Pintalämpötilojen mittaus termopareilla

Ei ole olemassa yhden tyypin termoparisuunniteltu mittaamaan kiinteiden kappaleiden pintalämpötilaa (pintatermoparit). Olemassa olevien pintatermoparirakenteiden runsaus johtuu ensisijaisesti mittausolosuhteiden ja mitattavien pintojen ominaisuuksien moninaisuudesta.

Teollisessa käytännössä on tarpeen mitata eri geometristen muotojen, kiinteiden ja pyörivien kappaleiden, sähköä johtavien kappaleiden ja eristeiden, korkean ja alhaisen lämmönjohtavuuden omaavien, sileiden ja karkeiden pintojen lämpötiloja. Siksi joissain olosuhteissa käytettäväksi sopivat pintatermoparit eivät sovellu toisiin.

Metallipinnan lämpötilan mittaaminen termoparilla hitsaamalla

Melko usein kuumennettujen ohuiden metallilevyjen tai kiinteiden kappaleiden lämpötilojen mittaamiseksi termopariliitos juotetaan tai hitsataan suoraan testattavaan pintaan.Tätä lämpötilan mittausmenetelmää voidaan pitää hyväksyttävänä vain, jos tiettyjä varotoimia noudatetaan.

Lämmönvaihto levyn pinnan ja termoparien liitospallon välillä tapahtuu pääasiassa niiden kosketuspinnan kautta kulkevalla lämpövirralla, joka on osa liitoksen ja liitoksen vieressä olevien termoelektrodien pintaa. Lämmönvaihto tapahtuu jossain määrin säteilyn vaikutuksesta levyn ja termoelektrodin liitospinnan sen osan välillä, joka ei ole kosketuksessa sen kanssa.

Toisaalta levyn ja termoparin termoelektrodien kanssa kosketuksissa oleva liitospinnan osa menettää lämpöenergiaa säteilyn vuoksi levyä ympäröiviin kylmempiin kappaleisiin ja konvektiiviseen lämmönsiirtoon liitoskohtaa peseviin ilmavirtoihin.

Siten liitos ja vierekkäiset termoparitermoelektrodit haihduttavat merkittävän osan lämpöenergiasta, joka syötetään jatkuvasti liitokseen levyn kosketuspinnan kautta.

Tasapainon seurauksena liitoksen ja levyn pinnan viereisen osan lämpötila osoittautuu paljon alhaisemmaksi kuin levyn liitoksesta etäällä olevien osien lämpötila (mitattaessa ohuiden levyjen korkeita lämpötiloja, tämä systemaattinen mittausvirhe voi nousta satoihin asteisiin).

Tätä virhettä pienennetään vähentämällä liitoselektrodien ja termoparin haihduttaman lämpövuon määrää.Tässä tarkoituksessa on hyödyllistä käyttää mahdollisimman ohuista termoelektrodeista valmistettuja termopareja.

Itse lämpöelektrodeja ei pidä poistaa välittömästi levystä, vaan on parempi asettaa ne ensin lämpökosketukseen levyn kanssa vähintään 50 lämpöelektrodien halkaisijan etäisyydelle.

On syytä muistaa, että jos levy ja lämpöelektrodien pinta eivät ole hapettuneet, ne voivat sulkea levyn ja mitattu lämpösähköteho. jne. v. lämpöpari ei vastaa lämpöparin liitoksen lämpötilaa, vaan lämpöparin ja pinnan kosketuspisteen lämpötilaa.

Tässä tapauksessa lämpöelektrodien ja levyn väliin tulee laittaa ohut kerros sähköeristystä, esimerkiksi ohut kiillelevy. On myös suositeltavaa peittää koko liitospinta ja termoelektrodialue lämpöeristekerroksella, esimerkiksi tulenkestävällä pinnoitteella, säteilyn ja konvektiivisen lämmönsiirron aiheuttamien häviöiden vähentämiseksi.

Näitä varotoimia noudattamalla voidaan varmistaa, että metalliosien pintalämpötila mitataan muutaman asteen sisällä.

Joskus metallilevyn pintaan ei ole hitsattu lämpöparin liitäntä, vaan sen termoparit jollain etäisyydellä toisistaan.

Tätä metallipinnan lämpötilan mittausmenetelmää voidaan pitää hyväksyttävänä vain, jos on luottamus levyjen lämpötilojen yhtäläisyyteen termoelektrodien kahdessa hitsauspisteessä. Muussa tapauksessa lämpöparipiiriin ilmestyy loistermosähköistä tehoa. d. s kehitetty lämpöelektrodimateriaaleista levymateriaalin kanssa.

Alla on kuvaus termopareista, kuten jousi, patch ja bajonetti.Niitä käytetään paikallaan olevien kappaleiden pintojen lämpötilojen mittaamiseen.

Lämpöpari jousella (nauha)

Nokkatermopari on varustettu herkällä elementillä, joka on valmistettu kahdesta metallista tai seoksesta (esim. kromelista ja alumeli) nauhasta, jonka pituus on 300 mm, leveys 10–15 mm ja joka on juotettu tai hitsattu otsa ja valssattu 0,1–0,2 mm:n paksuuteen...

Nauhan päät, joissa on liitos keskellä, on kiinnitetty kaaren muotoisen jousikahvan päissä oleviin eristeisiin siten, että nauha on koko ajan kireällä. Sen päistä mittalaitteen (millivolttimittarin) liittimiin on johdot, jotka on valmistettu samoista materiaaleista kuin nauhan kaksi puoliskoa.

Kuperan pinnan lämpötilan mittaamiseksi palkkitermopari painetaan sitä pintaa vasten keskiosasta siten, että pinta peittyy teipillä, vähintään 30 mm:n osissa liitoksen kummaltakin puolelta.

Porsaan lämpöpari

Termoparin muodostavat termoelektrodit juotetaan punakuparikiekon läpimeneviin reikiin. Rakenteen mekaanisen lujuuden varmistamiseksi käytetään lämpöelektrodeja, joiden halkaisija on 2-3 mm. Levyn alapinta ("patch") on valettu pintaan, jonka lämpötilaa lämpöpari on tarkoitettu mittaamaan.

Patch-termoparin termoelektromotorinen voima muodostuu lämpöelektrodien sulkemisen seurauksena paikan metallin vaikutuksesta. Hyvässä juotuksessa tämä sulkeutuminen tapahtuu laastarin sisään upotettujen termoelektrodisegmenttien koko pinnalla.Mutta pienimmän vastuksen omaavan sähköpiirin muodostaa pääasiassa laastarin yläpintakerros, ja tämän kerroksen lämpötila määrittää pääasiassa lämpösähköisen tehon. jne. v. lämpöparit.

Patch-termoparin lämpötasapainoyhtälöt ovat samanlaisia ​​kuin mitä edellä tehtiin liuskatermoparille sillä erolla, että laastarin ulkopinnalta konvektiivisen ja säteilevän lämmönsiirron seurauksena hajaantuneen lämpövuon lisäksi suuri määrä Tärkeää on ottaa huomioon se osa hajaantuneesta lämpövuosta, jonka termoelektrodipaikat imevät lämmönjohtavuudestaan ​​johtuen.

On tarpeen ottaa huomioon seuraava seikka. Termoelektrodit on valmistettu erilaisista metalleista tai seoksista, joilla on erilaiset lämmönjohtavuuskertoimen arvot. Siten esimerkiksi PP-tyyppiselle platina-rodium-termoparille on ominaista lämmönjohtavuuskerroin, joka on puolet toisen termoparin - platina -kerroin.

Jos termoelektrodien halkaisijat ovat samat, lämpöelektrodien lämmönjohtavuuskertoimien arvojen ero johtaa siihen, että lämpöelektrodien sähköisen kosketuksen paikkoihin muodostuu lämpötilaero. laastari, joka johtaa loistermosähköisen energian ilmaantumiseen termoparipiiriin . jne. kanssa

Pin termopari

Tämän tyyppisiä lämpöpareja käytetään ensisijaisesti suhteellisen pehmeiden metallien ja metalliseosten pintalämpötilojen mittaamiseen. Bajonettitermoparissa käytetään lämpöelektrodeja, jotka on valmistettu riittävän kovista seoksista, esimerkiksi kromelista ja alumelista, joiden halkaisija on 3-5 mm.

Yksi termoparin termoelektrodeista on kiinnitetty kiinteästi päähän ja toinen voi liikkua akselinsa ympäri, ja ei-toimitilassa sen päätä vedetään jousella ensimmäisen termoelektrodin pään alla. Kahden termoelektrodin päät ovat terävät.

Kun termopari tuodaan huomattavan kokoiseen esineeseen, kohteen pinta koskettaa ensin liikkuvan termoelektrodin kärkeä. Päähän kohdistuvalla lisäpaineella termoelektrodi menee siihen sisään, kunnes termoelektrodin kärki kohtaa esineen pinnan. Molemmat pisteet lävistävät sitten pinnan oksidikalvon kohteen pinnalla ja tämä metalli sulkee termoparin sähköpiirin.

Termoelektrodien päiden hyvällä teroituksella termoelementti antaa luotettavat tulokset ei-rautametallien pintojen lämpötilojen mittaamiseen pehmeällä, helposti lävistettävällä oksidikalvolla.

Tylppäkärkisen bajonettitermoparin käyttö johtaa siihen, että kahden termoelektrodin kosketuspinnat esineeseen tulevat suhteellisen suureksi, minkä seurauksena esineiden pinnat jäähtyvät paikoissa, joissa termoparien päät koskettavat ja koskettavat. termopari antaa selvästi aliarvioituja lämpötilalukemia. Kuitenkin jo 20-30 sekunnin kuluttua kohteen lähialueilta tuleva lämpö lämmittää jäähdytetyn osan ja sen mukana termoelektrodien päät.

Siten tylppäpäinen bajonettilämpöpari kosketushetkellä antaa aliarvioituja lukemia kohteen lämpötilasta, jonka jälkeen sen lukemat nousevat muutamassa kymmenessä sekunnissa ja lähestyvät asymptoottisesti vakaata arvoa.Tämä vakaa arvo eroaa enemmän kohteen pintalämpötilan todellisesta arvosta, mitä suurempi on lämpöelektrodien tylppojen päiden kosketuspinta kohteen kanssa.

Pintatermoparien kalibrointi

Pintatermoparin stationaarinen lämpötila on alhaisempi kuin sen pinnan mitattu lämpötila, jonka kanssa termopari koskettaa. Tämä lämpötilaero voidaan suurelta osin selittää johtuen pintatermoparin kalibroinnista lämmönsiirtoolosuhteissa sen ulkopinnasta, lähestyen käyttöolosuhteita.

Tästä asennosta seuraa, että termoelementin pintojen kalibrointiominaisuus voi poiketa merkittävästi samoista termoelektrodeista muodostetun, mutta esimerkin kanssa vertailumenetelmällä kalibroidun termoparin ominaisuuksista, kun ne upotetaan samanaikaisesti termostoituun tilaan.

Siksi pintatermopareja ei voida kalibroida upottamalla termostaatteihin (nestelaboratoriolämmitystermostaatit termoparien kalibrointiin). Niihin on sovellettava erilaista kalibrointitekniikkaa.

Pintatermoparit kalibroidaan kohdistamalla vaadittu paine ohutseinämäisen nestetermostaatin metallin ulkopintaan. Termostaatin sisällä lämmitetty neste sekoitetaan hyvin ja sen lämpötila mitataan jollain näytelaitteella.

Termostaatin ulkopinta on peitetty lämpöeristekerroksella. Lämmöneristys ei kata vain pientä aluetta ulkopinnasta, joka on noin puolet termostaatin korkeudesta, johon termopari kiinnitetään.

Tässä mallissa termostaatin metallipinnan lämpötila pintatermoparin alapuolella, virheellä, joka ei ylitä muutamaa asteen kymmenesosaa, voidaan pitää yhtä suurena kuin termostaatissa olevan nesteen lämpötila.