מדידת טמפרטורות פני השטח עם צמדים תרמיים

לא קיים צמד תרמי מסוג אחדנועד למדוד את טמפרטורת פני השטח של גופים מוצקים (צמדים תרמיים על פני השטח). שפע העיצובים הקיימים של צמד תרמי משטח נובע בעיקר ממגוון תנאי המדידה והמאפיינים של משטחים שיש למדוד את הטמפרטורות שלהם.

בפרקטיקה התעשייתית יש צורך למדוד טמפרטורות של משטחים בעלי צורות גיאומטריות שונות, גופים קבועים ומסתובבים, גופים ומבודדים מוליכים חשמלית, גופים בעלי מוליכות תרמית גבוהה ונמוכה, חלקים ומחוספסים. לכן, צמדים תרמיים משטחים המתאימים לשימוש בתנאים מסוימים אינם מתאימים באחרים.

מדידת הטמפרטורה של משטח מתכת על ידי ריתוך צמד תרמי

לעתים קרובות למדי, כדי למדוד את הטמפרטורות של לוחות מתכת דקים מחוממים או גופים מוצקים, צומת צמד תרמי מולחם ישירות או מרותך למשטח הנבדק.שיטה זו של מדידת טמפרטורה יכולה להיחשב מקובלת רק אם ננקטים אמצעי זהירות מסוימים.

חילופי החום בין פני הלוח לכדור המחבר של הצמדים התרמיים מתבצע בעיקר על ידי זרימת החום העוברת דרך משטח המגע שלהם, המהווה חלק ממשטח הצומת והתרמו-אלקטרודות הסמוכים לצומת. במידה מסוימת, חילופי חום מתרחשים על ידי קרינה בין הצלחת לבין החלק של משטח צומת התרמו-אלקטרודה שאינו במגע איתו.

מצד שני, החלק של משטח הצומת במגע עם הצלחת והאלקטרודות התרמיות של צמד תרמי מאבד אנרגיה תרמית עקב קרינה לגופים קרים יותר המקיפים את הלוח והעברת חום הסעה לזרמי האוויר השוטפים את הצומת.

לפיכך, הצומת והאלקטרודות התרמיות של הצמד התרמי הסמוך מפזרות חלק ניכר מהאנרגיה התרמית שמסופקת ברציפות לצומת דרך משטח המגע של הלוח.

כתוצאה משיווי המשקל, הטמפרטורה של הצומת והחלק הסמוך של פני הלוח מתגלה כנמוכה בהרבה מהטמפרטורה של חלקי הלוח המרוחקים מהצומת (כאשר מודדים טמפרטורות גבוהות של לוחות דקים, טעות מדידה שיטתית זו יכולה להגיע למאות מעלות).

שגיאה זו מופחתת על ידי הפחתת כמות שטף החום המופץ על ידי אלקטרודות החיבור והצמד התרמי. למטרה זו, כדאי להשתמש בצמדים תרמיים העשויים מהאלקטרודות התרמויות הדקות ביותר האפשריות.

אין להסיר מיד את התרמו-אלקטרודות עצמן מהצלחת, אך עדיף קודם למקם אותן במגע תרמי עם הצלחת במרחק השווה לפחות ל-50 קוטר של התרמו-אלקטרודות.

יש לזכור שאם הצלחת והמשטח של התרמו-אלקטרודות אינם מחומצנים, ניתן לסגור אותם על ידי הצלחת ו כוח תרמו-אלקטרי נמדד. וכו ' v. צמד תרמי יתאים לטמפרטורה לא של צומת הצמד התרמי אלא לטמפרטורה של נקודת המגע של הצמד התרמי עם פני השטח.

במקרה זה, יש להניח שכבה דקה של בידוד חשמלי, למשל יריעת נציץ דקה, בין התרמו-אלקטרודות לצלחת. כמו כן, מומלץ לכסות את כל פני הצומת ואזור התרמו-אלקטרודות בשכבת בידוד תרמי, למשל ציפוי עקשן, כדי להפחית הפסדים עקב קרינה והעברת חום הסעה.

על ידי שמירה על אמצעי זהירות אלה, ניתן להבטיח שטמפרטורת פני השטח של חלקי מתכת נמדדת בתוך כמה מעלות.

לפעמים לא החיבור של הצמד התרמי מרותך למשטח לוח המתכת, אלא הצמדים התרמיים שלו במרחק מה זה מזה.

שיטה זו של מדידת הטמפרטורה של משטח מתכת יכולה להיחשב מקובלת רק אם יש ביטחון בשוויון הטמפרטורות של הלוחות בשתי נקודות הריתוך של תרמו-אלקטרודות. אחרת, כוח תרמו-אלקטרי טפילי יופיע במעגל התרמי. ד. s פותח מחומרי thermoelectrode עם חומר הצלחת.

להלן תיאור של צמדים תרמיים כגון קשת, טלאי וכידון.הם משמשים למדידת הטמפרטורות של המשטחים של גופים נייחים.

צמד תרמי עם קשת (סרט)

הצמד התרמי באף מצויד באלמנט רגיש העשוי בצורת פס העשוי משתי מתכות או סגסוגות (לדוגמה, כרומל ואלומל) באורך של 300 מ"מ, רוחב של 10 - 15 מ"מ, מולחם או מרותך מצח ומגולגל לעובי של 0.1 - 0.2 מ"מ...

קצוות הרצועה עם מפרק באמצע מקובעים על מבודדים בקצות ידית קפיצית בצורת קשת כך שהרצועה מתוחה כל הזמן. מקצותיו ועד למסופים של מכשיר המדידה (מיליוולטמטר) ישנם חוטים העשויים מאותם חומרים כמו שני חצאי הסרט.

כדי למדוד את הטמפרטורה של משטח קמור, הצמד התרמי של הקורה נלחץ על אותו משטח מהחלק האמצעי כך שהמשטח מכוסה בסרט, לפחות עבור קטעים של 30 מ"מ משני צידי הצומת.

צמד תרמי חזיר

התרמו-אלקטרודות היוצרות צמד תרמי מולחמות לתוך החורים העוברים של דיסק הנחושת האדומה. כדי להבטיח את החוזק המכני של המבנה, נעשה שימוש בתרמו-אלקטרודות בקוטר של 2-3 מ"מ. המשטח התחתון של הדיסק ("הטלאי") יצוק לתוך המשטח שעבורו נועד הצמד התרמי למדידת הטמפרטורה.

הכוח התרמו-אלקטרו-מוטיבי של הצמד התרמי של התיקון נוצר כתוצאה מסגירת התרמו-אלקטרודות על ידי המתכת של התיקון. בהלחמה טובה, סגירה זו מתרחשת על פני כל פני השטח של מקטעי התרמו-אלקטרודה השקועים בתוך התיקון.אבל המעגל החשמלי עם ההתנגדות הנמוכה ביותר נוצר בעיקר על ידי שכבת השטח העליונה של התיקון, והטמפרטורה של שכבה זו קובעת בעיקר את ההספק התרמו-אלקטרי. וכו ' v. צמדים תרמיים.

משוואות איזון החום של הצמד התרמי של התיקון דומות למה שנעשה לעיל עבור הצמד התרמי ברצועה, עם ההבדל שבנוסף לשטף החום שהתפזר כתוצאה מהעברת חום הסעה וקרינה מהמשטח החיצוני של התיקון, של גדול החשיבות היא לקחת בחשבון את החלק של שטף החום המתפזר שנשאב על ידי טלאי התרמו-אלקטרודות בשל המוליכות התרמית שלהם.

יש לקחת בחשבון את הנסיבות הבאות. תרמו-אלקטרודות עשויות ממתכות או סגסוגות שונות עם ערכים שונים של מקדם מוליכות תרמית. כך, למשל, הצמד התרמי פלטינה-רודיום מסוג PP מאופיין במקדם מוליכות תרמית שהוא מחצית מזה של הצמד התרמי השני - פלטינה.

אם הקטרים ​​של התרמו-אלקטרודות זהים, אזי ההבדל בערכי מקדמי המוליכות התרמית של התרמו-אלקטרודות יוביל לעובדה שנוצר הפרש טמפרטורה במקומות המגע החשמלי של התרמו-אלקטרודות עם תיקון, אשר יוביל להופעת אנרגיה תרמו-אלקטרית טפילית במעגל התרמי. וכו ' עם

צמד תרמי סיכה

צמדים תרמיים מסוג זה משמשים בעיקר למדידת טמפרטורות פני השטח של מתכות וסגסוגות רכות יחסית. עבור צמד תרמי כידון, נעשה שימוש בתרמו-אלקטרודות העשויות מסגסוגות קשות מספיק, למשל כרומל ואלומל בקוטר של 3-5 מ"מ.

אחת התרמו-אלקטרודות של הצמד התרמי מקובע באופן קבוע על הראש, והשני יכול לנוע על צירו, ובמצב שאינו עובד, הקצה שלו נמשך על ידי קפיץ מתחת לקצה התרמו-אלקטרודה הראשונה. הקצוות של שתי התרמו-אלקטרודות מחודדות.

כאשר מביאים צמד תרמי לחפץ בגודל ניכר, פני השטח של החפץ נוגעים לראשונה בקצה התרמו-אלקטרודה הנעה. עם לחץ נוסף על הראש, התרמו-אלקטרודה נכנסת אליו עד שקצה התרמו-אלקטרודה פוגש את פני האובייקט. שתי הנקודות חודרות את סרט התחמוצת המשטח על פני האובייקט ומתכת זו סוגרת את המעגל החשמלי של הצמד התרמי.

עם חידוד טוב של קצוות התרמו-אלקטרודות, הצמד התרמי נותן תוצאות אמינות למדידת הטמפרטורות של המשטחים של מתכות לא ברזליות עם סרט תחמוצת רך וניקוב בקלות.

השימוש בצמד תרמי כידון בעל קצוות קהים מביא לכך שמשטחי המגע של שתי התרמואלקטרודות עם העצם הופכים גדולים יחסית, וכתוצאה מכך משטחי העצמים מתקררים במקומות בהם קצוות הצמדים התרמיים נוגעים ו. הצמד התרמי נותן קריאות טמפרטורה מוערכות בבירור. עם זאת, כבר לאחר 20 - 30 שניות, החום המגיע מהאזורים הסובבים של האובייקט מחמם את החלק המקורר, ואיתו את קצוות התרמו-אלקטרודות.

לפיכך, צמד תרמי כידון עם קצוות קהים ברגע המגע נותן קריאות לא מוערכות של טמפרטורת האובייקט, ולאחר מכן, תוך כמה עשרות שניות, קריאותיו עולות, ומתקרבות באופן אסימפטוטי לערך יציב.ערך יציב זה שונה יותר מהערך האמיתי של טמפרטורת פני השטח של האובייקט, ככל שמשטח המגע של הקצוות הקהים של התרמו-אלקטרודות גדול יותר עם האובייקט.

כיול של צמדים תרמיים על פני השטח

הטמפרטורה הנייחת של הצמד התרמי נמוך מהטמפרטורה הנמדדת של המשטח איתו נמצא הצמד התרמי במגע. ניתן להסביר הבדל טמפרטורה זה במידה רבה עקב כיול הצמד התרמי פני השטח בתנאי העברת חום מפני השטח החיצוניים שלו, המתקרבים לתנאי הפעלה.

מעמדה זו נובע שמאפיין הכיול של משטחי צמד תרמי יכול להיות שונה באופן משמעותי מהמאפיין של צמד תרמי שנוצר על ידי אותן תרמיאלקטרודות, אך מכויל בשיטת ההשוואה עם דוגמה, כאשר הם שקועים בו זמנית בחלל עם תרמוסטט.

לכן, לא ניתן לכייל צמדים תרמיים על פני השטח על ידי טבילה בתרמוסטטים (תרמוסטטים לחימום מעבדה נוזלי לכיול צמדים תרמיים). יש ליישם עליהם טכניקת כיול שונה.

צמדים תרמיים על פני השטח מכוילים על ידי הפעלת הלחץ הנדרש על משטח המתכת החיצוני של התרמוסטט הנוזלי בעל הקירות הדקים. הנוזל המחומם בתוך התרמוסטט מעורבב היטב והטמפרטורה שלו נמדדת עם מכשיר לדוגמה.

המשטח החיצוני של התרמוסטט מכוסה בשכבה של בידוד תרמי. הבידוד התרמי אינו מכסה רק שטח קטן מהמשטח החיצוני, שהוא כמחצית מגובה התרמוסטט, עליו מוחל הצמד התרמי.

בתכנון זה, הטמפרטורה של משטח המתכת של התרמוסטט מתחת לצמד התרמי פני השטח, עם שגיאה שאינה עולה על כמה עשיריות המעלה, יכולה להיחשב שווה לטמפרטורת הנוזל בתרמוסטט.