Măsurarea temperaturilor de suprafață cu termocupluri

Nu exista termocuplu de un singur tipconcepute pentru a măsura temperatura de suprafață a corpurilor solide (termocupluri de suprafață). Abundența modelelor existente de termocuplu de suprafață se datorează în primul rând varietății de condiții de măsurare și proprietăți ale suprafețelor ale căror temperaturi urmează să fie măsurate.

În practica industrială este necesară măsurarea temperaturilor suprafețelor cu diferite forme geometrice, corpuri fixe și rotative, corpuri conductoare electric și izolatori, corpuri cu conductivitate termică mare și scăzută, netede și aspre. Prin urmare, termocuplurile de suprafață potrivite pentru utilizare în anumite condiții sunt nepotrivite în altele.

Măsurarea temperaturii unei suprafețe metalice prin sudarea unui termocuplu

Destul de des, pentru a măsura temperaturile plăcilor subțiri de metal încălzite sau a corpurilor solide, o joncțiune de termocuplu este direct lipită sau sudată pe suprafața testată.Această metodă de măsurare a temperaturii poate fi considerată acceptabilă numai dacă sunt luate anumite măsuri de precauție.

Schimbul de căldură între suprafața plăcii și bila de conectare a termocuplurilor este realizat în principal de fluxul de căldură care trece prin suprafața lor de contact, care face parte din suprafața joncțiunii și termoelectrozii adiacenți joncțiunii. Într-o oarecare măsură, schimbul de căldură are loc prin radiație între placă și porțiunea suprafeței de joncțiune a termoelectrodului care nu este în contact cu aceasta.

Pe de altă parte, partea suprafeței de joncțiune în contact cu placa și termoelectrozii termocuplului pierd energie termică datorită radiației către corpurile mai reci din jurul plăcii și transferului de căldură convectiv către fluxurile de aer care spăla joncțiunea.

Astfel, joncțiunea și termoelectrozii termocuplului adiacenți disipă o parte semnificativă a energiei termice care este furnizată continuu joncțiunii prin suprafața de contact a plăcii.

Ca rezultat al echilibrului, temperatura joncțiunii și a părții adiacente a suprafeței plăcii se dovedește a fi mult mai mică decât temperatura părților plăcii îndepărtate de joncțiune (când se măsoară temperaturi ridicate ale plăcilor subțiri, această eroare sistematică de măsurare poate ajunge la sute de grade) .

Această eroare este redusă prin reducerea cantității de flux de căldură disipat de electrozii de joncțiune și termocuplu.În acest scop, este util să se utilizeze termocupluri realizate din cei mai subțiri termoelectrozi posibili.

Termoelectrozii înșiși nu trebuie îndepărtați imediat de pe placă, dar este mai bine să îi puneți mai întâi în contact termic cu placa la o distanță egală cu cel puțin 50 de diametre ale termoelectrodilor.

Trebuie avut în vedere că dacă placa și suprafața termoelectrodului nu sunt oxidate, acestea pot fi închise de placă și putere termoelectrică măsurată. etc. v. termocuplu va corespunde temperaturii nu a joncțiunii termocuplului, ci temperaturii punctului de contact al termocuplului cu suprafața.

În acest caz, un strat subțire de izolație electrică, de exemplu o foaie subțire de mică, ar trebui să fie plasat între termoelectrozi și placă. De asemenea, se recomandă acoperirea întregii suprafețe a joncțiunii și a zonei termoelectrodului cu un strat de izolație termică, de exemplu un strat refractar, pentru a reduce pierderile datorate radiațiilor și transferului de căldură convectiv.

Respectând aceste precauții, este posibil să ne asigurăm că temperatura suprafeței pieselor metalice este măsurată în câteva grade.

Uneori nu conexiunea termocuplului este sudată pe suprafața plăcii metalice, ci termocuplurile sale la o anumită distanță unul de celălalt.

Această metodă de măsurare a temperaturii unei suprafețe metalice poate fi considerată acceptabilă numai dacă există încredere în egalitatea temperaturilor plăcilor la cele două puncte de sudare a termoelectrodilor. În caz contrar, puterea termoelectrică parazită va apărea în circuitul termocuplului. d. s dezvoltat din materialele termoelectrodului cu materialul plăcii.

Mai jos este o descriere a termocuplurilor, cum ar fi arcul, plasturele și baioneta.Sunt folosite pentru a măsura temperaturile suprafețelor corpurilor staționare.

Termocuplu cu fundita (panglica)

Termocuplul nasului este echipat cu un element sensibil realizat sub forma unei benzi din două metale sau aliaje (de exemplu, chromel și alumel) cu o lungime de 300 mm, o lățime de 10 - 15 mm, lipită sau sudată în frunte și rulat la o grosime de 0,1 - 0,2 mm...

Capetele benzii cu o îmbinare în mijloc sunt fixate pe izolatoare la capetele unui mâner cu arc în formă de arc, astfel încât banda să fie întinsă în orice moment. De la capete până la bornele aparatului de măsurat (milivoltmetru) există fire din aceleași materiale ca cele două jumătăți ale benzii.

Pentru a măsura temperatura unei suprafețe convexe, termocuplul fasciculului este apăsat pe acea suprafață din partea din mijloc, astfel încât suprafața să fie acoperită cu bandă, cel puțin pentru secțiuni de 30 mm de fiecare parte a joncțiunii.

Termocuplu de porc

Termoelectrozii care formează un termocuplu sunt lipiți în găurile traversante ale discului roșu-cupru. Pentru a asigura rezistența mecanică a structurii, se folosesc termoelectrozi cu un diametru de 2-3 mm. Suprafața inferioară a discului („plasticul”) este turnată în suprafața pentru care termocuplul este destinat să măsoare temperatura.

Forța termoelectromotoare a termocuplului plasturelui se formează ca urmare a închiderii termoelectrodilor de către metalul plasturelui. La o lipire bună, această închidere are loc pe întreaga suprafață a segmentelor de termoelectrod îngropate în interiorul plasturelui.Dar circuitul electric cu cea mai mică rezistență este format în principal din stratul de suprafață superior al plasturelui, iar temperatura acestui strat determină în principal puterea termoelectrică. etc. v. termocupluri.

Ecuațiile de echilibru termic al termocuplului de plasture sunt similare cu cele făcute mai sus pentru termocuplul de bandă, cu diferența că, în plus față de fluxul de căldură disipat ca urmare a transferului de căldură convectiv și radiativ de pe suprafața exterioară a plasturelui, de mare importanta este sa se tina cont de partea din fluxul de caldura disipat aspirata de patch-urile termoelectrodului datorita conductibilitatii lor termice.

Este necesar să se țină cont de următoarea circumstanță. Termoelectrozii sunt fabricați din diferite metale sau aliaje cu valori diferite ale coeficientului de conductivitate termică. Astfel, de exemplu, termocuplul termocuplu platină-rodiu de tip PP este caracterizat printr-un coeficient de conductivitate termică care este jumătate din cel al celui de-al doilea termocuplu - platină.

Dacă diametrele termoelectrodilor sunt aceleași, atunci diferența dintre valorile coeficienților de conductivitate termică ai termoelectrodilor va duce la faptul că se formează o diferență de temperatură în locurile de contact electric ale termoelectrodilor cu plasture, care va duce la apariția energiei termoelectrice parazite în circuitul termocuplului . etc. cu

Termocuplu pin

Termocuplurile de acest tip sunt utilizate în principal pentru a măsura temperaturile de suprafață ale metalelor și aliajelor relativ moi. Pentru un termocuplu cu baionetă se folosesc termoelectrozi din aliaje suficient de dure, de exemplu cromel și alumel cu diametrul de 3-5 mm.

Unul dintre termoelectrozii termocuplului este fixat fix pe cap, iar al doilea se poate mișca pe axa sa, iar în starea de nefuncționare, capătul său este tras de un arc sub capătul primului termoelectrod. Capetele celor doi termoelectrozi sunt ascuțite.

Când un termocuplu este adus la un obiect de dimensiuni considerabile, suprafața obiectului atinge mai întâi vârful termoelectrodului mobil. Cu o presiune suplimentară asupra capului, termoelectrodul intră în el până când vârful termoelectrodului se întâlnește cu suprafața obiectului. Ambele puncte străpung apoi pelicula de oxid de suprafață de pe suprafața obiectului și acest metal închide circuitul electric al termocuplului.

Cu o bună ascuțire a capetelor termoelectrodului, termocuplul oferă rezultate fiabile pentru măsurarea temperaturilor suprafețelor metalelor neferoase cu o peliculă de oxid moale, ușor de străpuns.

Utilizarea unui termocuplu cu baionetă cu vârfuri tocite duce la faptul că suprafețele de contact ale celor doi termoelectrozi cu obiectul devin relativ mari, drept urmare suprafețele obiectelor se răcesc în locurile în care capetele termocuplurilor se ating și termocuplul oferă citiri de temperatură clar subestimate. Cu toate acestea, deja după 20 - 30 de secunde, căldura care vine din zonele înconjurătoare ale obiectului încălzește secțiunea răcită și, odată cu aceasta, capetele termoelectrodului.

Astfel, un termocuplu tip baionetă cu capete tocite în momentul contactului oferă citiri subestimate ale temperaturii obiectului, după care, în câteva zeci de secunde, citirile acestuia cresc, apropiindu-se asimptotic de o valoare stabilă.Această valoare stabilă diferă mai mult de valoarea reală a temperaturii suprafeței obiectului, cu atât suprafața de contact a capetelor contondente ale termoelectrodului cu obiectul este mai mare.

Calibrarea termocuplurilor de suprafață

Temperatura staționară a termocuplului de suprafață este mai mică decât temperatura măsurată a suprafeței cu care termocuplul este în contact. Această diferență de temperatură poate fi explicată în mare măsură datorită calibrării termocuplului de suprafață în condiții de transfer de căldură de la suprafața sa exterioară, apropiindu-se de condițiile de funcționare.

Din această poziție, rezultă că caracteristica de calibrare a suprafețelor termocuplului poate diferi semnificativ de caracteristica unui termocuplu format din aceiași termoelectrozi, dar calibrate prin metoda comparației cu un exemplu, atunci când sunt scufundate simultan într-un spațiu termostatat.

Prin urmare, termocuplurile de suprafață nu pot fi calibrate prin scufundare în termostate (termostate de încălzire de laborator cu lichid pentru calibrarea termocuplurilor). Trebuie aplicată acestora o tehnică diferită de calibrare.

Termocuplurile de suprafață sunt calibrate prin aplicarea presiunii necesare pe suprafața metalică exterioară a termostatului lichid cu pereți subțiri. Lichidul încălzit din interiorul termostatului este bine amestecat și temperatura acestuia este măsurată cu un dispozitiv de probă.

Suprafața exterioară a termostatului este acoperită cu un strat de izolație termică. Izolația termică nu acoperă doar o zonă mică a suprafeței exterioare, care este aproximativ jumătate din înălțimea termostatului, pe care este aplicat termocuplul.

În acest design, temperatura suprafeței metalice a termostatului de sub termocuplul de suprafață, cu o eroare care nu depășește câteva zecimi de grad, poate fi considerată egală cu temperatura lichidului din termostat.