Termokupl nedir?

Termokupl nedir?

Sıcaklık ölçüm cihazlarında yaygın olarak kullanılan bir sıcaklık algılama elemanıdır. Sıcaklığı doğrudan ölçer ve sıcaklık sinyalini bir termoelektrik potansiyel sinyaline dönüştürür; Her ne kadar çeşitli termokuplların şekilleri uygulamalarına bağlı olarak büyük ölçüde değişse de, temel yapıları büyük ölçüde aynıdır, tipik olarak bir termoelektrik eleman, bir yalıtım manşonu koruyucu tüp ve bir bağlantı kutusundan oluşur. Bu termokupllar genellikle ekran enstrümanları, kayıt cihazları ve elektronik düzenleyicilerle birlikte kullanılır. Bir termokupl nasıl çalışır Bu ilişki pratik sıcaklık ölçümünde yaygın olarak kullanılmaktadır. Soğuk kavşak T0 sabit kaldığından, termokupl tarafından üretilen termoelektrik potansiyel sadece sıcak kavşak sıcaklığındaki değişikliklere (ölçüm ucu) değişir. Bu, belirli bir termoelektrik potansiyelin belirli bir sıcaklığa karşılık geldiği anlamına gelir. Termoelektrik potansiyelini ölçme yöntemini kullanarak, sıcaklık ölçümü amacına ulaşabiliriz Termokupl sıcaklık ölçümünün temel prensibi, bir kapalı devrenin farklı malzemelerden yapılmış iki iletken tarafından oluşturulmasıdır. İki uç arasında bir sıcaklık gradyanı olduğunda, akım devreden akar ve iki uç arasında bir elektromotif kuvveti (EMF) üretir. Bu fenomen Seebeck etkisi olarak bilinir. Farklı malzemelerden yapılmış iki iletken, termoelementlerdir, daha sıcak uç çalışma ucu olarak hizmet eder ve genellikle sabit bir sıcaklıkta tutulan serbest uç olarak soğutucu ucu. EMF ve sıcaklık arasındaki ilişkiye dayanarak, bir termokupl kalibrasyon tablosu oluşturulur. Bu tablo, serbest uç sıcaklığının 0 derece olduğu ve farklı termokuplların kendi kalibrasyon tablolarına sahip olduğu duruma dayanmaktadır. Termokupl devresine üçüncü bir metal malzeme eklendiğinde, bu malzemenin her iki kavşağındaki sıcaklıklar aynı olduğu sürece, termokupl tarafından üretilen termoelektrik potansiyel, üçüncü metalin eklenmesinden etkilenmeden değişmeden kalacaktır. Bu nedenle, sıcaklık ölçümü için bir termokupl kullanılırken, ölçülen ortamın sıcaklığının belirlenmesine izin veren termoelektrik potansiyelini ölçmek için bir ölçüm cihazı bağlanabilir. Sıcaklığı bir termokupl ile ölçerken, soğuk kavşaktaki sıcaklığın (uçlar yoluyla ölçüm devresine bağlı uç) sabit kalması önemlidir, çünkü bu termoelektrik potansiyelinin ölçülen sıcaklıkla orantılı olmasını sağlar. Soğuk kavşaktaki sıcaklık (çevre) ölçüm sırasında değişirse, ölçümün doğruluğunu önemli ölçüde etkileyebilir. Soğuk kavşak sıcaklığındaki değişikliklerin etkisini telafi etmek için, soğuk kavşak telafisi olarak adlandırılan soğuk kavşakta önlemler alınır. Ölçüm cihazına bağlanmak için özel telafi kabloları kullanılır.

Termokuplların ortak türleri ve özellikleri

Ortak termokupllar iki ana tipte kategorize edilebilir: standart ve olmayan - standardı. Standart termokuplar, ulusal standartların termoelektrik potansiyelini - sıcaklık ilişkilerini, izin verilen hatalarını ve birleşik bir kalibrasyon tablosunu belirttiğidir. Seçim için eşleşen ekran enstrümanları ile birlikte gelirler. - olmayan standart termokupllar, standart termokupllara kıyasla daha küçük bir aralığa veya uygulama miktarına sahiptir ve genellikle birleşik bir kalibrasyon tablosu yoktur, bu da bunları öncelikle özel durumlarda ölçümler için kullanır. 1 Ocak 1988'den bu yana Çin, IEC uluslararası standartlarına göre termokupllar ve direnç termometrelerinin üretimini standartlaştırdı ve Çin için birleşik standart termokoplar olarak yedi tip - s, b, e, k, r, j, t - belirledi.

Teorik olarak, herhangi bir iki farklı iletken (veya yarı iletken) bir termokupl oluşturmak için eşleştirilebilir. Bununla birlikte, pratik sıcaklık ölçüm bileşenleri olarak, birden fazla gereksinimi karşılamalıdırlar. Mühendislik uygulamalarında güvenilirlik ve yeterli doğruluk sağlamak için, tüm malzemeler termokupllar için uygun değildir. Genel olarak, termokuplların elektrot malzemeleri için temel gereksinimler şunlardır:

1. Sıcaklık ölçüm aralığı içinde, termoelektrik özellikler stabildir ve zamanla değişmez ve oksitlenmesi veya aşınması kolay olmayan yeterli fiziksel ve kimyasal stabilite vardır;

2, küçük sıcaklık direnç katsayısı, yüksek iletkenlik, küçük spesifik ısı;

3. Sıcaklık ölçümünde üretilen termoelektrik potansiyel büyük olmalı ve termoelektrik potansiyel, sıcaklık ile doğrusal veya neredeyse doğrusal bir tek değerlik fonksiyon ilişkisidir;

4. Malzemenin iyi tekrarlanabilirliği vardır,

Termokupl nasıl kurulur?

Üretimde, test altındaki farklı nesneler, farklı çevre koşulları, farklı ölçüm gereksinimleri ve termal dirençlerin ve alınan önlemlerin farklı kurulum yöntemleri nedeniyle dikkate alınması gereken birçok sorun vardır. Bununla birlikte, prensip olarak, üç açıdan düşünülebilir: sıcaklık ölçümünün doğruluğu, güvenliği ve bakım rahatlığı. Sıcaklık algılama elemanına zarar vermeyi önlemek için yeterli mekanik mukavemete sahip olmasının sağlanması gerekir. Elemanı aşınmaya karşı korumak için koruyucu bir ekran veya tüp eklenmelidir. Güvenlik ve güvenilirliği sağlamak için, sıcaklık algılama elemanının kurulum yöntemi, ölçülecek ortamın sıcaklığı ve basıncı, elemanın uzunluğu, kurulum konumu ve formu gibi belirli koşullara göre belirlenmelidir. Dikkat çekmek için birkaç örnek aşağıdadır:

Baskıya dayanacak şekilde monte edilen tüm sıcaklık algılama elemanları sızdırmazlıklarını sağlamalıdır. Yüksek sıcaklıklarda çalışan termokupllar için, koruyucu tüpün deformasyonunu önlemek için genellikle dikey olarak monte edilmelidirler. Yatay kurulum gerekiyorsa, çok uzun olmamalı ve termokupl'u korumak için bir braket kullanılmalıdır. Sıcaklık algılama elemanı yüksek orta akış hızına sahip bir boru hattına monte edilirse, bir açıyla monte edilmelidir. Aşırı erozyonu önlemek için, sıcaklık algılama elemanını boru hattının virajlarına monte etmek en iyisidir. Orta basınç 10MPA'yı aştığında, ölçüm elemanına koruyucu bir manşon eklenmelidir. Termokuplların ve termal dirençlerin kurulum yeri de sökme, bakım ve kalibrasyon için yeterli alan göz önünde bulundurmalıdır. Daha uzun koruyucu tüplere sahip termokupllar ve termal dirençlerin sökülmesi ve monte edilmesi kolay olmalıdır

Termokupl sıcaklık ölçüm yöntemi

Termal tepki süresi karmaşıktır ve farklı deney koşulları değişen ölçüm sonuçlarına yol açabilir. Bunun nedeni, termal tepki süresinin termokupl ve çevre ortamı arasındaki ısı transfer hızından etkilenmesidir; Daha yüksek bir ısı transfer hızı, daha kısa bir termal tepki süresine neden olur. Termokupl ürünlerinin termal tepki süresinin karşılaştırılabilir olmasını sağlamak için, ulusal standartlar, termal tepki süresinin özel bir su akışı test cihazı kullanılarak ölçülmesi gerektiğini belirtir. Su akış hızı, 5-45 derece ve 40-50 derecelik bir sıcaklık aşaması arasında değişen bir başlangıç ​​sıcaklığı ile 0.4 ± 0.05m/s'de tutulmalıdır. Test sırasında, su sıcaklığı sıcaklık adımının ±% 1'inden fazla değişmemelidir. Termokupl 150 mm derinliğe veya tasarım yerleştirme derinliğine (hangisi daha küçükse) yerleştirilmeli ve bu test raporunda belirtilmelidir.

Cihaz nispeten karmaşık olduğundan, sadece birkaç birim şu anda bu ekipmana sahiptir, bu nedenle ulusal standart, üreticinin ve kullanıcının diğer test yöntemlerini benimsemek için müzakere edebileceğini öngörür, ancak verilen veriler test koşullarını göstermelidir.

Tip B termokuplunun termoelektrik potansiyeli oda sıcaklığına yakın çok küçük olduğundan, termal tepki süresinin ölçülmesi kolay değildir. Bu nedenle, ulusal standart, S Tipoupl'un aynı spesifikasyonunun termoelektrik elektrot düzeneğinin kendi termoelektrik elektrot düzeneğinin yerini almak için kullanılabileceğini ve daha sonra testin gerçekleştirilebileceğini öngörür.

Deney sırasında, termokuplun çıkışı sıcaklık adımı değişiminin% 50'sine dönüştüğünde T0.5 zamanını kaydedin. Gerekirse,% 10 termal tepki süresini T0.1 ve% 90 termal tepki süresini T0.9 kaydedin. Kaydedilen termal tepki süreleri en az üç testin ortalaması olmalıdır, her bir ölçüm ortalamadan ±%10 sapmaktadır. Ek olarak, sıcaklık aşaması değişikliği için gereken süre, test edilen termokuplun T0.5'inin onda birini -} 'ı aşmamalıdır. Kayıt cihazının veya sayaçının tepki süresi, test edilen termokuplun T0.5'inin onda birini -} 'ı aşmamalıdır.

Ana termokupl tipleri

1. Sınıflandırma Sabitleme cihazının türüne göre, sıcaklık ölçümünün ana aracı olarak, termokupl çok çeşitli kullanımlara sahiptir, bu nedenle cihazların sabitlenmesi ve teknik performans için birçok gereksinim vardır. Bu nedenle, termokuplun sabitleme cihazları altı tipe ayrılır: sabitleme cihazı tipi, dişli tip, sabit flanş tipi, hareketli flanş tipi, hareketli flanş açısı cetvel tipi, konik koruyucu tüp tipi.

2. Montaj ve yapıya göre sınıflandırma Termokuplların performansına ve yapısına göre, bunlar aşağıdakilere ayrılabilir: Söndürülebilir termokupllar, patlama - prova termokuplları, zırhlı termokupllar ve basınç yay sabit termokupllar gibi özel amaçlı termokupllar.

Termokupl'u kurarken hangi gereksinimlere dikkat edilmelidir?

Termokuplların ve direnç termometrelerinin kurulumu için, sıcaklık ölçümü, güvenlik ve güvenilirlik ve uygun bakım doğruluğuna dikkat edilmeli ve ekipman ve üretim operasyonlarının çalışmasını etkilememelidir. Yukarıdaki gereksinimleri karşılamak için, kurulum parçalarını seçerken ve termokuplların ve direnç termometrelerinin ekleme derinliğini seçerken, aşağıdaki noktalara dikkat edin:

1. Termokupl ve direnç termometresi ile ölçülen ortam arasında yeterli ısı değişimini sağlamak için ölçüm noktası makul bir şekilde seçilmeli ve boru ve ekipmanların valfler, dirsekler ve ölü köşelerinden mümkün olduğunca uzakta kurulmalıdır.

2. Termokupllar ve koruyucu manşonlu termistörler ısı transferi ve ısı yayılma kayıplarına sahiptir. Ölçüm hatalarını azaltmak için termokupllar ve termistörlerin yeterli yerleştirme derinliğine sahip olması gerekir:

(1) Boru hattının ortasındaki sıvı sıcaklığını ölçen termokupl için genellikle boru hattının merkezine yerleştirilmelidir (dikey montaj veya eğimli kurulum). Boru hattının çapı 200 mm ise, termokupl veya dirençin yerleştirme derinliği 100 mm olarak seçilmelidir;

(2) Yüksek - sıcaklık, yüksek - basıncı ve yüksek -} hız sıvıları (ana buhar sıcaklığı gibi) sıcaklık ölçümleri için, koruyucu manşonun sıvıya direncini azaltmak ve koruyucu tüp basıncı altında kırılmasını önlemek için, sığdırma yöntemi için kullanılabilir veya bir termokoup için kullanılabilir. Sığ yerleştirme termokupl için koruyucu manşonun derinliği, ana buhar borusuna yerleştirildiğinde 75 mm'den az olmamalıdır; Termal manşon termokupl için standart yerleştirme derinliği 100 mm'dir;

(3) baca gazı sıcaklığının bacataki sıcaklığını ölçmek gerekiyorsa, baca çapı 4m olmasına rağmen, termokupl veya direncin yerleştirme derinliği 1 m'dir;

(4) Ölçüm orijinalinin yerleştirme derinliği 1m'yi aştığında, mümkün olduğunca dikey olarak monte edilmeli veya destek çerçevesi ve koruyucu boru eklenmelidir.

Hataları önlemek için termokupl'u doğru şekilde kullanmak için aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir.

Termokuplun doğru kullanımı sadece sıcaklık değerini doğru bir şekilde elde etmekle kalmaz, ürün yeterliliğini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda termokuplun malzeme tüketimini de kaydeder, hem para kazandırır hem de ürün kalitesini sağlayın. Yanlış kurulum, termal iletkenlik ve zaman gecikme hataları, termokupl kullanımındaki ana hatalardır.

1. Termokuplun montaj konumu ve yerleştirme derinliği fırının gerçek sıcaklığını doğru bir şekilde yansıtmıyorsa, uygunsuz montaj ile getirilen hatalar, örneğin termokupl kapıya veya ısıtma alanlarına çok yakın yerleştirilmemeli ve yerleştirme derinliği koruyucu tüpün çapının en az 8 ila 10 katı olmalıdır. Termokuplun koruyucu manşon ve fırın duvarı arasındaki boşluk, fırını istila etmek için ısının veya soğuk havaya neden olabilecek yalıtım malzemesi ile doldurulmaz. Bu nedenle, termokuplun koruyucu manşon ve fırın duvarı arasındaki boşluk, sıcak ve soğuk havanın konveksiyonunu önlemek için refrakter kil veya asbest halatı ile kapatılmalıdır, bu da sıcaklık ölçümünün doğruluğunu etkileyebilir. Termokuplun soğuk ucu fırın gövdesine çok yakınsa, sıcaklık 100 dereceyi aşabilir. Termokuplun kurulumu, güçlü manyetik alanlardan ve elektrik alanlarından mümkün olduğunca kaçınmalıdır, bu nedenle hatalara neden olabilecek paraziti önlemek için güç kablolarıyla aynı kanalda monte edilmemelidir. Termokupl, ölçülen ortamın çok az aktığı alanlara monte edilmemelidir. Borunun içindeki gazın sıcaklığı bir termokupl ile ölçülürken, termokupl akış hızının karşısındaki yöne monte edilmeli ve gazla yeterli temasa sahip olmalıdır.

2. Yalıtım bozulması ile tanıtılan hata termokupl yalıtılırsa, koruyucu tüp ve çekme plakası üzerinde çok fazla kir veya tuz kalıntısı, termokupl kutupları ile yüksek sıcaklıkta daha ciddi olan fırın duvarı arasında zayıf yalıtıma neden olur. Bu sadece termoelektrik potansiyelin kaybına neden olmakla kalmayacak, aynı zamanda parazit getirecek ve bunun neden olduğu hata bazen yüzlerce dereceye ulaşabilir.

3. Termal Atalet tarafından tanıtılan hata Termokuplların termal ataleti, enstrümanın okumasının gerçek sıcaklık değişikliklerinin gerisinde kalmasına neden olur, bu da özellikle hızlı ölçümler sırasında fark edilir. Bu nedenle, daha ince termoelementler ve daha küçük koruyucu tüp çapları ile termokuplların kullanılması tavsiye edilir. Ölçüm ortamı izin verdiğinde, koruyucu tüp çıkarılabilir. Ölçüm gecikmesi nedeniyle, termokupllar tarafından tespit edilen sıcaklık dalgalanmalarının genliği, fırın sıcaklıklarından daha küçüktür. Ölçüm ne kadar büyük olursa, termokuplun dalgalanmalarının genliği o kadar küçük olur ve gerçek fırın sıcaklığından fark o kadar büyük olur. Sıcaklık ölçümü veya kontrolü için büyük bir zaman sabitine sahip termokupllar kullanılırken, cihaz minimum sıcaklık dalgalanmaları gösterebilir, ancak gerçek fırın sıcaklığı önemli ölçüde değişebilir. Doğru sıcaklık ölçümünü sağlamak için, küçük bir zaman sabitine sahip termokupllar seçilmelidir. Zaman sabiti, ısı transfer katsayısı ile ters orantılıdır ve termokuplun sıcak ucu çapı, malzemenin yoğunluğu ve spesifik ısısı ile doğru orantılıdır. Zaman sabitini azaltmak için, ısı transfer katsayısının arttırılmasına ek olarak, en etkili yöntem sıcak uçun boyutunu en aza indirmektir. Uygulamada, iyi termal iletkenlik, ince tüp duvarları ve küçük iç çapları olan malzemeler tipik olarak koruyucu manşonlar için kullanılır. Daha hassas sıcaklık ölçümleri için, koruyucu manşon olmayan çıplak tel termokupllar kullanılır, ancak bunlar kolayca hasar görebilir ve zamanında kalibrasyon veya replasman gerektirebilir.

4. Yüksek sıcaklıkta termal direnç hatası, koruyucu tüp üzerinde bir kurum tabakası varsa ve toz tutturulursa, termal direnç artacak ve ısı iletimi engellenecektir. Şu anda, sıcaklık göstergesi ölçülen sıcaklığın gerçek değerinden daha düşüktür. Bu nedenle, hatayı azaltmak için termokupl koruyucu tüpün dış temizliği korunmalıdır.

Termokuplların ana avantajları

1. Yüksek ölçüm doğruluğu. Ölçülen nesneyle doğrudan temas halinde olduğu için, ara ortamdan etkilenmez.

2. Geniş ölçüm aralığı. Yaygın termokupllar, 50 derece-140 derece sürekli olarak ölçülebilir ve bazı özel termokupllar düşük AS-269 derece (altın demir nikel kromu gibi) ve 2800 dereceye (tungsten, rhenium gibi) ölçülebilir.

3. Basit yapı ve kullanımı kolay. Termokupllar genellikle iki farklı metal kablodan oluşur ve boyut ve başlangıç ​​ile sınırlı değildir. Dışarıda koruyucu bir kılıf var, bu da onları kullanmayı çok uygun hale getiriyor.

Termokupl'un gelecekteki eğilimleri ve uygulama alanları nelerdir?

I. Gelecek Gelişme Eğilim Malzeme İnovasyonu ve Performans Geliştirme Yeni termoelektrik malzemeler: Geleneksel metal alaşımlarının (K - tipi, nanokompozitler, j {- tipi, j {- tipi gibi) daha yüksek hassasiyet ve daha geniş sıcaklık aralığına sahip malzemeler geliştirin ({2}. İnce - film termokuplları (basılı elektronikler gibi). Yüksek sıcaklık süper iletken malzemeler: aşırı ortamlarda (havacılık ve nükleer reaktörler gibi) kararlı sıcaklık ölçüm şemalarını keşfetmek. Akıllı ve entegre gömülü sinyal işleme: entegre minyatür amplifikatör ve dijital telafi devresi, dijital sinyalin doğrudan çıkışı, harici paraziti azaltın. IoT Fusion: Endüstri 4.0'ı ve akıllı şehir uygulamalarını desteklemek için kablosuz şanzıman (Lora, NB - IoT gibi) ile uzaktan izleme. Self - Güçlü Sistem: Düşük - güç cihazlarına (kablosuz sensör düğümleri gibi) güç vermek için termokuplların seebeck etkisini kullanma. Doğruluk ve güvenilirliğin optimizasyonu AI kalibrasyon teknolojisi: Makine öğrenimi ile doğrusal olmayan hata ve yaşlanma sürüklenmesini dinamik olarak telafi etmek için hizmet ömrünü uzatır. Multi - Sensör füzyonu: Karmaşık ortamda ölçümün güvenilirliğini artırmak için kızılötesi, RTD vb. İle birlikte. Düşük Maliyet ve Standardizasyon MEMS Süreci: Büyük - Mikroelektromekanik sistemlerin ölçekli üretimi, mikro termokuplların maliyetini azaltır ve tüketici uygulamalarını genişletir. Uluslararası Standart Birleşme: Küresel tedarik zincirine uyum sağlayın, seçim ve bakım sürecini basitleştirin.

2, Gelişen Uygulama Alanları Yeni Enerji ve Karbon Nötrlüğü Fotovoltaik ve Enerji Depolama: Güneş paneli sıcaklığını (sıcak nokta etkisini önlemek için) ve enerji depolama sistemlerinin termal yönetimini izleyin. Hidrojen enerjisi: Yüksek basınçlı hidrojen üretimi ve yakıt hücresi yığınlarının sıcaklık izlenmesi. Nükleer füzyon: Gelecekteki reaktörler için aşırı yüksek sıcaklık ölçümleri (tungsten ve renyum termokupllar gibi). Yüksek - Son üretim ve otomasyon Yarıiletken üretimi: gofret işleme ve dağlama ekipmanının hassas sıcaklık kontrolü (milisaniye tepki gerekli). Katkı Üretimi: Kalıplama kalitesini optimize etmek için 3D baskı işleminde eriyik havuzu sıcaklığının gerçek - zaman geri bildirimi. Robot: İşbirlikçi robot eklemi aşırı ısınma koruması. Biyomedikal ve sağlık minimal invaziv cerrahi: Ultrafin termokupllar, doku sıcaklığını gerçek zamanlı olarak izlemek için bir kateter veya endoskopa entegre edilir. Giyilebilir cihazlar: Vücut ısısı değişikliklerinin sürekli izlenmesi (salgından sonra sağlık yönetimi ihtiyaçları gibi). Düşük sıcaklık tedavisi: Sıvı azot kriyoterapisi sırasında hassas sıcaklık kontrolü. Havacılık ve Savunma Süpersonik Uçak: Yüzey Aerodinamik Isıtma İzleme (2000 C'den fazla dayanıklı malzemeler gerekli). Uydu termal kontrolü: Alanın aşırı sıcaklık ortamında güvenilirlik iyileştirmesi. Motor Sağlığı Yönetimi: Türbin Bıçağı Sıcaklık Dağıtım İzleme. Akıllı Ev ve Tüketici Elektroniği Akıllı Ev Aletleri: Fırınların, Kahve Makinelerinin ve Diğer Ev Aletlerinin Hassas Sıcaklık Kontrolü. AR/VR Cihazları: İşlemcinin aşırı ısınmanın kullanıcı deneyimini etkilemesini önleyin. Çevre ve Tarım Akıllı Tarım: Sera ve Toprak Sıcaklığı İzleme. Jeotermal keşif: Enerji gelişimine yardımcı olmak için derin iyi sıcaklık ölçümü.

özetlemek

Termokuplların geleceği üç temel alana odaklanacaktır: yüksek - performans malzemeleri, zeka ve cross - alan entegrasyonu. Yeni enerji, sağlık ve havacılık gibi yüksek - son sektörlere nüfuz etmeye devam edecekler ve maliyetler azaldıkça tüketici pazarına girecekler. Onların temel avantajları - basit yapı, güç kaynağı gereksinimi yok ve Isı Direnci - Taşınmazlıklarını sağlar, ancak ortaya çıkan sensör teknolojileri ile birlikte gelişmelidirler.