Мерење површинских температура термопаровима

Не постоји термопар једног типадизајниран за мерење површинске температуре чврстих тела (површински термопарови). Обиље постојећих дизајна површинских термопарова првенствено је последица разноврсности услова мерења и својстава површина чије се температуре мере.

У индустријској пракси потребно је мерити температуре површина различитих геометријских облика, непокретних и ротирајућих тела, електрично проводних тела и изолатора, тела високе и ниске топлотне проводљивости, глатких и храпавих. Стога су површински термопарови погодни за употребу у неким условима неприкладни у другим.

Мерење температуре металне површине заваривањем термоелемента

Врло често, да би се измериле температуре загрејаних танких металних плоча или чврстих тела, спој термоелемента се директно залеми или завари на површину која се тестира.Овај метод мерења температуре може се сматрати прихватљивим само ако се предузму одређене мере предострожности.

Размена топлоте између површине плоче и спојне кугле термопарова се углавном одвија тако што топлотни ток пролази кроз њихову контактну површину, која је део површине споја и термоелектрода у близини споја. До неке мере, размена топлоте се дешава зрачењем између плоче и дела површине споја термоелектроде који није у контакту са њом.

Са друге стране, део површине споја у контакту са плочом и термоелектроде термоелемента губе топлотну енергију услед зрачења хладнијих тела која окружују плочу и конвективног преноса топлоте на токове ваздуха који перу спој.

Дакле, спој и суседне термоелектроде термоелемента распршују значајан део топлотне енергије која се непрекидно доводи до споја кроз контактну површину плоче.

Као резултат равнотеже, температура споја и суседног дела површине плоче испада много нижа од температуре делова плоче удаљених од споја (приликом мерења високих температура танких плоча, ова систематска грешка мерења може достићи стотине степени) .

Ова грешка се смањује смањењем количине топлотног флукса који расипају спојне електроде и термопар.У ту сврху је корисно користити термоелементе направљене од најтањих могућих термоелектрода.

Саме термоелектроде не треба одмах скидати са плоче, али је боље да их прво поставите у термички контакт са плочом на растојању од најмање 50 пречника термоелектрода.

Треба имати на уму да ако плоча и површина термоелектрода нису оксидиране, могу се затворити плочом и измерена термоелектрична снага. итд. в. термоелемент одговараће температури не споја термоелемента већ температури тачке контакта термоелемента са површином.

У овом случају, између термоелектрода и плоче треба поставити танак слој електричне изолације, на пример танак лист лискуна. Такође се препоручује покривање целе површине споја и подручја термоелектрода слојем топлотне изолације, на пример ватросталним премазом, како би се смањили губици услед зрачења и конвективног преноса топлоте.

Поштујући ове мере предострожности, могуће је обезбедити да се температура површине металних делова мери у року од неколико степени.

Понекад није спој термоелемента заварен на површину металне плоче, већ његови термопарови на одређеној удаљености један од другог.

Овај метод мерења температуре металне површине може се сматрати прихватљивим само ако постоји поверење у једнакост температура плоча на две тачке заваривања термоелектрода. У супротном, паразитска термоелектрична снага ће се појавити у кругу термоелемента. д. с развијен од термоелектродних материјала са материјалом плоче.

Испод је опис термопарова као што су лук, закрпа и бајонет.Користе се за мерење температура површина непокретних тела.

Термопар са машном (трака)

Носни термоелемент је опремљен осетљивим елементом направљеним у облику траке од два метала или легура (на пример, хромел и алумел) дужине 300 мм, ширине 10-15 мм, залемљене или заварене у чело и ваљано на дебљину од 0,1 — 0,2 мм...

Крајеви траке са спојем у средини причвршћени су за изолаторе на крајевима опружне дршке у облику лука тако да је трака све време затегнута. Од његових крајева до прикључака мерног уређаја (миливолтметра) протежу се жице од истих материјала као и две половине траке.

За мерење температуре конвексне површине, греда термоелемента се притисне на ту површину од средњег дела тако да је површина покривена траком, најмање за пресеке од 30 мм са обе стране споја.

Свињски термоелемент

Термоелектроде које формирају термоелемент су залемљене у пролазне рупе на црвено-бакарном диску. Да би се обезбедила механичка чврстоћа конструкције, користе се термоелектроде пречника 2-3 мм. Доња површина диска („закрпа“) је обликована у површину за коју је термоелемент намењен за мерење температуре.

Термоелектромоторна сила термоелемента закрпа настаје као резултат затварања термоелектрода металом фластера. Код доброг лемљења, ово затварање се дешава на целој површини сегмената термоелектроде удубљених унутар фластера.Али електрично коло са најмањим отпором углавном се формира од горњег површинског слоја фластера, а температура овог слоја углавном одређује термоелектричну снагу. итд. в. термоелементи.

Једначине топлотног биланса термоелемента закрпе су сличне ономе што је горе урађено за тракасти термоелемент, с том разликом што поред топлотног флукса који се расипа као резултат конвективног и радијационог преноса топлоте са спољашње површине фластера, велике важно је узети у обзир део распршеног топлотног флукса који усисавају термоелектродне закрпе због њихове топлотне проводљивости.

Неопходно је узети у обзир следећу околност. Термоелектроде се израђују од различитих метала или легура са различитим вредностима коефицијента топлотне проводљивости. Тако, на пример, термоелемент платина-родијум типа ПП карактерише коефицијент топлотне проводљивости који је упола мањи од другог термоелемента - платине.

Ако су пречници термоелектрода исти, онда ће разлика у вредностима коефицијената топлотне проводљивости термоелектрода довести до тога да се формира температурна разлика у местима електричног контакта термоелектрода са патцх, што ће довести до појаве паразитске термоелектричне енергије у кругу термоелемента. итд. са

Пин термоелемент

Термопарови овог типа се првенствено користе за мерење површинских температура релативно меких метала и легура. За бајонетни термоелемент користе се термоелектроде од довољно тврдих легура, на пример хромела и алумела пречника 3-5 мм.

Једна од термоелектрода термоелемента је фиксирана на глави, а друга се може кретати по својој оси, ау нерадном стању њен крај је повучен опругом испод краја прве термоелектроде. Крајеви две термоелектроде су зашиљени.

Када се термопар доведе до предмета значајне величине, површина предмета прво додирује врх покретне термоелектроде. Уз додатни притисак на главу, термоелектрода улази у њу све док врх термоелектроде не наиђе на површину предмета. Обе тачке затим пробијају површински оксидни филм на површини предмета и овај метал затвара електрично коло термоелемента.

Уз добро оштрење крајева термоелектрода, термоелемент даје поуздане резултате за мерење температура површина обојених метала са меким, лако пробијајућим оксидним филмом.

Употреба бајонетног термопара са тупим врховима доводи до тога да контактне површине две термоелектроде са предметом постају релативно велике, услед чега се површине предмета хладе на местима где се крајеви термопарова додирују и термопар даје очито потцењена очитавања температуре. Међутим, већ после 20 — 30 секунди, топлота која долази из околних делова предмета загрева охлађени део, а са њим и крајеве термоелектрода.

Дакле, бајонетни термоелемент са тупим крајевима у тренутку контакта даје потцењена очитавања температуре објекта, након чега се у року од неколико десетина секунди његова очитавања повећавају, асимптотски се приближавајући стабилној вредности.Ова стабилна вредност се више разликује од стварне вредности површинске температуре предмета, што је већа контактна површина тупих крајева термоелектрода са предметом.

Калибрација површинских термопарова

Стационарна температура површинског термоелемента је нижа од измерене температуре површине са којом је термоелемент у контакту. Ова температурна разлика се у великој мери може објаснити због калибрације површинског термоелемента у условима преноса топлоте са његове спољашње површине, приближавајући се радним условима.

Из ове позиције произилази да се калибрациона карактеристика површина термопарова може значајно разликовати од карактеристике термопара који формирају исте термоелектроде, али калибрисане методом поређења са примером, када су истовремено уроњене у термостатски простор.

Због тога се површински термопарови не могу калибрисати урањањем у термостате (течни лабораторијски термостати за грејање за калибрацију термопарова). На њих се мора применити другачија техника калибрације.

Површински термопарови се калибришу применом потребног притиска на спољну металну површину термостата за течност са танким зидовима. Загрејана течност унутар термостата се добро меша и њена температура се мери неким уређајем за узорковање.

Спољна површина термостата је прекривена слојем топлотне изолације. Топлотна изолација не покрива само малу површину спољашње површине, која је отприлике половина висине термостата, на који је термоелемент постављен.

У овом дизајну, температура металне површине термостата испод површинског термопара, са грешком која не прелази неколико десетина степена, може се сматрати једнаком температури течности у термостату.