Kuna vifaa na mifumo mingi tofauti inayokuruhusu kupima halijoto. Baadhi yao hutumiwa katika maisha ya kila siku, baadhi - kwa utafiti mbalimbali wa kimwili, katika michakato ya uzalishaji na sekta nyingine.
Kifaa kimoja kama hicho ni thermocouple. Tutazingatia kanuni ya utendakazi na mpangilio wa kifaa hiki katika sehemu zifuatazo.
Misingi ya kimwili ya operesheni ya thermocouple
Kanuni ya kazi ya thermocouple inategemea michakato ya kawaida ya kimwili. Kwa mara ya kwanza, athari ambayo kifaa hiki hufanya kazi ilichunguzwa na mwanasayansi wa Ujerumani Thomas Seebeck.
Kiini cha jambo ambalo kanuni ya uendeshaji wa thermocouple hutegemea ni kama ifuatavyo. Katika saketi ya umeme iliyofungwa, inayojumuisha kondakta mbili za aina tofauti, inapofunuliwa na halijoto fulani iliyoko, umeme hutokea.
Mtiririko wa umeme unaosababishwa na halijoto iliyoko kwenye kondakta ziko katika uhusiano wa mstari. Hiyo ni, joto la juu, zaidi ya sasa ya umeme inayozalishwa na thermocouple. Juu yahii ndiyo kanuni ya uendeshaji wa thermocouple na kipimajoto cha upinzani.
Katika kesi hii, mguso mmoja wa thermocouple iko mahali ambapo ni muhimu kupima joto, inaitwa "moto". Mawasiliano ya pili, kwa maneno mengine - "baridi", - kwa mwelekeo kinyume. Matumizi ya thermocouples kwa kipimo inaruhusiwa tu wakati halijoto ya hewa katika chumba iko chini kuliko mahali pa kipimo.
Hii ni mchoro mfupi wa uendeshaji wa thermocouple, kanuni ya uendeshaji. Aina za thermocouples zitajadiliwa katika sehemu inayofuata.
Aina za thermocouples
Katika kila tasnia ambapo vipimo vya halijoto vinahitajika, thermocouple ndio programu kuu inayotumika. Kifaa na kanuni ya uendeshaji wa aina mbalimbali za kitengo hiki zimetolewa hapa chini.
Chromel-aluminium thermocouples
Saketi hizi za thermocouple hutumiwa mara nyingi kwa ajili ya utengenezaji wa vihisi na vichunguzi mbalimbali vinavyokuruhusu kudhibiti halijoto katika uzalishaji viwandani.
Vipengele vyake bainifu ni pamoja na bei ya chini kabisa na anuwai kubwa ya viwango vya joto vilivyopimwa. Zinakuruhusu kurekebisha halijoto kutoka -200 hadi +13000 digrii Selsiasi.
Si vyema kutumia thermocouples zenye aloi zinazofanana katika maduka na vifaa vyenye maudhui ya juu ya salfa angani, kwani kipengele hiki cha kemikali huathiri vibaya chromium na alumini, na kusababisha hitilafu kwenye kifaa.
Chromel-Kopel thermocouples
Kanuni ya uendeshaji wa thermocouple, kikundi cha mawasiliano ambacho kinajumuisha aloi hizi, ni sawa. Lakini vifaa hivi vinafanya kazi hasa katika kioevu au gesi ya kati, ambayo ina mali ya neutral, isiyo ya fujo. Faharasa ya halijoto ya juu haizidi digrii +8000 Selsiasi.
Thermocouple sawa hutumiwa, kanuni ambayo inaruhusu kutumika kubainisha kiwango cha kupokanzwa kwa nyuso zozote, kwa mfano, kubainisha halijoto ya tanuru za sehemu ya wazi au miundo mingine inayofanana.
Iron-constantan thermocouples
Mchanganyiko huu wa anwani katika thermocouple sio kawaida kama aina ya kwanza kati ya zinazozingatiwa. Kanuni ya uendeshaji wa thermocouple ni sawa, lakini mchanganyiko huu umejionyesha vizuri katika hali ya nadra. Kiwango cha juu cha halijoto iliyopimwa haipaswi kuzidi digrii +12500 Selsiasi.
Hata hivyo, ikiwa halijoto itaanza kupanda zaidi ya digrii +7000, kuna hatari ya ukiukaji wa usahihi wa vipimo kutokana na mabadiliko ya sifa za kimwili na kemikali za chuma. Kuna hata matukio ya kutu ya mguso wa chuma wa thermocouple ikiwa kuna mvuke wa maji katika hewa iliyoko.
Platinorhodium-platinum thermocouples
Thermocouple ghali zaidi kutengeneza. Kanuni ya operesheni ni sawa, lakini inatofautiana na wenzao katika usomaji wa joto thabiti na wa kuaminika. Imepungua usikivu.
Njia kuu ya vifaa hivi ni kipimo cha halijoto ya juu.
Tungsten-rhenium thermocouples
Pia hutumika kupima halijoto ya juu zaidi. Kikomo cha juu zaidi kinachoweza kurekebishwa kwa kutumia mpango huu kinafikia nyuzi joto elfu 25.
Maombi yao yanahitaji kutii masharti fulani. Kwa hivyo, katika mchakato wa kupima joto, ni muhimu kuondoa kabisa anga inayozunguka, ambayo ina athari mbaya kwa mawasiliano kama matokeo ya mchakato wa oxidation.
Kwa hili, thermocouples za tungsten-rhenium huwekwa kwenye mifuko ya kinga iliyojazwa na gesi ajizi ili kulinda vipengele vyake.
Hapo juu, kila thermocouple iliyopo, kifaa, kanuni yake ya uendeshaji, kulingana na aloi zilizotumiwa, zilizingatiwa. Sasa zingatia baadhi ya vipengele vya muundo.
Miundo ya Thermocouple
Kuna aina kuu mbili za miundo ya thermocouple.
- Na safu ya kuhami. Mpango huu wa thermocouple hutoa kwa kutenganisha safu ya kazi ya kifaa kutoka kwa sasa ya umeme. Mpangilio huu huruhusu thermocouple kutumika katika mchakato bila kutenganisha ingizo kutoka ardhini.
- Bila matumizi ya safu ya kuhami joto. Vile thermocouples vinaweza tu kushikamana na nyaya za kupimia ambazo pembejeo haziwasiliana na ardhi. Ikiwa hali hii haitatimizwa, kifaa kitatengeneza saketi mbili huru zilizofungwa, na hivyo kusababisha usomaji batili wa thermocouple.
Thermocouple ya kusafiri na matumizi yake
Kuna tofautiaina ya kifaa hiki, kinachoitwa "kukimbia". Sasa tutazingatia kanuni ya utendakazi wa thermocouple inayoendesha kwa undani zaidi.
Muundo huu hutumika hasa kutambua halijoto ya billet ya chuma wakati wa kuchakatwa kwenye kuwasha, kusaga na mashine zingine zinazofanana.
Inapaswa kuzingatiwa kuwa katika kesi hii pia inawezekana kutumia thermocouple ya kawaida, hata hivyo, ikiwa mchakato wa utengenezaji unahitaji usahihi wa joto la juu, ni vigumu kuzidisha thermocouple inayoendesha.
Unapotumia mbinu hii, vipengee vyake vya mawasiliano huuzwa kwenye kitengenezo mapema. Halafu, wakati wa usindikaji wa tupu, mawasiliano haya yanaonyeshwa kila wakati kwa hatua ya mkataji au zana nyingine ya kufanya kazi ya mashine, kama matokeo ambayo makutano (ambayo ndio nyenzo kuu wakati wa kusoma hali ya joto) inaonekana kukimbia.” pamoja na anwani.
Athari hii inatumika sana katika sekta ya ufundi vyuma.
Sifa za kiteknolojia za miundo ya thermocouple
Wakati wa kutengeneza saketi ya thermocouple inayofanya kazi, viunganishi viwili vya chuma huuzwa, ambavyo, kama unavyojua, vinatengenezwa kwa nyenzo tofauti. Makutano hayo yanaitwa makutano.
Ikumbukwe kwamba si lazima kuunganisha kwa kutumia soldering. Pindisha tu waasiliani wawili pamoja. Lakini mbinu kama hiyo ya uzalishaji haitakuwa na kiwango cha kutosha cha kutegemewa, na inaweza pia kutoa makosa wakati wa kupima viwango vya joto.
Ikiwa unahitaji kupima juujoto, soldering ya metali ni kubadilishwa na kulehemu yao. Hii ni kutokana na ukweli kwamba katika hali nyingi solder inayotumiwa kwenye kiunganishi huwa na kiwango cha chini cha kuyeyuka na huvunjika inapozidishwa.
Miduara ambayo imechomekwa inaweza kustahimili masafa mapana zaidi ya halijoto. Lakini njia hii ya uunganisho pia ina vikwazo vyake. Muundo wa ndani wa chuma unapowekwa kwenye joto la juu wakati wa mchakato wa kulehemu unaweza kubadilika, jambo ambalo litaathiri ubora wa data iliyopatikana.
Kwa kuongeza, hali ya mawasiliano ya thermocouple inapaswa kufuatiliwa wakati wa uendeshaji wake. Kwa hivyo, inawezekana kubadili sifa za metali katika mzunguko kutokana na athari za mazingira ya fujo. Oxidation au interdiffusion ya nyenzo inaweza kutokea. Katika hali kama hiyo, mzunguko wa uendeshaji wa thermocouple unapaswa kubadilishwa.
Aina za makutano ya thermocouple
Sekta ya kisasa inazalisha miundo kadhaa ambayo hutumika katika utengenezaji wa thermocouples:
- makutano ya wazi;
- pamoja na makutano ya maboksi;
- pamoja na makutano ya msingi.
Kipengele cha thermocouples za makutano ya wazi ni upinzani duni kwa athari za nje.
Aina mbili zifuatazo za muundo zinaweza kutumika wakati wa kupima halijoto katika mazingira ya fujo ambayo yana athari mbaya kwa jozi ya mawasiliano.
Aidha, tasnia kwa sasa inasimamia mipango bora ya utengenezaji wa thermocouples kwa kutumia teknolojia ya semiconductor.
Hitilafu ya kipimo
Usahihi wa vipimo vya halijoto vilivyopatikana kwa kutumia thermocouple hutegemea nyenzo za kikundi cha mwasiliani, pamoja na mambo ya nje. Mwisho ni pamoja na shinikizo, mandharinyuma ya mionzi au sababu zingine zinazoweza kuathiri vigezo vya fizikia-kemikali ya metali ambapo viasili hutengenezwa.
Hitilafu ya kipimo ina vipengele vifuatavyo:
- hitilafu ya nasibu iliyosababishwa na mchakato wa utengenezaji wa thermocouple;
- hitilafu inayosababishwa na ukiukaji wa kanuni ya halijoto ya anwani "baridi";
- kosa lililosababishwa na mwingiliano wa nje;
- hitilafu ya kifaa cha kudhibiti.
Faida za kutumia thermocouples
Faida za kutumia vifaa hivi vya kudhibiti halijoto, bila kujali programu, ni pamoja na:
- aina kubwa ya viashirio vinavyoweza kurekodiwa kwa kutumia thermocouple;
- Mkutano wa thermocouple, ambayo inahusika moja kwa moja katika kuchukua usomaji, inaweza kuwekwa kwenye mguso wa moja kwa moja na sehemu ya kupimia;
- Thermocouples ni rahisi kutengeneza, kudumu na kudumu kwa muda mrefu.
Hasara za kupima halijoto na thermocouple
Hasara za kutumia thermocouple ni pamoja na:
- Haja ya ufuatiliaji wa mara kwa mara wa halijoto ya mguso wa "baridi" wa thermocouple. Hii ni tofautikipengele cha kubuni cha vyombo vya kupimia, vinavyotokana na thermocouple. Kanuni ya uendeshaji wa mpango huu hupunguza wigo wa matumizi yake. Zinaweza kutumika tu ikiwa halijoto iliyoko ni ya chini kuliko halijoto katika sehemu ya kupimia.
- Ukiukaji wa muundo wa ndani wa metali zinazotumika katika utengenezaji wa thermocouples. Ukweli ni kwamba kutokana na kufichuliwa na mazingira ya nje, wawasiliani hupoteza usawa wao, ambayo husababisha makosa katika viashiria vya joto vilivyopatikana.
- Wakati wa mchakato wa kipimo, kikundi cha wawasiliani wa thermocouple kawaida hukabiliwa na ushawishi mbaya wa mazingira, ambao husababisha usumbufu katika mchakato. Hii inahitaji tena kuziba anwani, jambo ambalo husababisha gharama za ziada za matengenezo ya vitambuzi vile.
- Kuna hatari ya kukabiliwa na mawimbi ya sumakuumeme kwenye thermocouple, muundo ambao hutoa kwa kikundi kirefu cha mawasiliano. Hii inaweza pia kuathiri matokeo ya kipimo.
- Katika baadhi ya matukio, kuna ukiukaji wa uhusiano wa mstari kati ya mkondo wa umeme unaotokea kwenye thermocouple na halijoto kwenye tovuti ya kipimo. Hali hii inahitaji urekebishaji wa vifaa vya kudhibiti.
Hitimisho
Licha ya mapungufu yake, mbinu ya kupima halijoto kwa kutumia thermocouples, ambayo ilivumbuliwa na kujaribiwa kwa mara ya kwanza katika karne ya 19, imepata matumizi makubwa katika matawi yote ya tasnia ya kisasa.
Kwa kuongeza, kuna programu ambapo matumizi ya thermocouplesndio njia pekee ya kupata data ya halijoto. Na baada ya kusoma nyenzo hii, umeelewa kikamilifu kanuni za msingi za kazi yao.
