nhưng phương pháp sản xuất như vậy sẽ không có đủ độ tin cậy và cũng có thể gây ra sai số khi đo nhiệt độ.
Nếu bạn cần đo caonhiệt độ, quá trình hàn của kim loại được thay thế bằng hàn của chúng. Điều này là do trong hầu hết các trường hợp, vật hàn được sử dụng trong kết nối có nhiệt độ nóng chảy thấp và bị hỏng khi vượt quá.
Mạch đã được hàn có thể chịu được dải nhiệt độ rộng hơn. Nhưng phương thức kết nối này cũng có những mặt hạn chế của nó. Cấu trúc bên trong của kim loại khi tiếp xúc với nhiệt độ cao trong quá trình hàn có thể thay đổi, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu thu được.
Ngoài ra, cần theo dõi tình trạng của các điểm tiếp xúc của cặp nhiệt điện trong quá trình hoạt động của nó. Vì vậy, có thể thay đổi đặc tính của kim loại trong mạch do tác động của môi trường xâm thực. Có thể xảy ra quá trình oxy hóa hoặc xen kẽ các vật liệu. Trong tình huống như vậy, mạch hoạt động của cặp nhiệt điện phải được thay thế.
Các loại mối nối cặp nhiệt điện
Ngành công nghiệp hiện đại tạo ra một số thiết kế được sử dụng trong sản xuất cặp nhiệt điện:
- đường giao nhau mở;
- với đường giao nhau cách nhiệt;
- với đường giao nhau nối đất.
Một đặc điểm của cặp nhiệt điện tiếp giáp hở là khả năng chống lại các tác động bên ngoài rất kém.
Hai kiểu thiết kế sau có thể được sử dụng khi đo nhiệt độ trong môi trường khắc nghiệt có ảnh hưởng nghiêm trọng đến cặp tiếp xúc.
Ngoài ra, ngành công nghiệp hiện đang làm chủ các kế hoạch sản xuất cặp nhiệt điện sử dụng công nghệ bán dẫn.
Lỗi đo lường
Độ chính xác của các kết quả đo nhiệt độ thu được khi sử dụng cặp nhiệt điện phụ thuộc vào vật liệu của nhóm tiếp xúc, cũng như các yếu tố bên ngoài. Thứ hai bao gồm áp suất, phông bức xạ hoặc các lý do khác có thể ảnh hưởng đến các thông số hóa lý của kim loại mà từ đó các tiếp điểm được tạo ra.
Lỗi đo lường bao gồm các thành phần sau:
- lỗi ngẫu nhiên do quá trình sản xuất cặp nhiệt điện gây ra;
- lỗi do vi phạm chế độ nhiệt độ của tiếp điểm "lạnh";
- lỗi do can thiệp bên ngoài;
- lỗi của thiết bị điều khiển.
Lợi ích của việc sử dụng cặp nhiệt độ
Lợi ích của việc sử dụng các thiết bị kiểm soát nhiệt độ này, bất kể ứng dụng nào, bao gồm:
- một loạt các chỉ số có thể được ghi lại bằng cặp nhiệt độ;
- Phần tiếp giáp của cặp nhiệt điện, nơi trực tiếp tham gia vào quá trình đọc, có thể được đặt tiếp xúc trực tiếp với điểm đo;
- Cặp nhiệt dễ sản xuất, bền và lâu dài.
Nhược điểm của việc đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện
Những nhược điểm của việc sử dụng cặp nhiệt độ bao gồm:
- Sự cần thiết phải theo dõi liên tục nhiệt độ của tiếp điểm "lạnh" của cặp nhiệt điện. Đây là một đặc biệttính năng thiết kế của dụng cụ đo dựa trên một cặp nhiệt điện. Nguyên tắc hoạt động của lược đồ này thu hẹp phạm vi ứng dụng của nó. Chúng chỉ có thể được sử dụng nếu nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt độ tại điểm đo.
- Vi phạm cấu trúc bên trong của kim loại được sử dụng trong sản xuất cặp nhiệt điện. Thực tế là do tiếp xúc với môi trường bên ngoài, các tiếp điểm mất tính đồng nhất, gây ra sai số trong các chỉ số nhiệt độ thu được.
- Trong quá trình đo, nhóm tiếp điểm của cặp nhiệt điện thường tiếp xúc với ảnh hưởng xấu của môi trường, gây ra nhiễu loạn trong quá trình đo. Điều này một lần nữa đòi hỏi phải niêm phong các tiếp điểm, điều này gây ra chi phí bảo trì bổ sung cho các cảm biến như vậy.
- Có nguy cơ tiếp xúc với sóng điện từ trên cặp nhiệt điện, thiết kế của cặp nhiệt điện này tạo ra một nhóm tiếp xúc lâu dài. Điều này cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả đo.
- Trong một số trường hợp, có sự vi phạm mối quan hệ tuyến tính giữa dòng điện xuất hiện trong cặp nhiệt điện và nhiệt độ tại vị trí đo. Tình huống này cần phải hiệu chuẩn thiết bị điều khiển.
Kết
Bất chấp những thiếu sót của nó, phương pháp đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện, được phát minh và thử nghiệm lần đầu tiên vào thế kỷ 19, đã được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của ngành công nghiệp hiện đại.
Ngoài ra, có những ứng dụng sử dụng cặp nhiệt điệnlà cách duy nhất để lấy dữ liệu nhiệt độ. Và sau khi đọc tài liệu này, bạn đã hiểu khá đầy đủ các nguyên tắc cơ bản trong công việc của họ.
